轉動設備常見振動故障頻譜特征及案例分析

1、轉動設備常見振動故障頻譜特征及案例分析一、不平衡轉子不平衡是由于轉子部件質量偏心或轉子部件出現(xiàn)缺損造成的故障，它是旋轉機械 最常見的故障。結構設計不合理，制造和安裝誤差，材質不均勻造成的質量偏心，以及轉 子運行過程中由于腐蝕、結垢、交變應力作用等造成的零部件局部損壞、脫落等，都會使 轉子在轉動過程中受到旋轉離心力的作用，發(fā)生異常振動。轉子不平衡的主要振動特征：1、振動方向以徑向為主，懸臂式轉子不平衡可能會表現(xiàn)出軸向振動；2、波形為典型的正弦波；3、振動頻率為工頻，水平與垂直方向振動的相位差接近90 度。案例：某裝置泵軸承箱靠聯(lián)軸器側振動烈度水平13.2 mm/ s，垂直11.8mm/ s，軸向

2、12.0 mm/ s。各方向振動都為工頻成分，水平、垂直波形為正弦波，水平振動頻譜如圖1所示，水平振動波形如圖 2所示。再對水平和垂直振動進行雙通道相位差測量，顯示相位 差接近 90 度。診斷為不平衡故障，并且不平衡很可能出現(xiàn)在聯(lián)軸器部位。解體檢查未見零部件的明顯磨損，但聯(lián)軸器經檢測存在質量偏心，動平衡操作時對聯(lián)軸器相應部位進行打磨校正后振動降至 2.4 mm/s。二、不對中轉子不對中包括軸系不對中和軸承不對中兩種情況。軸系不對中是指轉子聯(lián)接后各轉 子的軸線不在同一條直線上。軸承不對中是指軸頸在軸承中偏斜，軸頸與軸承孔軸線相互 不平行。通常所講不對中多指軸系不對中。不對中的振動特征：1 、最大

3、振動往往在不對中聯(lián)軸器兩側的軸承上，振動值隨負荷的增大而增高；2、平行不對中主要引起徑向振動，振動頻率為 2倍工頻，同時也存在工頻和多倍頻， 但以工頻和 2 倍工頻為主；3、 平行不對中在聯(lián)軸節(jié)兩端徑向振動的相位差接近180 度；4、角度不對中時，軸向振動較大，振動頻率為工頻，聯(lián)軸器兩端軸向振動相位差接近 180度。案例：某臥式高速泵振動達16.0 mm/s，由振動頻譜圖（圖3）可以看出，50 Hz （電機工頻）及其 2倍頻幅值顯著，且 2倍頻振幅明顯高于工頻，初步判定為不對中故障。再測量泵軸承箱與電機軸承座對應部位的相位差，發(fā)現(xiàn)接近 180 度。解體檢查發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器有 2 根聯(lián)接螺栓斷裂，高速

4、軸上部徑向軸瓦有金屬脫落現(xiàn)象，軸 瓦間隙偏大； 高速軸止推面磨損， 推力瓦及惰性軸軸瓦的間隙偏大。 檢修更換高速軸軸瓦、 惰性軸軸瓦及聯(lián)軸器聯(lián)接螺栓后，振動降到 A 區(qū)。三、松動 機械存在松動時，極小的不平衡或不對中都會導致很大的振動。通常有三種類型的機 械松動，第一種類型的松動是指機器的底座、臺板和基礎存在結構松動，或水泥灌漿不實 以及結構或基礎的變形，此類松動表現(xiàn)出的振動頻譜主要為 1x。第二種類型的松動主要是 由于機器底座固定螺栓的松動或軸承座出現(xiàn)裂紋引起，其振動頻譜除1X外，還存在相當大的2X分量，有時還激發(fā)出1/2X和3X振動分量。第三種類型的松動是由于部件間不合 適的配合引起的，產

5、生許多振動諧波分量，如IX、2X、?，nX,有時也會產生1/2X、1/3X、？?等分數諧波分量。這時的松動通常是軸承蓋里軸瓦的松動、過大的軸承間隙、或 者轉軸上零部件存在松動。案例：某引風機振動增大，軸承箱最大振動 16.9 mm/ s。該機為懸臂式離心式風機， 最大振動在軸承箱靠葉輪側，倍頻豐富，初步判斷存在松動。監(jiān)測4 個地腳，發(fā)現(xiàn)其中一個地腳03 （靠葉輪側）振動較大，約9 mn/s，其余三個地腳振動分別為0.5 mr/ s、1.8 mr/s和2.0 mm/s，很明顯03地腳有松動。由引風機地腳03垂直振動頻譜（圖4）可以看出，1X、2X較大，還有較多的諧波成 分。緊固地腳螺栓后軸承箱最

6、大振動降至 4.2 mm/ s,仍偏大，分析應該還存在軸承或軸 上零件配合松動。 2012年 8月解體檢查引風機，發(fā)現(xiàn)軸承與壓蓋緊力不足，加銅墊片調整 壓蓋緊力后振動降到 2.7 mm/s。案例：某雙支撐離心式風機非聯(lián)軸器端軸承箱振動大幅上升，最大振動軸向方向為 14.8mm/s?，F(xiàn)場監(jiān)測記錄列于表1。水平、垂直、軸向振動均表現(xiàn)出 2倍工頻顯著，且垂 直、軸向 2倍工頻幅值大于工頻成分。風機軸向振動頻譜如圖 5所示。因軸支承為滑動軸承，據相關振動分析理論，軸瓦松動將使轉子產生很大的振動，振 動頻率一般為 1/2或2倍轉速頻率，初步分析可能存在軸承壓蓋緊力不足，建議先檢查 軸承壓蓋緊力。檢查驗證

7、確實存在壓蓋緊力不足，調整后振動降至 B區(qū)。四、流體擾動 高速離心泵中的流體，從葉輪的流道中流出，進入擴壓器或蝸殼時，如果流體的流動 方向與葉片角度不一致，流道中就產生很大的邊界層分離、混流和逆向流動，流體對擴壓 器葉片和蝸殼隔舌的沖擊，將使流體在管道中引起很大的壓力脈動和不穩(wěn)定流動，這種壓 力波又可能反射到葉輪上，激發(fā)轉子振動，振動頻率為葉輪葉片數乘以轉速（稱葉片過流 頻率）或其倍數。在工藝流量與泵額定流量偏差較大或葉輪出口與蝸殼對正不良時，過流 頻率振動明顯，稱流體擾動。一般把葉輪外緣和開始卷曲處的距離拉大，能夠緩和壓力脈 動并減小振幅。案例：某泵振動超標，管線振動也大。監(jiān)測發(fā)現(xiàn)前軸承最大

8、振動19.4 mms，4 倍工頻振幅最大，此成分系泵過流頻率，泵振動頻譜如圖 6 所示。經過核算，該泵選型過大， 解體切削葉輪后，振動降到標準之內。五、動靜碰摩在旋轉機械中， 由于軸彎曲、 轉子不對中等引起軸心嚴重變形， 或非旋轉件彎曲變形， 都可能引起轉子與固定件的碰摩而引起異常振動。動靜碰摩的振動特征：頻譜圖上以工頻 分量為主，存在少量低頻或倍頻，碰摩嚴重時，低頻和倍頻分量都有較明顯的反映。波形 圖上可出現(xiàn)單邊削頂現(xiàn)象或在接近最大振幅處出現(xiàn)鋸齒形。案例：監(jiān)測發(fā)現(xiàn)進料泵振動偏大，監(jiān)測數據列于表2。前軸承水平振動波形如圖 7 所示，垂直方向振動波形如圖 8 所示。該泵各測點振動值與該泵歷史良好

9、狀況（ 2 mmS 以內）相比增加較大，倍頻成分豐 富，且波形圖較多波折，尤其是垂直方向存在單邊鋸齒狀，分析存在松動和輕微碰摩。對 該泵跟蹤監(jiān)測，振動值較穩(wěn)定，運行到 2012年 4 月焦化裝置停工檢修時，對該泵解體大 修，發(fā)現(xiàn)后軸瓦巴氏合金層磨損嚴重，泵軸在喉部襯套部位有磨損痕跡，檢修后振動降到 1.7 mm S。六、滾動軸承故障 有關振動分析理論，出現(xiàn)滾動軸承損傷或磨損時，高頻解調值一般會增大，并且往往 可見軸承外圈、內圈等部件的故障特征頻率。當軸承磨損到后期時，軸承故障特征頻率可 能消失，但振動值通常會加大，振動頻譜圖變成一系列譜線。案例：氣分裝置泵振動達18.2 m療s，由前軸承水平振動頻譜圖圖9可以看出，除工 頻外，存在密集的高頻成分。由前軸承水平解調譜圖（圖 10）可以看出，突出的頻譜成分 只有工頻，但譜線底線較高。分析該泵軸承磨損嚴重，已發(fā)展到軸承故障特征頻率消失。解體檢修發(fā)現(xiàn)靠聯(lián)軸器側 的軸承保持架已斷裂，更換軸承后振動降到 B 區(qū)。案例：引風機振動增大，最大振動 8.1