機械故障診斷第6章(2012-11-1)

1、機械故障診斷機械故障診斷 主講主講: :劉貴杰劉貴杰 20122012年年9 9月月7 7日日 第六章 旋轉(zhuǎn)機械故障診斷 6.1 旋轉(zhuǎn)機械振動的動力學(xué)特征及信號特點旋轉(zhuǎn)機械振動的動力學(xué)特征及信號特點 轉(zhuǎn)子組件是旋轉(zhuǎn)機械的核心部分，由轉(zhuǎn)軸及固定裝上的各轉(zhuǎn)子組件是旋轉(zhuǎn)機械的核心部分，由轉(zhuǎn)軸及固定裝上的各 類盤狀零件（如：葉輪、齒輪、聯(lián)軸節(jié)、軸承等）所組成。類盤狀零件（如：葉輪、齒輪、聯(lián)軸節(jié)、軸承等）所組成。 從動力學(xué)角度分析，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)分為剛性轉(zhuǎn)子和柔性轉(zhuǎn)子。從動力學(xué)角度分析，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)分為剛性轉(zhuǎn)子和柔性轉(zhuǎn)子。 轉(zhuǎn)動頻率低于轉(zhuǎn)子一階橫向固有頻率的轉(zhuǎn)子為剛性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動頻率低于轉(zhuǎn)子一階橫向固有頻率的轉(zhuǎn)子為剛

2、性轉(zhuǎn)子， 如電動機、中小型離心式風(fēng)機等。如電動機、中小型離心式風(fēng)機等。 轉(zhuǎn)動頻率高于轉(zhuǎn)子一階橫向固有頻率的轉(zhuǎn)子為柔性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動頻率高于轉(zhuǎn)子一階橫向固有頻率的轉(zhuǎn)子為柔性轉(zhuǎn)子， 如燃?xì)廨啓C轉(zhuǎn)子。如燃?xì)廨啓C轉(zhuǎn)子。 6.1.1 轉(zhuǎn)子特性轉(zhuǎn)子特性 在工程上，把在工程上，把對應(yīng)于轉(zhuǎn)子一階橫向固有頻率的轉(zhuǎn)速稱為對應(yīng)于轉(zhuǎn)子一階橫向固有頻率的轉(zhuǎn)速稱為 臨界轉(zhuǎn)速臨界轉(zhuǎn)速。當(dāng)代的大型轉(zhuǎn)動機械，為了提高單位體積的。當(dāng)代的大型轉(zhuǎn)動機械，為了提高單位體積的 做功能力，一般均將轉(zhuǎn)動部件做成高速運轉(zhuǎn)的柔性轉(zhuǎn)子做功能力，一般均將轉(zhuǎn)動部件做成高速運轉(zhuǎn)的柔性轉(zhuǎn)子 ( (工作轉(zhuǎn)速高于其固有頻率對應(yīng)的轉(zhuǎn)速工作轉(zhuǎn)速高于其固有頻率對應(yīng)的轉(zhuǎn)速

3、) )，采用，采用滑動軸承滑動軸承 支撐。由于滑動軸承具有彈性和阻尼，因此，它的作用支撐。由于滑動軸承具有彈性和阻尼，因此，它的作用 遠(yuǎn)不止是作為轉(zhuǎn)子的承載元件，而且已成為轉(zhuǎn)子動力系遠(yuǎn)不止是作為轉(zhuǎn)子的承載元件，而且已成為轉(zhuǎn)子動力系 統(tǒng)的一部分。在考慮到滑動軸承的作用后，轉(zhuǎn)子統(tǒng)的一部分。在考慮到滑動軸承的作用后，轉(zhuǎn)子- -軸承軸承 系統(tǒng)的固有振動、強迫振動和穩(wěn)定特性就和單個振動體系統(tǒng)的固有振動、強迫振動和穩(wěn)定特性就和單個振動體 不同了。不同了。 6.1 旋轉(zhuǎn)機械振動的動力學(xué)特征及信號特點旋轉(zhuǎn)機械振動的動力學(xué)特征及信號特點 柔性轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速柔性轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速 由于柔性轉(zhuǎn)子在高于其固有頻率的轉(zhuǎn)速下

4、工作，所以在起、由于柔性轉(zhuǎn)子在高于其固有頻率的轉(zhuǎn)速下工作，所以在起、 停車過程中，必定通過固有頻率這個位置。此時機組將因共振停車過程中，必定通過固有頻率這個位置。此時機組將因共振 而發(fā)生強烈的振動，而在低于或高于固有頻率轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)時，而發(fā)生強烈的振動，而在低于或高于固有頻率轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)時， 機組的振動是一般的強迫振動機組的振動是一般的強迫振動，幅值都不會太大，共振點是一，幅值都不會太大，共振點是一 個臨界點。故此，機組發(fā)生共振時的轉(zhuǎn)速也被稱之為個臨界點。故此，機組發(fā)生共振時的轉(zhuǎn)速也被稱之為臨界轉(zhuǎn)速臨界轉(zhuǎn)速。 轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速往往不止一個，它與系統(tǒng)的自由度數(shù)目有轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速往往不止一個，它與系統(tǒng)的

5、自由度數(shù)目有 關(guān)。實際情況表明帶有一個轉(zhuǎn)子的軸系，可簡化成具有一個自關(guān)。實際情況表明帶有一個轉(zhuǎn)子的軸系，可簡化成具有一個自 由度的彈性系統(tǒng)，有一個臨界轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)軸上帶有二個轉(zhuǎn)子，可由度的彈性系統(tǒng)，有一個臨界轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)軸上帶有二個轉(zhuǎn)子，可 簡化成二個自由度系統(tǒng)，對應(yīng)有二個臨界轉(zhuǎn)速，依次類推。其簡化成二個自由度系統(tǒng)，對應(yīng)有二個臨界轉(zhuǎn)速，依次類推。其 中轉(zhuǎn)速最小的那個臨界轉(zhuǎn)速稱為一階臨界轉(zhuǎn)速中轉(zhuǎn)速最小的那個臨界轉(zhuǎn)速稱為一階臨界轉(zhuǎn)速nc1，比之大的，比之大的 依次叫做二階臨界轉(zhuǎn)速依次叫做二階臨界轉(zhuǎn)速nc2、三階臨界轉(zhuǎn)速、三階臨界轉(zhuǎn)速nc3。工程上有實際。工程上有實際 意義的主要是前幾階，過高的臨界轉(zhuǎn)速已超

6、出了轉(zhuǎn)子可達(dá)的工意義的主要是前幾階，過高的臨界轉(zhuǎn)速已超出了轉(zhuǎn)子可達(dá)的工 作轉(zhuǎn)速范圍。作轉(zhuǎn)速范圍。 臨界轉(zhuǎn)速的變動臨界轉(zhuǎn)速的變動 為了保證大機組能夠安全平穩(wěn)的運轉(zhuǎn)，軸系轉(zhuǎn)速應(yīng)處于該軸系各為了保證大機組能夠安全平穩(wěn)的運轉(zhuǎn)，軸系轉(zhuǎn)速應(yīng)處于該軸系各 臨界轉(zhuǎn)速的一定范圍之外，一般要求：剛性轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的一定范圍之外，一般要求：剛性轉(zhuǎn)子n0.75 nn0.75 nc1 c1； ；柔性轉(zhuǎn)子柔性轉(zhuǎn)子 1.4 n1.4 nc1 c1n0.7n n0.7nc2 c2。 。式中，式中，n nc1 c1、 、n nc2 c2分別為軸系的一階、二階臨界轉(zhuǎn)速。 分別為軸系的一階、二階臨界轉(zhuǎn)速。 機組的臨界轉(zhuǎn)速可由產(chǎn)品樣本

7、查到或在起停車過程中由振動測試機組的臨界轉(zhuǎn)速可由產(chǎn)品樣本查到或在起停車過程中由振動測試 獲取。獲取。需提出的是，樣本提供的臨界轉(zhuǎn)速和機組實際的臨界轉(zhuǎn)速可能需提出的是，樣本提供的臨界轉(zhuǎn)速和機組實際的臨界轉(zhuǎn)速可能 不同，因為系統(tǒng)的固有頻率受到種種因素影響會發(fā)生改變不同，因為系統(tǒng)的固有頻率受到種種因素影響會發(fā)生改變。設(shè)備故障。設(shè)備故障 診斷人員應(yīng)該了解影響臨界轉(zhuǎn)速改變的可能原因。一般地說，一臺給診斷人員應(yīng)該了解影響臨界轉(zhuǎn)速改變的可能原因。一般地說，一臺給 定的設(shè)備，除非受到損壞，其結(jié)構(gòu)不會有太大的變化，因而其質(zhì)量分定的設(shè)備，除非受到損壞，其結(jié)構(gòu)不會有太大的變化，因而其質(zhì)量分 布、軸系剛度系數(shù)都是固定

8、的，其固有頻率也應(yīng)是一定的。但實際上，布、軸系剛度系數(shù)都是固定的，其固有頻率也應(yīng)是一定的。但實際上， 現(xiàn)場設(shè)備結(jié)構(gòu)變動的情況還是很多的，最常遇到的是換瓦，有時是更現(xiàn)場設(shè)備結(jié)構(gòu)變動的情況還是很多的，最常遇到的是換瓦，有時是更 換轉(zhuǎn)子，不可避免的是設(shè)備維修安裝后未能準(zhǔn)確復(fù)位等等，都會影響換轉(zhuǎn)子，不可避免的是設(shè)備維修安裝后未能準(zhǔn)確復(fù)位等等，都會影響 到臨界轉(zhuǎn)速的改變。到臨界轉(zhuǎn)速的改變。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指轉(zhuǎn)子在受到某種小干擾擾動軸承系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指轉(zhuǎn)子在受到某種小干擾擾動 后能否隨時間的推移而恢復(fù)原來狀態(tài)的能力，也就是說擾動響后能否隨時間的推移而恢復(fù)原來狀態(tài)的能力，也就是說擾動響 應(yīng)能否

9、隨時間增加而消失。如果響應(yīng)應(yīng)能否隨時間增加而消失。如果響應(yīng)隨時間增加而消失隨時間增加而消失，則轉(zhuǎn)，則轉(zhuǎn) 子系統(tǒng)是子系統(tǒng)是穩(wěn)定穩(wěn)定的。若響應(yīng)的。若響應(yīng)隨時問增加隨時問增加，則轉(zhuǎn)子系統(tǒng)就，則轉(zhuǎn)子系統(tǒng)就失穩(wěn)失穩(wěn)了。了。 比較典型的失穩(wěn)是油膜渦動比較典型的失穩(wěn)是油膜渦動。在瓦隙較大的情況下，轉(zhuǎn)子。在瓦隙較大的情況下，轉(zhuǎn)子 常會因不平衡等原因而偏離其轉(zhuǎn)動中心，致使常會因不平衡等原因而偏離其轉(zhuǎn)動中心，致使油膜合力與載荷油膜合力與載荷 不能平衡不能平衡，就會引起油膜渦動。機組的穩(wěn)定性能在很大程度上，就會引起油膜渦動。機組的穩(wěn)定性能在很大程度上 取決于取決于滑動軸承的剛度和阻尼滑動軸承的剛度和阻尼。當(dāng)系統(tǒng)具有

10、正阻尼時，系統(tǒng)具。當(dāng)系統(tǒng)具有正阻尼時，系統(tǒng)具 有抑制作用，振動逐漸衰減。反之系統(tǒng)具有負(fù)阻尼時，油膜渦有抑制作用，振動逐漸衰減。反之系統(tǒng)具有負(fù)阻尼時，油膜渦 動就會發(fā)展為油膜振蕩。油膜渦動與油膜振蕩都是油膜承載壓動就會發(fā)展為油膜振蕩。油膜渦動與油膜振蕩都是油膜承載壓 力波動的反映，表現(xiàn)為軸的振動。力波動的反映，表現(xiàn)為軸的振動。 6.1.2 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)的穩(wěn)定性軸承系統(tǒng)的穩(wěn)定性 只發(fā)生在使用壓力油潤滑的滑動軸承上。在半潤滑軸只發(fā)生在使用壓力油潤滑的滑動軸承上。在半潤滑軸 承上不發(fā)生。承上不發(fā)生。 油膜振蕩只發(fā)生在轉(zhuǎn)速高于臨界轉(zhuǎn)速的設(shè)備上。油膜振蕩只發(fā)生在轉(zhuǎn)速高于臨界轉(zhuǎn)速的設(shè)備上。 （2 2）油

11、膜渦動與油膜振蕩的信號特征）油膜渦動與油膜振蕩的信號特征 油膜渦動油膜渦動的振動頻率隨轉(zhuǎn)速變化，與轉(zhuǎn)頻保持的振動頻率隨轉(zhuǎn)速變化，與轉(zhuǎn)頻保持 = =（0.430.430.480.48） n n。 油膜振蕩油膜振蕩的振動頻率在臨界轉(zhuǎn)速所對應(yīng)的固有頻率附的振動頻率在臨界轉(zhuǎn)速所對應(yīng)的固有頻率附 近，不隨轉(zhuǎn)速變化。近，不隨轉(zhuǎn)速變化。 兩者的振動隨油溫變化明顯。兩者的振動隨油溫變化明顯。 ff （1）油膜渦動與油膜振蕩的發(fā)生條件）油膜渦動與油膜振蕩的發(fā)生條件 6.1.2 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)的穩(wěn)定性軸承系統(tǒng)的穩(wěn)定性 （3 3）油膜渦動與油膜振蕩的振動特點）油膜渦動與油膜振蕩的振動特點 油膜渦動油膜渦動的軸心軌

12、跡是由基頻與半速渦動頻的軸心軌跡是由基頻與半速渦動頻 率疊加成的雙橢圓，較穩(wěn)定。率疊加成的雙橢圓，較穩(wěn)定。 油膜振蕩油膜振蕩是自激振蕩，維持振動的能量是轉(zhuǎn)是自激振蕩，維持振動的能量是轉(zhuǎn) 軸在旋轉(zhuǎn)中供應(yīng)的，具有慣性效應(yīng)。由于有失穩(wěn)軸在旋轉(zhuǎn)中供應(yīng)的，具有慣性效應(yīng)。由于有失穩(wěn) 趨勢，導(dǎo)致摩擦與碰撞，因此軸心軌跡不規(guī)則，趨勢，導(dǎo)致摩擦與碰撞，因此軸心軌跡不規(guī)則， 波形幅度不穩(wěn)定，相位突變。波形幅度不穩(wěn)定，相位突變。 6.1.2 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)的穩(wěn)定性軸承系統(tǒng)的穩(wěn)定性 （4 4）消除措施）消除措施 設(shè)計時使轉(zhuǎn)子避開油膜共振區(qū)；設(shè)計時使轉(zhuǎn)子避開油膜共振區(qū)； 增大軸承比壓，減小承壓面；增大軸承比壓，減小承

13、壓面； 減小軸承間隙；減小軸承間隙； 控制軸瓦預(yù)負(fù)荷，降低供油壓力；控制軸瓦預(yù)負(fù)荷，降低供油壓力； 選用抗振性好的軸承結(jié)構(gòu)；選用抗振性好的軸承結(jié)構(gòu)； 適當(dāng)調(diào)整潤滑油溫；適當(dāng)調(diào)整潤滑油溫； 從多方面分析并消除產(chǎn)生的因素。從多方面分析并消除產(chǎn)生的因素。 6.1.2 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)的穩(wěn)定性軸承系統(tǒng)的穩(wěn)定性 旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)子由于受材料的質(zhì)量分布、加工誤差、裝配因旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)子由于受材料的質(zhì)量分布、加工誤差、裝配因 素以及運行中的沖蝕和沉積等因素的影響，致使其質(zhì)量中心與旋素以及運行中的沖蝕和沉積等因素的影響，致使其質(zhì)量中心與旋 轉(zhuǎn)中心存在一定程度的偏心距。偏心距較大時，靜態(tài)下，所產(chǎn)生轉(zhuǎn)中心存在一定程度的

14、偏心距。偏心距較大時，靜態(tài)下，所產(chǎn)生 的的偏心力矩大于磨擦阻力偏心力矩大于磨擦阻力矩，表現(xiàn)為某一點始終恢復(fù)到水平放置矩，表現(xiàn)為某一點始終恢復(fù)到水平放置 的轉(zhuǎn)子下部，稱之為靜不平衡。其偏心力矩小于磨擦阻力矩的區(qū)的轉(zhuǎn)子下部，稱之為靜不平衡。其偏心力矩小于磨擦阻力矩的區(qū) 域內(nèi)時，不能表現(xiàn)出靜不平衡的特征，但是在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，表現(xiàn)域內(nèi)時，不能表現(xiàn)出靜不平衡的特征，但是在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，表現(xiàn) 為一個與轉(zhuǎn)動頻率同步的離心力矢量，離心力為一個與轉(zhuǎn)動頻率同步的離心力矢量，離心力F=Me2，從而激，從而激 發(fā)轉(zhuǎn)子的振動。這種現(xiàn)象稱之為動不平衡。靜不平衡的轉(zhuǎn)子，由發(fā)轉(zhuǎn)子的振動。這種現(xiàn)象稱之為動不平衡。靜不平衡的轉(zhuǎn)子，由

15、 于偏心距于偏心距e較大，表現(xiàn)出更為強烈的動不平衡振動。較大，表現(xiàn)出更為強烈的動不平衡振動。 雖然作不到質(zhì)量中心與旋轉(zhuǎn)中心絕對重合，但為了設(shè)備的安雖然作不到質(zhì)量中心與旋轉(zhuǎn)中心絕對重合，但為了設(shè)備的安 全運行，必需將偏心所激發(fā)的振動幅度控制在許可范圍內(nèi)。全運行，必需將偏心所激發(fā)的振動幅度控制在許可范圍內(nèi)。 6.1.3 轉(zhuǎn)子的不平衡振動機理轉(zhuǎn)子的不平衡振動機理 （1 1）不平衡故障的信號特征）不平衡故障的信號特征 時域波形為近似的等幅正弦波。時域波形為近似的等幅正弦波。 軸心軌跡為比較穩(wěn)定的圓或橢圓，這是因為軸承座及基礎(chǔ)的軸心軌跡為比較穩(wěn)定的圓或橢圓，這是因為軸承座及基礎(chǔ)的 水平剛度與垂直剛度不同

16、所造成。水平剛度與垂直剛度不同所造成。 頻譜圖上轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動頻率處的振幅。頻譜圖上轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動頻率處的振幅。 在三維全息圖中，轉(zhuǎn)頻的振幅橢園較大，其他成份較小。在三維全息圖中，轉(zhuǎn)頻的振幅橢園較大，其他成份較小。 （2 2）敏感參數(shù)特征）敏感參數(shù)特征 振幅隨轉(zhuǎn)速變化明顯，這是因為，激振力與轉(zhuǎn)速振幅隨轉(zhuǎn)速變化明顯，這是因為，激振力與轉(zhuǎn)速是平方指是平方指 數(shù)關(guān)系。數(shù)關(guān)系。 當(dāng)轉(zhuǎn)子上的部件破損時，振幅突然變大。例如某燒結(jié)廠抽風(fēng)當(dāng)轉(zhuǎn)子上的部件破損時，振幅突然變大。例如某燒結(jié)廠抽風(fēng) 機轉(zhuǎn)子焊接的合金耐磨層突然脫落，造成振幅突然增大。機轉(zhuǎn)子焊接的合金耐磨層突然脫落，造成振幅突然增大。 6.1.3 轉(zhuǎn)子的不平衡振動機

17、理轉(zhuǎn)子的不平衡振動機理 轉(zhuǎn)子不對中包括軸承不對中和軸系不對中。軸承不轉(zhuǎn)子不對中包括軸承不對中和軸系不對中。軸承不 對中本身不引起振動，它影響軸承的載荷分布、油膜形對中本身不引起振動，它影響軸承的載荷分布、油膜形 態(tài)等運行狀況。一般情況下，轉(zhuǎn)子不對中都是指軸系不態(tài)等運行狀況。一般情況下，轉(zhuǎn)子不對中都是指軸系不 對中，故障原因在聯(lián)軸節(jié)處。對中，故障原因在聯(lián)軸節(jié)處。 引起軸系不對中的原因：引起軸系不對中的原因： 安裝施工中對中超差；安裝施工中對中超差； 冷態(tài)對中時沒有正確估計冷態(tài)對中時沒有正確估計 各個轉(zhuǎn)子中心線的熱態(tài)升高量，工作時出現(xiàn)主動轉(zhuǎn)子與各個轉(zhuǎn)子中心線的熱態(tài)升高量，工作時出現(xiàn)主動轉(zhuǎn)子與 從動

18、轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生動態(tài)對中不良；從動轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生動態(tài)對中不良； 軸承座熱膨脹不均軸承座熱膨脹不均 勻；勻； 機殼變形或移位；機殼變形或移位； 地基不均勻下沉；地基不均勻下沉； 轉(zhuǎn)子彎曲，同時產(chǎn)生不平衡和不對中故障。轉(zhuǎn)子彎曲，同時產(chǎn)生不平衡和不對中故障。 6.1.4 轉(zhuǎn)子與聯(lián)軸節(jié)的不對中振動機理轉(zhuǎn)子與聯(lián)軸節(jié)的不對中振動機理 軸系不對中可分為三種情況：軸系不對中可分為三種情況： 軸線平行不對中軸線平行不對中 軸線交叉不對中軸線交叉不對中 軸線綜合不對中軸線綜合不對中 在實際情況中，都存在著綜合不對中。只是其中平行不對在實際情況中，都存在著綜合不對中。只是其中平行不對 中和交叉不對中所占的比重不同而已。中

19、和交叉不對中所占的比重不同而已。 由于兩半聯(lián)軸節(jié)存在不對中，因而產(chǎn)生了附加的彎曲力。由于兩半聯(lián)軸節(jié)存在不對中，因而產(chǎn)生了附加的彎曲力。 隨著轉(zhuǎn)動，這個附加彎曲力的方向和作用點也被強迫發(fā)生改隨著轉(zhuǎn)動，這個附加彎曲力的方向和作用點也被強迫發(fā)生改 變，從而激發(fā)出轉(zhuǎn)頻的變，從而激發(fā)出轉(zhuǎn)頻的2 2倍、倍、4 4倍等偶數(shù)倍頻的振動。其主要倍等偶數(shù)倍頻的振動。其主要 激振量以激振量以2 2倍頻為主，某些情況下倍頻為主，某些情況下4 4倍頻的激振量也占有較高倍頻的激振量也占有較高 的份量。更高倍頻的成份因所占比重很少，通常顯示不出來。的份量。更高倍頻的成份因所占比重很少，通常顯示不出來。 6.1.4 轉(zhuǎn)子與聯(lián)

20、軸節(jié)的不對中振動機理轉(zhuǎn)子與聯(lián)軸節(jié)的不對中振動機理 軸系不對中故障特征軸系不對中故障特征： 時域波形在基頻正弦波上附加了時域波形在基頻正弦波上附加了2 2倍頻的諧波。倍頻的諧波。 軸心軌跡圖呈香蕉形或軸心軌跡圖呈香蕉形或8 8字形。字形。 頻譜特征：主要表現(xiàn)為徑向頻譜特征：主要表現(xiàn)為徑向2 2倍頻、倍頻、4 4倍頻振動成份，倍頻振動成份， 有角度不對中時，還伴隨著以回轉(zhuǎn)頻率的軸向振動。有角度不對中時，還伴隨著以回轉(zhuǎn)頻率的軸向振動。 在全息圖中在全息圖中2 2、4 4倍頻橢圓較扁，并且兩者的長軸近倍頻橢圓較扁，并且兩者的長軸近 似垂直。似垂直。 6.1.4 轉(zhuǎn)子與聯(lián)軸節(jié)的不對中振動機理轉(zhuǎn)子與聯(lián)軸節(jié)

21、的不對中振動機理 不對中故障甄別：不對中故障甄別： 不對中的譜特征和征和裂紋的譜特征類似，均以兩倍頻為主，二征類似，均以兩倍頻為主，二 者的區(qū)分主要是振動幅值的穩(wěn)定性，不對中振動比較穩(wěn)定。用全者的區(qū)分主要是振動幅值的穩(wěn)定性，不對中振動比較穩(wěn)定。用全 息譜技術(shù)則容易區(qū)分，息譜技術(shù)則容易區(qū)分，不對中為單向約束力不對中為單向約束力，二倍頻橢圓較扁二倍頻橢圓較扁。 軸橫向裂紋則是旋轉(zhuǎn)矢量軸橫向裂紋則是旋轉(zhuǎn)矢量，二倍頻全息譜比較圓。，二倍頻全息譜比較圓。 帶滾動軸承和齒輪箱的機組，不對中故障可能引發(fā)出通過頻帶滾動軸承和齒輪箱的機組，不對中故障可能引發(fā)出通過頻 率或嚙合頻率的高頻振動，這些高頻成分的出現(xiàn)可

22、能掩蓋真正的率或嚙合頻率的高頻振動，這些高頻成分的出現(xiàn)可能掩蓋真正的 振源。如高頻振動在軸向上占優(yōu)勢，而聯(lián)軸器相聯(lián)的部位軸向工振源。如高頻振動在軸向上占優(yōu)勢，而聯(lián)軸器相聯(lián)的部位軸向工 頻亦相應(yīng)較大，則齒輪振動可能只是不對中故障所產(chǎn)生的過大的頻亦相應(yīng)較大，則齒輪振動可能只是不對中故障所產(chǎn)生的過大的 軸向力的響應(yīng)。軸向力的響應(yīng)。 軸向工頻有可能是角度不對中，也有可能是軸承不對中。一軸向工頻有可能是角度不對中，也有可能是軸承不對中。一 般情況，角度不對中，軸向工頻振值比徑向為大，而軸般情況，角度不對中，軸向工頻振值比徑向為大，而軸 承不對承不對 中正好相反，因為后者是由不平衡引起，它只是對不平衡力的

23、一中正好相反，因為后者是由不平衡引起，它只是對不平衡力的一 種響應(yīng)。種響應(yīng)。 設(shè)備停用一段較長時間后重新開機時，常常會遇到振動過大設(shè)備停用一段較長時間后重新開機時，常常會遇到振動過大 甚至無法開機的情況。這多半是設(shè)備停用后產(chǎn)生了轉(zhuǎn)子軸彎曲的甚至無法開機的情況。這多半是設(shè)備停用后產(chǎn)生了轉(zhuǎn)子軸彎曲的 故障。轉(zhuǎn)子彎曲有永久性彎曲和暫時性彎曲兩種情況。永久性彎故障。轉(zhuǎn)子彎曲有永久性彎曲和暫時性彎曲兩種情況。永久性彎 曲是指轉(zhuǎn)子軸呈弓形。造成永久彎曲的原因有設(shè)計制造缺陷曲是指轉(zhuǎn)子軸呈弓形。造成永久彎曲的原因有設(shè)計制造缺陷( (轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 軸結(jié)構(gòu)不合理、材質(zhì)性能不均勻軸結(jié)構(gòu)不合理、材質(zhì)性能不均勻) )、長期停放

24、方法不當(dāng)、長期停放方法不當(dāng)、熱態(tài)停熱態(tài)停 機時未及時盤車或遭涼水急冷所致機時未及時盤車或遭涼水急冷所致。臨時性彎曲指可恢復(fù)的彎曲。臨時性彎曲指可恢復(fù)的彎曲。 造成臨時性彎曲原因有預(yù)負(fù)荷過大、開機運行時暖機不充分、升造成臨時性彎曲原因有預(yù)負(fù)荷過大、開機運行時暖機不充分、升 速過快等致使轉(zhuǎn)子熱變形不均勻等。速過快等致使轉(zhuǎn)子熱變形不均勻等。 軸彎曲振動的機理和轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心類似，因而都要產(chǎn)生與軸彎曲振動的機理和轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心類似，因而都要產(chǎn)生與 質(zhì)量偏心類似的旋轉(zhuǎn)矢量激振力，與質(zhì)心偏離不同點是軸彎曲會質(zhì)量偏心類似的旋轉(zhuǎn)矢量激振力，與質(zhì)心偏離不同點是軸彎曲會 使軸兩端產(chǎn)生錐形運動，因而在軸向還會產(chǎn)生較大工

25、頻振動。使軸兩端產(chǎn)生錐形運動，因而在軸向還會產(chǎn)生較大工頻振動。 6.1.5 轉(zhuǎn)軸彎曲故障的機理轉(zhuǎn)軸彎曲故障的機理 轉(zhuǎn)軸彎曲故障的振動信號特征：轉(zhuǎn)軸彎曲故障的振動信號特征： （軸彎曲故障的振動信號與不平衡基本相同。）（軸彎曲故障的振動信號與不平衡基本相同。） 時域波形為近似的等幅正弦波；時域波形為近似的等幅正弦波； 軸心軌跡為一個比較穩(wěn)定的偏心率較小的橢圓，由軸心軌跡為一個比較穩(wěn)定的偏心率較小的橢圓，由 于軸彎曲常陪伴某種程度的軸瓦摩擦，故軌跡有時會于軸彎曲常陪伴某種程度的軸瓦摩擦，故軌跡有時會 有摩擦的特征；有摩擦的特征； 頻譜成份以轉(zhuǎn)頻為主，伴有高次諧波成份。與不平頻譜成份以轉(zhuǎn)頻為主，伴有高

26、次諧波成份。與不平 衡故障的區(qū)別在于：衡故障的區(qū)別在于：彎曲在軸向方面產(chǎn)生較大的振動彎曲在軸向方面產(chǎn)生較大的振動。 6.1.5 轉(zhuǎn)軸彎曲故障的機理轉(zhuǎn)軸彎曲故障的機理 轉(zhuǎn)軸橫向裂紋的振動響應(yīng)與所在的位置、裂紋深轉(zhuǎn)軸橫向裂紋的振動響應(yīng)與所在的位置、裂紋深 度及受力的情況等因素有極大的關(guān)系，因此所表現(xiàn)出度及受力的情況等因素有極大的關(guān)系，因此所表現(xiàn)出 的形式也是多樣的。在一般情況下，轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)一周，的形式也是多樣的。在一般情況下，轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)一周， 裂紋總會發(fā)生張合。轉(zhuǎn)軸的剛度不對稱，從而引發(fā)非裂紋總會發(fā)生張合。轉(zhuǎn)軸的剛度不對稱，從而引發(fā)非 線性振動，能識別的振動主要是線性振動，能識別的振動主要是1X1X、

27、2X2X、3X3X倍頻分量。倍頻分量。 6.1.6 轉(zhuǎn)軸橫向裂紋的故障機理轉(zhuǎn)軸橫向裂紋的故障機理 轉(zhuǎn)軸橫向裂紋的振動信號特征：轉(zhuǎn)軸橫向裂紋的振動信號特征： 振動帶有非線性性質(zhì)，出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)頻率的振動帶有非線性性質(zhì)，出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)頻率的l l、2 2、 3 3 等高倍分量，隨裂紋擴(kuò)展，剛度進(jìn)一步下降，等高倍分量，隨裂紋擴(kuò)展，剛度進(jìn)一步下降，l l、 2 2等頻率幅值隨之增大，相位角則發(fā)生不規(guī)則波動，等頻率幅值隨之增大，相位角則發(fā)生不規(guī)則波動，與不與不 平衡相角穩(wěn)定有差別平衡相角穩(wěn)定有差別。 開停機過程中，由于非線性諧頻關(guān)系，會出現(xiàn)分頻共振，即開停機過程中，由于非線性諧頻關(guān)系，會出現(xiàn)分頻共振，即 轉(zhuǎn)子在經(jīng)過

28、轉(zhuǎn)子在經(jīng)過1 12 2、1 13 3臨界轉(zhuǎn)速時，由于相應(yīng)的高倍頻臨界轉(zhuǎn)速時，由于相應(yīng)的高倍頻 (2(2、3 3) )正好與臨界轉(zhuǎn)速重合，振動響應(yīng)會出現(xiàn)峰值。正好與臨界轉(zhuǎn)速重合，振動響應(yīng)會出現(xiàn)峰值。 裂紋的擴(kuò)展速度隨深度的增大而加速，相應(yīng)的裂紋的擴(kuò)展速度隨深度的增大而加速，相應(yīng)的l l、2121的的 振動也會隨裂紋擴(kuò)展而快速上升，同時振動也會隨裂紋擴(kuò)展而快速上升，同時1 1、2 2相位角出現(xiàn)異常相位角出現(xiàn)異常 波動波動。 全息譜表現(xiàn)為全息譜表現(xiàn)為2 2橢圓，與不對中的扁圓有明顯的差別。橢圓，與不對中的扁圓有明顯的差別。 故障甄別故障甄別 穩(wěn)態(tài)運行時，應(yīng)能與不對中故障區(qū)分。穩(wěn)態(tài)運行時，應(yīng)能與不對中

29、故障區(qū)分。 振動幅值由激振力和機械阻抗共同決定，松動使連接剛振動幅值由激振力和機械阻抗共同決定，松動使連接剛 度下降，這是松動振動異常的基本原因。支承系統(tǒng)松動引起異度下降，這是松動振動異常的基本原因。支承系統(tǒng)松動引起異 常振動的機理可從兩個側(cè)面加以說明。常振動的機理可從兩個側(cè)面加以說明。 1)1)當(dāng)軸承套與軸承座配合具有較大間隙或緊固力不足時，當(dāng)軸承套與軸承座配合具有較大間隙或緊固力不足時， 軸承套受轉(zhuǎn)子離心力作用，沿圓周方向發(fā)生周期性變形，改變軸承套受轉(zhuǎn)子離心力作用，沿圓周方向發(fā)生周期性變形，改變 軸承的幾何參數(shù)。進(jìn)而影響油膜的穩(wěn)定性。軸承的幾何參數(shù)。進(jìn)而影響油膜的穩(wěn)定性。 2)2)當(dāng)軸承座

30、螺栓緊固不牢時，由于結(jié)合面上存在間隙，使當(dāng)軸承座螺栓緊固不牢時，由于結(jié)合面上存在間隙，使 系統(tǒng)發(fā)生不連續(xù)的位移。系統(tǒng)發(fā)生不連續(xù)的位移。 上述兩頂因素的改變，都屬于非線性剛度改變，變化程上述兩頂因素的改變，都屬于非線性剛度改變，變化程 度與激振力相聯(lián)系，因而使松動振動顯示出非線性特征。松動度與激振力相聯(lián)系，因而使松動振動顯示出非線性特征。松動 的典型特征是產(chǎn)生的典型特征是產(chǎn)生2 2及及3 3、4 4、5 5等高倍頻的振動。等高倍頻的振動。 6.1.7 連接松動故障的機理連接松動故障的機理 連接松動故障的振動特征：連接松動故障的振動特征： 軸心軌跡混亂，重心飄移軸心軌跡混亂，重心飄移 頻譜圖中，具

31、有頻譜圖中，具有3 3、5 5、7 7等高階奇次倍頻等高階奇次倍頻 分量，也有偶次分量。分量，也有偶次分量。 松動方向的振幅大。松動方向的振幅大。 高次諧波的振幅值大于轉(zhuǎn)頻振幅的高次諧波的振幅值大于轉(zhuǎn)頻振幅的1/2 1/2 時，應(yīng)懷時，應(yīng)懷 疑有松動故障。疑有松動故障。 6.1.7 連接松動故障的機理連接松動故障的機理 動靜件之間的輕微摩擦，開始時故障癥狀可能并不十分動靜件之間的輕微摩擦，開始時故障癥狀可能并不十分 明顯，特別是滑動軸承的輕微碰摩，由于潤滑油的緩沖作用，明顯，特別是滑動軸承的輕微碰摩，由于潤滑油的緩沖作用， 總振值的變化是很微弱的，主要靠油液分析發(fā)現(xiàn)這種早期隱患；總振值的變化是

32、很微弱的，主要靠油液分析發(fā)現(xiàn)這種早期隱患； 有經(jīng)驗的診斷人員，由軸心軌跡也能做出較為準(zhǔn)確的診斷。當(dāng)有經(jīng)驗的診斷人員，由軸心軌跡也能做出較為準(zhǔn)確的診斷。當(dāng) 動靜碰摩發(fā)展到一定程度后，機組將發(fā)生碰撞式大面積摩擦，動靜碰摩發(fā)展到一定程度后，機組將發(fā)生碰撞式大面積摩擦， 碰摩特征就將轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕Y狀。碰摩特征就將轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕Y狀。 動靜碰摩與部件松動具有類似特點動靜碰摩與部件松動具有類似特點。動靜碰摩是當(dāng)間隙。動靜碰摩是當(dāng)間隙 過小時發(fā)生動靜件接觸再彈開，過小時發(fā)生動靜件接觸再彈開，改變構(gòu)件的動態(tài)剛度改變構(gòu)件的動態(tài)剛度；松動是；松動是 連接件緊固不牢、受交變力連接件緊固不牢、受交變力( (不平衡力、對中不

33、良激勵等不平衡力、對中不良激勵等) )作用，作用， 周期性地脫離再接觸，同樣是改變構(gòu)件的動態(tài)剛度。不同點是，周期性地脫離再接觸，同樣是改變構(gòu)件的動態(tài)剛度。不同點是， 前者還有一個切向的摩擦力，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生渦動前者還有一個切向的摩擦力，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生渦動。 6.1.8 碰摩故障的機理碰摩故障的機理 轉(zhuǎn)子強迫振動、碰摩自由振動和摩擦渦動轉(zhuǎn)子強迫振動、碰摩自由振動和摩擦渦動 運動疊加到一起，產(chǎn)生出復(fù)雜的、特有的振動運動疊加到一起，產(chǎn)生出復(fù)雜的、特有的振動 響應(yīng)頻率。由于碰摩力是不穩(wěn)定的接觸正壓力，響應(yīng)頻率。由于碰摩力是不穩(wěn)定的接觸正壓力， 時間上和空間位置上都是變化的，因而摩擦力時間上和空間位置上都是變化

34、的，因而摩擦力 具有明顯的非線性特征具有明顯的非線性特征( (一般表現(xiàn)為豐富的超諧一般表現(xiàn)為豐富的超諧 波波) )。因此，。因此，動靜碰摩與松動相比，振動成分的動靜碰摩與松動相比，振動成分的 周期性相對較弱，而非線性更為突出。周期性相對較弱，而非線性更為突出。 6.1.8 碰摩故障的機理碰摩故障的機理 碰摩故障的振動特征：碰摩故障的振動特征： 1) 1) 時域波形存在時域波形存在“削頂削頂”現(xiàn)象，或振動遠(yuǎn)離平衡位置時出現(xiàn)現(xiàn)象，或振動遠(yuǎn)離平衡位置時出現(xiàn) 高頻小幅振蕩。高頻小幅振蕩。 2) 2) 頻譜上除轉(zhuǎn)子工頻外，還存在非常豐富的高次諧波成分。頻譜上除轉(zhuǎn)子工頻外，還存在非常豐富的高次諧波成分。

35、3) 3) 嚴(yán)重摩擦?xí)r，還會出現(xiàn)嚴(yán)重摩擦?xí)r，還會出現(xiàn)1 12 2、l l3 3、1/N1/N等精確的等精確的 分頻成分分頻成分( (經(jīng)常出現(xiàn)在軸瓦磨損時經(jīng)常出現(xiàn)在軸瓦磨損時) )。 4) 4) 全息譜上出現(xiàn)較多、較大的高頻橢圓，且偏心率較大。全息譜上出現(xiàn)較多、較大的高頻橢圓，且偏心率較大。 5) 5) 提純軸心軌跡提純軸心軌跡(1(1、2 2、3 3、4 4合成合成) )存在存在“尖角尖角”。 6) 6) 軸瓦磨損時，還伴有軸瓦溫度升高、油溫上升等特征，在軸瓦磨損時，還伴有軸瓦溫度升高、油溫上升等特征，在 機組起停過程中，可聽到金屬摩擦?xí)r的鉉聲。機組起停過程中，可聽到金屬摩擦?xí)r的鉉聲。 7)

36、7) 軸瓦磨損時，對潤滑油樣進(jìn)行鐵譜分析，可發(fā)現(xiàn)如下特征：軸瓦磨損時，對潤滑油樣進(jìn)行鐵譜分析，可發(fā)現(xiàn)如下特征： 譜片上磁性磨粒在譜片入口沿磁力線方向呈長鏈密集譜片上磁性磨粒在譜片入口沿磁力線方向呈長鏈密集 狀排列，且存在超過狀排列，且存在超過20m20m的金屬磨粒；的金屬磨粒； 非磁性磨粒隨機地分布在譜片上，其尺寸超過非磁性磨粒隨機地分布在譜片上，其尺寸超過20m20m； 譜片上測試的光密度值較上次測試有明顯的增大。譜片上測試的光密度值較上次測試有明顯的增大。 碰摩故障的故障甄別：碰摩故障的故障甄別： 1) 1) 由于故障機理與松動類似，兩者不容易加以區(qū)分。據(jù)現(xiàn)場由于故障機理與松動類似，兩者不

37、容易加以區(qū)分。據(jù)現(xiàn)場 經(jīng)驗，經(jīng)驗，松動時以高次諧波為特征松動時以高次諧波為特征，摩擦?xí)r以分諧波為特征摩擦?xí)r以分諧波為特征。 另外，另外，松動振動來源于不平衡力，故松動振動隨轉(zhuǎn)速變化松動振動來源于不平衡力，故松動振動隨轉(zhuǎn)速變化 比較明顯比較明顯，碰摩受間隙大小控制，與轉(zhuǎn)速關(guān)系不甚密切，碰摩受間隙大小控制，與轉(zhuǎn)速關(guān)系不甚密切， 由此可對兩者加以區(qū)分。在波形表現(xiàn)形式上，由此可對兩者加以區(qū)分。在波形表現(xiàn)形式上，摩擦?？梢娔Σ脸？梢?到削頂波形，松動則不存在削頂問題。到削頂波形，松動則不存在削頂問題。 2) 2) 局部碰摩與全弧碰摩的區(qū)分。局部碰摩與全弧碰摩的區(qū)分。全弧碰摩分頻明顯全弧碰摩分頻明顯，超諧

38、波，超諧波 消失，局部輕摩擦很少有分頻出現(xiàn)，諧波幅值小但階次多，消失，局部輕摩擦很少有分頻出現(xiàn)，諧波幅值小但階次多， 局部嚴(yán)重摩擦介于兩者之間，有分頻也有低次諧波，且諧局部嚴(yán)重摩擦介于兩者之間，有分頻也有低次諧波，且諧 波幅值比基頻還大?；l則由未碰撞前的較大值變?yōu)檩^小波幅值比基頻還大?；l則由未碰撞前的較大值變?yōu)檩^小 值。在軌跡上，局部摩擦軌跡亂而不放大，正進(jìn)動；連續(xù)值。在軌跡上，局部摩擦軌跡亂而不放大，正進(jìn)動；連續(xù) 全弧摩擦則隨時間逐漸擴(kuò)散，進(jìn)動方向為反進(jìn)動。全弧摩擦則隨時間逐漸擴(kuò)散，進(jìn)動方向為反進(jìn)動。 喘振是一種很危險的振動，常常導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部密封件、葉輪導(dǎo)流喘振是一種很危險的振動，常常導(dǎo)

39、致設(shè)備內(nèi)部密封件、葉輪導(dǎo)流 扳、軸承等損壞，甚至導(dǎo)致轉(zhuǎn)子彎曲、聯(lián)軸器及齒輪箱等機構(gòu)損壞。扳、軸承等損壞，甚至導(dǎo)致轉(zhuǎn)子彎曲、聯(lián)軸器及齒輪箱等機構(gòu)損壞。 它也是流體機械特有的振動故障之一。它也是流體機械特有的振動故障之一。 喘振是壓縮機組嚴(yán)重失速和管網(wǎng)相互作用的結(jié)果喘振是壓縮機組嚴(yán)重失速和管網(wǎng)相互作用的結(jié)果。它既可以是管。它既可以是管 網(wǎng)負(fù)荷急劇變化所引起，也可以是壓縮機工作狀況變化所引起。當(dāng)網(wǎng)負(fù)荷急劇變化所引起，也可以是壓縮機工作狀況變化所引起。當(dāng) 進(jìn)入葉輪的氣體流量減少到某一最小值時，氣流的分離區(qū)擴(kuò)大到整進(jìn)入葉輪的氣體流量減少到某一最小值時，氣流的分離區(qū)擴(kuò)大到整 個葉道，使氣流無法通過。這時葉

40、輪沒有氣量甩出，壓縮機出口壓個葉道，使氣流無法通過。這時葉輪沒有氣量甩出，壓縮機出口壓 力突然下降。由于壓縮機總是和管網(wǎng)連在一起的，具有較高背壓的力突然下降。由于壓縮機總是和管網(wǎng)連在一起的，具有較高背壓的 管網(wǎng)氣體就會倒流到葉輪里來。瞬間倒流來的氣流使葉輪暫時彌補管網(wǎng)氣體就會倒流到葉輪里來。瞬間倒流來的氣流使葉輪暫時彌補 了氣體流量的不足，葉輪因而恢復(fù)正常工作，重新又把倒回來的氣了氣體流量的不足，葉輪因而恢復(fù)正常工作，重新又把倒回來的氣 流壓出去，但過后又使葉輪流量減少，氣流分離又重新發(fā)生。如此流壓出去，但過后又使葉輪流量減少，氣流分離又重新發(fā)生。如此 周而復(fù)始。壓縮機和其連接的管路中便產(chǎn)生出

41、周而復(fù)始。壓縮機和其連接的管路中便產(chǎn)生出一種低頻率高振幅的 壓力脈動，造成機組強烈振動。，造成機組強烈振動。 6.1.9 喘振的機理喘振的機理 喘振是壓力波在管網(wǎng)和壓縮機之間來回振蕩的現(xiàn)喘振是壓力波在管網(wǎng)和壓縮機之間來回振蕩的現(xiàn) 象，其強度和頻率不但和壓縮機中嚴(yán)重的旋轉(zhuǎn)脫離象，其強度和頻率不但和壓縮機中嚴(yán)重的旋轉(zhuǎn)脫離 有關(guān)，還和管網(wǎng)容量有關(guān)；有關(guān)，還和管網(wǎng)容量有關(guān)；管網(wǎng)容量越大，則喘振 振幅愈大，頻率愈低；管網(wǎng)容量小，則喘振振幅小，；管網(wǎng)容量小，則喘振振幅小， 喘振頻率也較高，一般為喘振頻率也較高，一般為0.50.520Hz20Hz。 6.1.9 喘振的機理喘振的機理 62 不平衡分析案例不平

42、衡分析案例 某廠芳烴車間一臺離心式氫氣壓縮機是該廠生某廠芳烴車間一臺離心式氫氣壓縮機是該廠生 產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一。驅(qū)動電動機功率為產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一。驅(qū)動電動機功率為610KW610KW，壓縮，壓縮 機軸功率機軸功率550KW550KW，主機轉(zhuǎn)予轉(zhuǎn)速，主機轉(zhuǎn)予轉(zhuǎn)速15300r15300rminmin，屬，屬4 4級級 離心式回轉(zhuǎn)壓縮機，工作介質(zhì)是氫氣，氣體流量離心式回轉(zhuǎn)壓縮機，工作介質(zhì)是氫氣，氣體流量 38066Nm38066Nmh h，出口壓力，出口壓力1.132MPa1.132MPa，氣體溫度，氣體溫度200200， 該壓縮機配有本特利公司該壓縮機配有本特利公司72007200系列振動監(jiān)測系統(tǒng)

43、；系列振動監(jiān)測系統(tǒng)； 測點有測點有7 7個，測點個，測點A A、B B、C C、D D為壓縮機主軸徑向位移為壓縮機主軸徑向位移 傳感器，測點傳感器，測點E E、F F分別為齒輪增速箱高速軸和低速分別為齒輪增速箱高速軸和低速 軸軸瓦的徑向位移傳感器，測點軸軸瓦的徑向位移傳感器，測點G G為壓縮機主軸軸向為壓縮機主軸軸向 位移傳感器。位移傳感器。 該機組于該機組于5 5月中旬開始停車大檢修，月中旬開始停車大檢修，6 6月初經(jīng)檢修各項靜態(tài)指月初經(jīng)檢修各項靜態(tài)指 標(biāo)均達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)均達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。6 6月月1010日下午啟動后投入催化劑再生日下午啟動后投入催化劑再生 工作。再生工作要連續(xù)運行一周

44、左右。再生過程中工作介質(zhì)工作。再生工作要連續(xù)運行一周左右。再生過程中工作介質(zhì) 為氮氣。壓縮機啟動后，各項動態(tài)參數(shù)，如流量、壓力、氣為氮氣。壓縮機啟動后，各項動態(tài)參數(shù)，如流量、壓力、氣 溫、電流振動值都在規(guī)定范圍內(nèi)，機器工作正常，運行不到溫、電流振動值都在規(guī)定范圍內(nèi)，機器工作正常，運行不到 兩整天，于兩整天，于6 6月月1212日上午振動報警，測點日上午振動報警，測點D D振動值越過報警限，振動值越過報警限， 高達(dá)高達(dá)606080m80m之間波動，測點之間波動，測點C C振動值也偏大，在振動值也偏大，在5050 60m60m之間波動，其它測點振動沒有明顯變化。當(dāng)時，之間波動，其它測點振動沒有明顯

45、變化。當(dāng)時，72007200 系統(tǒng)儀表只指示出各測點振動位移的峰系統(tǒng)儀表只指示出各測點振動位移的峰峰值，它說明設(shè)備峰值，它說明設(shè)備 有故障，但是什么故障就不得而知了。依照慣例，設(shè)備應(yīng)立有故障，但是什么故障就不得而知了。依照慣例，設(shè)備應(yīng)立 即停下來，解體檢修，尋找并排除故障，但這要使再生工作即停下來，解體檢修，尋找并排除故障，但這要使再生工作 停下來，進(jìn)而拖延全廠開車時間。停下來，進(jìn)而拖延全廠開車時間。 62 不平衡分析案例不平衡分析案例 故障分析故障分析 利用計算機進(jìn)行了頻譜分析，見圖利用計算機進(jìn)行了頻譜分析，見圖6-16-1，并與故障前，并與故障前5 5月月2121日相日相 應(yīng)測點的頻譜圖應(yīng)

46、測點的頻譜圖6-26-2進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)：進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)： 圖6-1 6月12日 D點頻譜圖 圖6-2 5月21日 D點頻譜圖 a)a) 1 1倍頻的幅值明顯增加，倍頻的幅值明顯增加，C C點增大到點增大到5 5月月2121日的日的1.91.9倍，倍，D D點增大點增大1.731.73倍。倍。 b)b) 其它倍頻成分的幅值幾乎沒變化。其它倍頻成分的幅值幾乎沒變化。 根據(jù)以上特征，可作出以下結(jié)論：根據(jù)以上特征，可作出以下結(jié)論： 1) 1) 轉(zhuǎn)子出現(xiàn)了明顯的不平衡，可能是因轉(zhuǎn)子的結(jié)垢所致；轉(zhuǎn)子出現(xiàn)了明顯的不平衡，可能是因轉(zhuǎn)子的結(jié)垢所致； 2) 2) 振動雖然大，但屬于受迫振動，不是自激振動。并不可怕

47、。振動雖然大，但屬于受迫振動，不是自激振動。并不可怕。 諧波諧波頻率頻率HZ21/5振幅振幅12/6振幅振幅改變量改變量 1254.88170.93295.62125 2510.8038.0238.820 3764.6534.4035.381 41021.5323.3826.723 故障分析故障分析 采取措施與事后復(fù)查采取措施與事后復(fù)查 根據(jù)前述結(jié)論，因此做以下處理：根據(jù)前述結(jié)論，因此做以下處理： 1) 可以不停機，再維持運行可以不停機，再維持運行45天，直到再生工作完成；天，直到再生工作完成； 2) 密切注意振動狀態(tài)，再生工作完成后有停機的機會，做解體檢密切注意振動狀態(tài)，再生工作完成后有停機

48、的機會，做解體檢 查。查。 6月月18日催化劑再生工作圓滿完成，壓縮機停止運行。日催化劑再生工作圓滿完成，壓縮機停止運行。 6月月20日對機組進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)機殼氣體流道上結(jié)垢十分日對機組進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)機殼氣體流道上結(jié)垢十分 嚴(yán)重，結(jié)垢最厚處達(dá)嚴(yán)重，結(jié)垢最厚處達(dá)20mm左右。轉(zhuǎn)子上結(jié)垢較輕，垢的主要成左右。轉(zhuǎn)子上結(jié)垢較輕，垢的主要成 分是燒蝕下來的催化劑，第一節(jié)吸入口處約分是燒蝕下來的催化劑，第一節(jié)吸入口處約34的流道被堵，只的流道被堵，只 剩一條窄縫。剩一條窄縫。 因此檢修主要是清垢，其它部位如軸承、密封等處都未因此檢修主要是清垢，其它部位如軸承、密封等處都未 動，然后安裝復(fù)原，總共只

49、用了兩天時間。動，然后安裝復(fù)原，總共只用了兩天時間。 6月月25日壓縮機再次起動，壓縮機工作一切正常。日壓縮機再次起動，壓縮機工作一切正常。 63 軸彎曲分析案例軸彎曲分析案例 某公司一臺某公司一臺200MW汽輪發(fā)電機組，型號為汽輪發(fā)電機組，型號為C145 N200130535535，型式為超高壓、中間再熱單抽，型式為超高壓、中間再熱單抽 冷凝式。冷凝式。1982年年11月投產(chǎn)，月投產(chǎn)，1994年首次大修，至高壓轉(zhuǎn)年首次大修，至高壓轉(zhuǎn) 子發(fā)生彎軸故障前，已運行近子發(fā)生彎軸故障前，已運行近6年，共進(jìn)行過年，共進(jìn)行過7次小修。在長次小修。在長 期的運行中，該機高壓轉(zhuǎn)子振動一直保持在較好范圍，軸承期

50、的運行中，該機高壓轉(zhuǎn)子振動一直保持在較好范圍，軸承 振動小于振動小于10m，軸振動小于，軸振動小于100m。1998年在一次熱態(tài)年在一次熱態(tài) 起動時起動時#2、#3軸、軸、#1、和、和#2軸承振動出現(xiàn)短時突增，被軸承振動出現(xiàn)短時突增，被 迫打閘；再次沖車后并網(wǎng)運行。并網(wǎng)后，迫打閘；再次沖車后并網(wǎng)運行。并網(wǎng)后，#2軸和軸和#1、#2軸軸 承振動雖然仍處于良好范圍，但其振動有明顯增大趨勢，經(jīng)承振動雖然仍處于良好范圍，但其振動有明顯增大趨勢，經(jīng) 連續(xù)觀察運行近一月，也未能恢復(fù)至以前運行時的振動水平。連續(xù)觀察運行近一月，也未能恢復(fù)至以前運行時的振動水平。 為此，結(jié)合該機歷史振動數(shù)據(jù)、停機前后振動數(shù)據(jù)及

51、運行參為此，結(jié)合該機歷史振動數(shù)據(jù)、停機前后振動數(shù)據(jù)及運行參 數(shù)進(jìn)行診斷分析。數(shù)進(jìn)行診斷分析。 圖63 振動歷史歷程 曲線1停機前1#軸承振動1m，熱態(tài)啟動后，為6m 曲線2停機前2#軸承振動6m，熱態(tài)啟動后，為1618m 曲線3停機前3#軸承振動80m，熱態(tài)啟動后，為120140m 在長期運行中，該 機l#2#軸承振動分別 為2m及400m），運行人員采取緊急打閘措施停機。 5 5：0505轉(zhuǎn)子靜止投盤車，大軸撓度值增大為轉(zhuǎn)子靜止投盤車，大軸撓度值增大為120m120m，盤車電流，盤車電流32A32A。 6 6：4040再次起動，快速沖車至再次起動，快速沖車至3000 r3000 rminmi

52、n定速，然后并入電網(wǎng)。定速，然后并入電網(wǎng)。 從熱態(tài)啟動數(shù)據(jù)知：在起動過程中，機組從熱態(tài)啟動數(shù)據(jù)知：在起動過程中，機組1#1#、2#2#軸承及軸承及2#2#、3#3#軸軸 振動異常增大，緊急打閘停機后，電動盤車時杌組大軸撓度值增加較振動異常增大，緊急打閘停機后，電動盤車時杌組大軸撓度值增加較 大，盤車電流略有增加。大，盤車電流略有增加。 5) 5) 熱態(tài)起動運行后的振動數(shù)據(jù)熱態(tài)起動運行后的振動數(shù)據(jù) 自再次起動并網(wǎng)后，機組高壓轉(zhuǎn)子軸和軸承振動均未能恢復(fù)歷史自再次起動并網(wǎng)后，機組高壓轉(zhuǎn)子軸和軸承振動均未能恢復(fù)歷史 振動水平，盡管振動水平，盡管#1#1、#2#2軸承振動均小于軸承振動均小于20m20m

53、，仍處于優(yōu)秀振動標(biāo)準(zhǔn)，仍處于優(yōu)秀振動標(biāo)準(zhǔn) 范圍內(nèi)，但與歷史數(shù)據(jù)比較均有所增大。尤其是范圍內(nèi)，但與歷史數(shù)據(jù)比較均有所增大。尤其是#2#2軸的振動增大顯著。軸的振動增大顯著。 從頻率成分來看，主要是一倍頻成分增加，其余頻率的振動成分無變從頻率成分來看，主要是一倍頻成分增加，其余頻率的振動成分無變 化?；?。 6) 6) 運行近一月后，停機時臨界振動數(shù)據(jù)運行近一月后，停機時臨界振動數(shù)據(jù) 4 4月月3030日，該機因電網(wǎng)調(diào)峰轉(zhuǎn)為備用停機。在機組停機惰走降速日，該機因電網(wǎng)調(diào)峰轉(zhuǎn)為備用停機。在機組停機惰走降速 過程中，過程中，2#2#軸和軸和l#l#、2#2#軸承臨界振動值比歷史數(shù)據(jù)有成倍的增加，其軸承臨界

54、振動值比歷史數(shù)據(jù)有成倍的增加，其 振動成分是振動成分是1 1倍頻倍頻。 綜合圖綜合圖6 6一一3 3、表、表6 61 1至表至表6 63 3數(shù)據(jù)及起動前后運行參數(shù)分析，可得數(shù)據(jù)及起動前后運行參數(shù)分析，可得 出下列分析結(jié)論：出下列分析結(jié)論： 1) 1) 探頭所在處的轉(zhuǎn)子跳動值從探頭所在處的轉(zhuǎn)子跳動值從30m30m增加至增加至120m120m，比起動前增，比起動前增 大了大了4 4倍，反映出高壓轉(zhuǎn)子撓曲程度加劇，提示可能已產(chǎn)生轉(zhuǎn)子彎曲。倍，反映出高壓轉(zhuǎn)子撓曲程度加劇，提示可能已產(chǎn)生轉(zhuǎn)子彎曲。 2) 2) 從振動頻率以及振值隨轉(zhuǎn)速變化的情況來看。其癥狀和轉(zhuǎn)子失從振動頻率以及振值隨轉(zhuǎn)速變化的情況來看。

55、其癥狀和轉(zhuǎn)子失 衡極為相似。但停機前運行一直很正常，只是在機組停車后再次起衡極為相似。但停機前運行一直很正常，只是在機組停車后再次起 動中振動異常，且在并網(wǎng)后一直維持較大振值，缺乏造成轉(zhuǎn)子失衡動中振動異常，且在并網(wǎng)后一直維持較大振值，缺乏造成轉(zhuǎn)子失衡 的理由或轉(zhuǎn)子零部件飛脫的因素，故可排除轉(zhuǎn)子失衡的可能。的理由或轉(zhuǎn)子零部件飛脫的因素，故可排除轉(zhuǎn)子失衡的可能。 3) 3) 綜合二次起動及并網(wǎng)運行一個月后停機惰走振動情況，表明機綜合二次起動及并網(wǎng)運行一個月后停機惰走振動情況，表明機 組在第一次起動時即存在較大的熱彎曲，而停車后間隔組在第一次起動時即存在較大的熱彎曲，而停車后間隔l.5hl.5h再次

56、起再次起 動，盤車時間不足，極易造成轉(zhuǎn)子永久性彎曲。動，盤車時間不足，極易造成轉(zhuǎn)子永久性彎曲。 (3) 數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)分析 在第一次熱態(tài)起動時，高壓轉(zhuǎn)子的軸及軸承振動急劇增加在第一次熱態(tài)起動時，高壓轉(zhuǎn)子的軸及軸承振動急劇增加( (轉(zhuǎn)速剛達(dá)轉(zhuǎn)速剛達(dá) 1600r1600rminmin時，軸振動即已超滿量程值，即至少已大于時，軸振動即已超滿量程值，即至少已大于400m400m，表明，表明 在第一次起動時，轉(zhuǎn)子存在較大的熱彎曲，在第一次起動時，轉(zhuǎn)子存在較大的熱彎曲，而停車1.5h后再次起動， 盤車時間嚴(yán)重不足，極易造成轉(zhuǎn)子永久性彎曲。 機組起動并網(wǎng)連續(xù)運行近一月，其振動一直處于穩(wěn)定狀態(tài)。機組起動并網(wǎng)連續(xù)

57、運行近一月，其振動一直處于穩(wěn)定狀態(tài)。#1#1、#2#2 軸承和軸承和#2#2軸振幅在熱態(tài)起動后比歷史數(shù)據(jù)有明顯的增大。并且軸振幅在熱態(tài)起動后比歷史數(shù)據(jù)有明顯的增大。并且振幅增 大的主要原因是一倍頻振幅增大。工頻振幅的增大反映出轉(zhuǎn)子彎曲程。工頻振幅的增大反映出轉(zhuǎn)子彎曲程 度的增大，振幅的穩(wěn)定反映出彎曲量的大小基本恒定。度的增大，振幅的穩(wěn)定反映出彎曲量的大小基本恒定。 查起動后運行近一月的頻譜圖，除一倍頻振動和查起動后運行近一月的頻譜圖，除一倍頻振動和#2#2軸處的少量二倍頻軸處的少量二倍頻 振動成分外，無其它振動頻率成分。少量二倍頻振動成分的產(chǎn)生，則振動成分外，無其它振動頻率成分。少量二倍頻振動

58、成分的產(chǎn)生，則 分析認(rèn)為是高壓轉(zhuǎn)子彎曲后與中壓轉(zhuǎn)子的對中性變差所造成的。分析認(rèn)為是高壓轉(zhuǎn)子彎曲后與中壓轉(zhuǎn)子的對中性變差所造成的。 中、低壓轉(zhuǎn)子各軸承及各軸的振動與歷史數(shù)據(jù)相比基本無變化，反映中、低壓轉(zhuǎn)子各軸承及各軸的振動與歷史數(shù)據(jù)相比基本無變化，反映 出故障的發(fā)生部位主要是在高壓轉(zhuǎn)子。出故障的發(fā)生部位主要是在高壓轉(zhuǎn)子。 (3) 數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)分析 診斷結(jié)論診斷結(jié)論 盡管該機高壓轉(zhuǎn)子振動仍在良好范圍以內(nèi)，但從各種參數(shù)的盡管該機高壓轉(zhuǎn)子振動仍在良好范圍以內(nèi)，但從各種參數(shù)的 綜合分析來看，均表明高壓轉(zhuǎn)子上已發(fā)生了轉(zhuǎn)子彎曲故障。而無綜合分析來看，均表明高壓轉(zhuǎn)子上已發(fā)生了轉(zhuǎn)子彎曲故障。而無 論是轉(zhuǎn)子彎曲引

59、起機組過臨界振動過大或是存在圍帶損傷等事故論是轉(zhuǎn)子彎曲引起機組過臨界振動過大或是存在圍帶損傷等事故 隱患，均對該機組安全運行構(gòu)成極大的威脅。因此，診斷分析的隱患，均對該機組安全運行構(gòu)成極大的威脅。因此，診斷分析的 結(jié)論是：該機立即進(jìn)行提前大修，解體查明故障并予以消除。結(jié)論是：該機立即進(jìn)行提前大修，解體查明故障并予以消除。 解體大修檢查情況：解體大修檢查情況： 5 5月月4 4日，該機提前轉(zhuǎn)入大修。經(jīng)揭缸解體檢查證實，高壓轉(zhuǎn)日，該機提前轉(zhuǎn)入大修。經(jīng)揭缸解體檢查證實，高壓轉(zhuǎn) 子前汽封在距調(diào)速級子前汽封在距調(diào)速級180mm180mm處彎曲處彎曲0.08mm0.08mm，中壓轉(zhuǎn)子在，中壓轉(zhuǎn)子在1919

60、級處彎曲級處彎曲 0.055mm0.055mm，高壓汽封、圍帶、隔板汽封和中壓汽封、隔板汽封及，高壓汽封、圍帶、隔板汽封和中壓汽封、隔板汽封及 圍帶均有不同程度的摩擦損傷，其中，中壓圍帶均有不同程度的摩擦損傷，其中，中壓1919級近半圈圍帶前緣級近半圈圍帶前緣 已磨壞，為此，高壓轉(zhuǎn)子采取直軸、中壓轉(zhuǎn)子采取低速動平衡處已磨壞，為此，高壓轉(zhuǎn)子采取直軸、中壓轉(zhuǎn)子采取低速動平衡處 理，同時對損傷的圍帶也進(jìn)行了相應(yīng)的處理，經(jīng)大修處理后高壓理，同時對損傷的圍帶也進(jìn)行了相應(yīng)的處理，經(jīng)大修處理后高壓 轉(zhuǎn)子振動重新恢復(fù)到優(yōu)秀標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。轉(zhuǎn)子振動重新恢復(fù)到優(yōu)秀標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。 64 不對中分析案例不對中分析案例 例例1 1：