設(shè)備故障的振動(dòng)識(shí)別方法與實(shí)例上

1、 設(shè)備故障的振動(dòng)識(shí)別方法與實(shí)例上海華陽(yáng)檢測(cè)儀器有限公司資料匯編2003年4月前 言振動(dòng)分析是設(shè)備故障診斷最重要最常用的方法。但在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工作中,常常遇到的最困難的也是最關(guān)鍵的問(wèn)題是，在使用簡(jiǎn)易診斷儀器如振動(dòng)計(jì)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在故障的情況下，如何根據(jù)各種振動(dòng)分析儀頻譜分析儀提供的振動(dòng)波形和頻譜，診斷出設(shè)備的故障類型、部位及嚴(yán)重程度，以便據(jù)此采取相應(yīng)的措施。為滿足從事設(shè)備管理、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷和設(shè)備維修工作的工程技術(shù)人員這方面的需要,我們編寫了這本小冊(cè)子。本書緊緊圍繞設(shè)備故障的識(shí)別問(wèn)題，介紹了故障診斷的一般方法和步驟；為了方便查閱，按照故障類型，分別詳細(xì)地列出了其波形和頻譜特征及診斷要點(diǎn)，說(shuō)

2、明了如何區(qū)分不同故障的方法，引用的大量工程實(shí)例與方法介紹相互印證，以求具有更大的參考價(jià)值。本書承蒙北京航天工程學(xué)院研究員袁宏義先生審閱，在此特致謝意。由于作者水平所限，書中難免有不妥之處，敬請(qǐng)讀者指正。作 者 1994年5月 目 錄前言l 振動(dòng)信號(hào)的波形和頻譜 （7）1.1 孤立的譜峰單一頻率信號(hào)（7）1.2 諧波一般周期信號(hào)（7）1.3邊頻調(diào)制的單頻信號(hào)（8）1.3.1調(diào)幅 （8）1.3.2調(diào)頻 （9）1.4寬帶頻譜脈沖信號(hào)、瞬態(tài)信號(hào)、隨機(jī)信號(hào)（10）l.4.l 脈沖信號(hào) （10）1.4.2周期脈沖信號(hào) （11）1.4.3瞬態(tài)信號(hào) （11）1.4.4隨機(jī)信號(hào) （12）2識(shí)別故障的一般方法和步

3、驟 （14）2.1搜集和掌握有關(guān)的知識(shí)和資料（14）2.2振動(dòng)數(shù)據(jù)采集 （14）2.2.1儀器配置 （14）2.2.2參數(shù)設(shè)置 （15）2.2.3輔助測(cè)試 （16）2.3故障分析與診斷 （16）2.3.1注意發(fā)展和變化 （16）2.3.2分析振動(dòng)的頻率成分 （16）2.3.3分析振動(dòng)的方向性和幅值穩(wěn)定性 （17）2.3.4分析各頻率成分的相位 （18）2.3.5邊頻分析 （18）2.3.6分析波形變化 （19）2.3.7分析軸心軌跡 （20）2.3.8全息譜分析 （23）2.3.9觀察隨轉(zhuǎn)速的變化 （24）3常見(jiàn)故障的識(shí)別及實(shí)例 （27）3.l不平衡 （28）實(shí)例l 離心壓縮機(jī)不平衡 （30）

4、實(shí)例2 壓縮機(jī)不平衡 （31）3.2不對(duì)中 （32）實(shí)例l 壓縮機(jī)組對(duì)中不良 （33）實(shí)例2 電機(jī)發(fā)電機(jī)組對(duì)中故障 （35）3.3機(jī)械松動(dòng) （36）實(shí)例l 電機(jī)不平衡及支承松動(dòng) （38）實(shí)例2 發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)支承松動(dòng) （39）3.4轉(zhuǎn)子或軸裂紋 （40 ）實(shí)驗(yàn) 裂紋轉(zhuǎn)子的振動(dòng)特性及診斷 ( 41)實(shí)例 合成氣壓縮機(jī)軸裂紋 （42）3.5滾動(dòng)軸承 （43）實(shí)例l 壓縮機(jī)軸承損傷 （45）實(shí)例2 煤氣排送機(jī)故障 （47）實(shí)例3 挖土機(jī)滾動(dòng)軸承損壞 （48）3.6滑動(dòng)軸承 （50）實(shí)例l 離心壓縮機(jī)油膜振蕩 （52）實(shí)例2 二氧化碳?jí)嚎s機(jī)停車事故 （54）3.7齒輪箱 （56）實(shí)例l JCF.500

5、齒輪箱的邊頻分析 （58）實(shí)例2 大型水泥磨齒輪箱故障 （60）實(shí)例3 立式車床變速箱故障 （61）3.8傳動(dòng)皮帶 （62）3.9葉輪、葉片和旋翼 （63）實(shí)例 葉片斷裂故障 （64）3.10電機(jī) （65）實(shí)例 冷凝液泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)故障 （68）3.11共振 （70）實(shí)例 變速風(fēng)機(jī)的共振故障 （70）1 振動(dòng)信號(hào)的波形和頻譜不同的振動(dòng)信號(hào)具有不同的波形和頻譜。診斷設(shè)備故障時(shí)，為了根據(jù)已知的頻譜和波形確定未知的振動(dòng)類型和特點(diǎn)，需要掌握常見(jiàn)的幾種波形、頻譜與振動(dòng)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。1.1 孤立的譜峰單一頻率信號(hào)頻譜中只有一個(gè)孤立的峰（圖1-1），表明這是正弦振動(dòng)。它具有單一的頻率分量，即峰值所在處的頻率分

6、量，是最簡(jiǎn)單的周期性振動(dòng)。頻譜中除了一個(gè)主峰外，若還有其他孤立的峰，表明這已不是正弦振動(dòng)，而是由幾個(gè)頻率分量合成的振動(dòng)，每個(gè)峰代表一個(gè)頻率分量。若其他峰比主峰幅度小很多，則可近似的看作是正弦振動(dòng)。這種以單一頻率為主的振動(dòng)是處于不平衡狀態(tài)下一臺(tái)簡(jiǎn)單機(jī)器的振動(dòng)，它的頻譜在軸轉(zhuǎn)速處（l×RPM）出現(xiàn)一個(gè)主峰。有時(shí)振動(dòng)信號(hào)中包含直流分量,可以通過(guò)交流耦合輸入方式（AC方式）將直流成分濾掉。直流成分在頻譜分析中并不重要，一般不予考慮。1.2 諧波一般周期信號(hào)機(jī)器產(chǎn)生的振動(dòng)基本上都是周期性振動(dòng)，即波形為無(wú)限重復(fù)的形式。一般周期性振動(dòng)信號(hào)的頻譜由一系列彼此有關(guān)的峰（a） （b）圖1-1 正弦振動(dòng)的

7、波形和頻譜a波形；b頻譜組成，每個(gè)峰代表一個(gè)頻率分量。代表信號(hào)中最長(zhǎng)的波形重復(fù)率的稱為基頻或基波，其他各峰位于基頻的整數(shù)倍處，依次稱為二次諧波、三次諧波等等。上節(jié)討論過(guò)的單一頻率的振動(dòng)是最簡(jiǎn)單的周期性振動(dòng)，其二次以上的諧波為零。周期信號(hào)的一個(gè)例子是方波（圖1-2）。方波的基頻是波形中基本方形的重復(fù)頻率，理想方波的頻譜只包含奇次諧波（一、三、五等次諧波）。如果方波不完全理想，也可能包含一些較小的偶次諧波。奇次諧波的幅值與諧波次數(shù)成反比，即三次諧波幅值是一次諧波幅值的1/3，五次諧波幅值是一次諧波幅值的1/5等等。 RPM代表轉(zhuǎn)速1.3 邊頻調(diào)制的單頻信號(hào)1.3.1 調(diào)幅一個(gè)單一頻率的振動(dòng)，其幅值

8、隨時(shí)間周期性地變化，稱為調(diào)幅。其單一頻率的振動(dòng)信號(hào)為載波信號(hào)。而幅值隨時(shí)間變化的信號(hào)為調(diào)制信號(hào)。所以，調(diào)幅就是由調(diào)制信號(hào)對(duì)載波信號(hào)進(jìn)行幅值調(diào)制。（a）（b）圖1-2 方波的波形和頻譜a波形；b頻譜最簡(jiǎn)單的情況是，調(diào)制信號(hào)是直流信號(hào)加上一個(gè)單一頻率的信號(hào)，其頻率與載波信號(hào)頻率不同。這種調(diào)幅信號(hào)的頻譜在載波峰兩側(cè)各有一個(gè)幅值相同的峰，此即邊頻（圖1-3）。設(shè)載波頻率為fc，調(diào)制頻率為fs，則邊頻的頻率為fc±fs。其中，fcfs為上邊頻，fcfs為下邊頻，它們與載波峰的頻率間隔都是fs。如果調(diào)制信號(hào)是一般的周期信號(hào)，它包含多個(gè)諧波分量，則每個(gè)諧波分量對(duì)載波信號(hào)調(diào)制的結(jié)果都在載波峰兩側(cè)產(chǎn)生

9、一對(duì)邊頻，最終組成邊頻族。最靠近載波峰的一對(duì)邊頻由調(diào)制信號(hào)的基頻產(chǎn)生，再往外一對(duì)由調(diào)制信號(hào)的二次諧波產(chǎn)生，如此等等。相鄰邊頻的間距等于調(diào)制信號(hào)頻率，各邊頻幅值比例（a）（b）圖1-3 調(diào)幅信號(hào)的波形和頻譜a波形；b頻譜與調(diào)制信號(hào)各次諧波幅值比例相同。在調(diào)制信號(hào)中不含直流分量的特殊情況下，載波峰幅值可能為零，也就是說(shuō)，只剩上邊頻和下邊頻。1.3.2 調(diào)頻一個(gè)單一頻率信號(hào)的幅值保持不變，但是頻率隨時(shí)間周期性的變化，稱為調(diào)頻（頻率調(diào)制）。最簡(jiǎn)單的情況是調(diào)制信號(hào)單一頻率的正弦信號(hào)（圖1-4），但即使這種最簡(jiǎn)單的情況，頻譜也十分復(fù)雜。載波峰兩邊等間隔地分布著邊頻族，相鄰邊頻的間距等于調(diào)制頻率。（a）（b

10、）圖1-4 調(diào)頻信號(hào)波形和頻譜a調(diào)頻信號(hào)的波形；b調(diào)頻信號(hào)的頻譜只有頻率調(diào)制而不存在幅值調(diào)制時(shí)，載波峰兩側(cè)左右對(duì)稱。但實(shí)際上兩種調(diào)制往往同時(shí)存在，使載波峰兩側(cè)一般不對(duì)稱、不規(guī)則，而且載波峰和某些邊頻的幅值有可能很小，甚至為零，這使得在某些情況下難于確認(rèn)究竟哪個(gè)是載波峰。若調(diào)制信號(hào)不是單一頻率，而是一般周期信號(hào)，則頻譜更加復(fù)雜。但是，相鄰邊頻的間距仍然等于調(diào)制信號(hào)的基本頻率。例如，齒輪齒距的改變、載荷波動(dòng)、局部缺陷以及連成片的缺陷都會(huì)對(duì)嚙合頻率產(chǎn)生調(diào)制作用（圖1-5）。其中，齒輪局部缺陷激發(fā)的是窄脈沖，其頻譜在較寬的頻率范圍內(nèi)具有相等而較小的幅值。連成片的缺陷激發(fā)的脈沖較寬，其頻譜的頻率（a）（

11、b）圖1-5 齒輪有缺陷時(shí)的波形和頻譜a局部缺陷；b連續(xù)缺陷；fm嚙合頻率范圍窄，幅值衰減較快。由上述兩種缺陷的調(diào)制作用而形成的邊帶也不同：局部缺陷情況下，邊帶范圍寬，幅值小，變化平緩；連成片的缺陷情況下，邊帶范圍窄，集中于載波峰附近，幅值較大，衰減較快。1.4寬帶頻譜脈沖信號(hào)、瞬態(tài)信號(hào)、隨機(jī)信號(hào)1.4.1 脈沖信號(hào)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中常有沖擊現(xiàn)象，沖擊產(chǎn)生脈沖信號(hào)。一個(gè)單獨(dú)的脈沖通常持續(xù)很短的時(shí)間，波形很尖的常稱為窄脈沖。窄脈沖有頻帶很寬的連續(xù)頻譜，沒(méi)有明顯的峰值（圖1-6）。（a） （b）圖1-6 窄脈沖的波形和頻譜a 窄脈沖的波形；b窄脈沖的頻譜每個(gè)實(shí)際脈沖的頻譜，其幅度隨頻率的增加而減小，脈沖越

12、窄，減小得越慢（圖1-7）。所以，從頻譜幅值減小的快慢可估計(jì)出脈沖的寬窄。第一個(gè)凹陷處的頻率等于脈沖寬度的倒數(shù)，在此頻率的整數(shù)倍處還有第二、第三凹陷。1.4.2 周期脈沖信號(hào)若脈沖信號(hào)以一定的周期重復(fù)，波形和幅值不變，則這是周期信號(hào)（圖1-8）。它的頻譜中有一系列等間距的峰，基頻與相鄰諧波的間距等于脈沖重復(fù)頻率。諧波峰幅度隨頻率的增加而減小，整個(gè)頻譜的形狀類似于單個(gè)脈沖的頻譜形狀。1.4.3 瞬態(tài)信號(hào)瞬態(tài)信號(hào)與脈沖信號(hào)類似之處在于，它們都是突然間開(kāi)始圖1-7 不同脈沖頻譜比較a一般脈沖；b窄脈沖；c很窄的脈沖的，不同之處是，瞬態(tài)信號(hào)并不突然停止，而是在一段時(shí)間內(nèi)逐步衰減（圖1-9），一臺(tái)機(jī)器或

13、一個(gè)構(gòu)件突然受到一次沖擊后的振動(dòng)即是這種瞬態(tài)信號(hào)，它是對(duì)一個(gè)脈沖信號(hào)的響應(yīng)。象脈沖信號(hào)一樣，瞬態(tài)信號(hào)的頻譜也是寬帶連續(xù)的。頻譜的特點(diǎn)是有一個(gè)明顯的峰，稱為共振峰，其頻率為結(jié)構(gòu)的共振頻率。共振頻率決定于結(jié)構(gòu)的物理特性，尤其是結(jié)構(gòu)的剛度和質(zhì)量。剛度越大，質(zhì)量越小，其共振頻率越高。共振峰的寬度圖1-8 周期脈沖的波形和頻譜a周期脈沖的波形；b周期脈沖的頻譜決定于結(jié)構(gòu)阻尼大?。凑駝?dòng)能量消耗的快慢）。對(duì)周期脈沖信號(hào)的響應(yīng)是另一種周期信號(hào)，其頻譜是一系列重復(fù)頻率的諧波。各次諧波的幅值等于單個(gè)瞬態(tài)響應(yīng)信號(hào)對(duì)應(yīng)頻譜的幅值。1.4.4 隨機(jī)信號(hào)寬帶頻譜中還有隨機(jī)信號(hào)。隨機(jī)信號(hào)是一種非確定性的信號(hào)，這種不確定性

14、是指對(duì)每單個(gè)信號(hào)的不可預(yù)測(cè)性和不重復(fù)性。例如，由于各種激勵(lì)和影響因素的復(fù)雜和多變，摩擦產(chǎn)生的振動(dòng)便是一種隨機(jī)振動(dòng)。但是，大量的隨機(jī)信號(hào)存在著統(tǒng)計(jì)規(guī)律性，即存在著穩(wěn)定的平均性質(zhì)。圖1-9 瞬態(tài)信號(hào)的波形和頻譜a 瞬態(tài)信號(hào)的波形；b瞬態(tài)信號(hào)的頻譜隨機(jī)信號(hào)的頻譜是寬帶連續(xù)的（圖1-10），它不象周期信號(hào)那樣有孤立峰，而是能量分布在很寬的頻率范圍內(nèi)。在頻譜中可能有峰，但通常與系統(tǒng)共振有關(guān)，而不一定代表系統(tǒng)中存在周期性故障激勵(lì)信號(hào)，峰的寬度決定于結(jié)構(gòu)共振頻率和阻尼。實(shí)際工作中測(cè)量的信號(hào)常常是上述各種信號(hào)組成的組合信號(hào)，其頻譜也不象上述每一種信號(hào)的頻譜那么單純，而是由疊加而成的復(fù)雜頻譜（圖1-11）。但是

15、，在許多情況下，為主的是一種或兩種信號(hào)，頻譜中可以明顯地找出它們的特征。有時(shí)還可通過(guò)濾波等方法消除掉次要成分，然后利用上述關(guān)于波形和頻譜的知識(shí)，將主要信號(hào)（故障信號(hào)）鑒別出來(lái)?，F(xiàn)將常見(jiàn)波形和頻譜總結(jié)列表如下：頻譜形式振動(dòng)波形孤立峰簡(jiǎn)諧振動(dòng)諧波族周期振動(dòng)圍繞孤峰的邊頻族調(diào)制的單一頻率振動(dòng)圍繞諧頻的邊頻族調(diào)制的周期性振動(dòng)寬帶頻譜脈沖瞬態(tài)或隨機(jī)振動(dòng)混合頻譜組合振動(dòng) 圖1-10 隨機(jī)信號(hào)的波形和頻譜a隨機(jī)信號(hào)的波形；b隨機(jī)信號(hào)的頻譜圖1-11 組合信號(hào)的波形和頻譜a組合信號(hào)的波形；b組合信號(hào)的頻譜2 識(shí)別故障的一般方法和步驟2.1 搜集和掌握有關(guān)的知識(shí)和資料（1）機(jī)器結(jié)構(gòu)性能資料：包括機(jī)器的工作原理，

16、機(jī)器在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的地位和作用，重要的動(dòng)態(tài)參數(shù)，如驅(qū)動(dòng)功率、流量、壓力、轉(zhuǎn)速變化范圍、電流、電壓、溫度等，機(jī)器結(jié)構(gòu)組成和參數(shù)，如軸承型式、密封結(jié)構(gòu)、聯(lián)軸節(jié)結(jié)構(gòu)、齒輪齒數(shù)、葉片數(shù)、共振頻率、臨界轉(zhuǎn)速等等。（2）操作運(yùn)行情況：包括負(fù)荷及其變化情況、潤(rùn)滑情況、起動(dòng)和停機(jī)情況、工藝參數(shù)變化情況等。（3）機(jī)器周圍環(huán)境的影響：包括溫度、濕度、與其他機(jī)器的關(guān)聯(lián)、地基沉降、電壓波動(dòng)等因素對(duì)機(jī)器性能的影響。（4）故障與維修情況：包括上次大修時(shí)間、大修時(shí)作過(guò)哪些調(diào)整、運(yùn)轉(zhuǎn)以來(lái)發(fā)生故障及對(duì)故障處理情況的記錄和檔案、機(jī)器的薄弱環(huán)節(jié)及預(yù)計(jì)容易發(fā)生故障的類型和部位、同型號(hào)、同工作條件下其他機(jī)器的故障情況等。2.2 振動(dòng)

17、數(shù)據(jù)采集2.2.1儀器配置 設(shè)備振動(dòng)診斷系統(tǒng)可以是微機(jī)系統(tǒng)，也可以是專用儀器。由于微機(jī)系統(tǒng)具有很多優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越被廣泛采用。圖2-1是以便攜式微機(jī)為主機(jī)的離線設(shè)備監(jiān)測(cè)和診斷系統(tǒng)。圖2-2是在線監(jiān)測(cè)和診斷的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 設(shè)備加器放速內(nèi)大度裝器傳集感成數(shù)據(jù)采集器便攜式微機(jī)監(jiān)測(cè)和診斷軟件數(shù)據(jù)管理軟件圖2-1 離線振動(dòng)監(jiān)測(cè)和診斷系統(tǒng) 設(shè)備電位渦移流傳式感 器預(yù)處理器數(shù)據(jù)采集器臺(tái)式微機(jī)監(jiān)測(cè)和診斷軟件數(shù) 據(jù)管理軟件圖2-2 在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)和診斷系統(tǒng)2.2.2 參數(shù)設(shè)置采集振動(dòng)數(shù)據(jù)時(shí)，首先要設(shè)置儀器的數(shù)據(jù)采集參數(shù)，這些參數(shù)主要有：最高分析頻率、采樣頻率、采樣點(diǎn)數(shù)（數(shù)據(jù)長(zhǎng)度）、觸發(fā)方式、放大倍數(shù)、AC/DC選擇、

18、傳感器靈敏度等。簡(jiǎn)單說(shuō)明如下：（1）最高分析頻率Fm指需要分析的最高頻率，也是經(jīng)過(guò)抗混濾波后的信號(hào)最高頻率。根據(jù)采樣定理，F(xiàn)m與采樣頻率Fs之間的關(guān)系一般可取為:Fs=2.56Fm最高分析頻率Fm的選取決定于設(shè)備轉(zhuǎn)速和故障性質(zhì)。例如，診斷常見(jiàn)故障不平衡、不對(duì)中、機(jī)械松動(dòng)及電機(jī)轉(zhuǎn)子故障時(shí)，特征信息包含在頻譜的10×RPM范圍內(nèi)；滾動(dòng)軸承的故障信息在內(nèi)外滾道、保持架及滾子等的故障特征頻率及其低次諧頻處，這些故障特征頻率與機(jī)器轉(zhuǎn)速及軸承構(gòu)造參數(shù)有關(guān)；滾動(dòng)軸承疲勞故障信息在與轉(zhuǎn)速有關(guān)的某些高頻區(qū)域；滑動(dòng)軸承油膜渦動(dòng)引起的振動(dòng)頻率主要在（0.420.48）×RPM區(qū)域；齒輪箱故障信息

19、在齒輪嚙合頻率以及齒輪的固有頻率附近；而葉輪葉片故障信息則在葉片通過(guò)頻率、轉(zhuǎn)頻及它們的諧頻處等等。最高分析頻率應(yīng)適當(dāng)高于上述各故障信息所在的頻率范圍。2采樣點(diǎn)數(shù)N與譜線數(shù)M有以下關(guān)系：N=2.56×M譜線數(shù)M與頻率分辨率F及最高分析頻率Fm有以下關(guān)系：F=Fm / M或 M= Fm /F所以有 N=2.56 Fm /F由此可知，采樣點(diǎn)數(shù)的多少與要求多大的頻率分辨率有關(guān)。當(dāng)最高分析頻率已經(jīng)確定，要考慮診斷中讀譜的頻率分辨率是多少，然后由上式計(jì)算采樣點(diǎn)數(shù)，并將采樣點(diǎn)數(shù)設(shè)置為最接近計(jì)算值的2的n次冪。例如，機(jī)器轉(zhuǎn)速R=3000r/min=50Hz，欲分析8倍頻以下振動(dòng)信號(hào)，要求頻率分辨率F

20、 =1Hz，則采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)設(shè)置如下：最高分析頻率Fm =8×R=8×50Hz=400Hz；采樣頻率Fs=2.56×Fm=2.56×400Hz=1024Hz；采樣點(diǎn)數(shù)N=2.56×Fm /F=2.56×400Hz/1Hz;=1024=210；譜線數(shù)M=N/2.56=1024/2.56=400（條）。若對(duì)于頻譜的頻率分辨率沒(méi)有太高的要求，一般來(lái)說(shuō)，采樣點(diǎn)數(shù)設(shè)為1024（400條譜線）便足夠了。有時(shí)需要作時(shí)間頻率三維譜圖，采樣點(diǎn)數(shù)可設(shè)置為8192（213）甚至更多。（3）觸發(fā)方式一般設(shè)置為內(nèi)觸發(fā)。在作現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡需要測(cè)量相位時(shí)，或作階比

21、分析時(shí)，要求以轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)適當(dāng)分頻后作為數(shù)據(jù)采集的外觸發(fā)信號(hào)。此時(shí)，應(yīng)設(shè)置為外觸發(fā)，同時(shí)在外觸發(fā)端口引入觸發(fā)信號(hào)。（4）放大倍數(shù)一般能夠自動(dòng)改換，即根據(jù)信號(hào)幅度自動(dòng)選擇放大倍數(shù)，以使放大后的信號(hào)幅度滿足模/數(shù)轉(zhuǎn)換的要求。如果儀器不能自動(dòng)轉(zhuǎn)換放大倍數(shù)，則需預(yù)先測(cè)試或估計(jì)出信號(hào)的最大可能幅度，然后人工設(shè)定放大倍數(shù)，使放大后的最大信號(hào)幅度不超過(guò)允許幅值。（5）AC/DC選擇一項(xiàng)，在作動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)應(yīng)設(shè)置為AC。（6）傳感器靈敏度（或工程單位）設(shè)置一項(xiàng)，在輸入傳感器靈敏度數(shù)值后，時(shí)域和頻域幅值譜縱坐標(biāo)單位為與靈敏度相應(yīng)的力學(xué)單位，若不輸入靈敏度數(shù)值，則時(shí)域和頻域縱坐標(biāo)為伏。例如，加速度傳感器靈敏度以 V

22、/（m/s2）為單位時(shí)，時(shí)域和頻域幅值譜縱坐標(biāo)單位為m/s2；加速度傳感器靈敏度以V/g為單位時(shí)，時(shí)域和頻域縱坐標(biāo)單位為重力加速度g。2.2.3 輔助測(cè)試有些情況下，為了確定或排除某些可能的故障，需要進(jìn)行一些輔助測(cè)試。這些輔助測(cè)試包括：變轉(zhuǎn)速振動(dòng)測(cè)試；變負(fù)荷振動(dòng)測(cè)試；變潤(rùn)滑系統(tǒng)參數(shù)（油溫、油壓）振動(dòng)測(cè)試；起動(dòng)或停車過(guò)程振動(dòng)測(cè)試；共振頻率測(cè)試；機(jī)殼、基座或管道某些部件的測(cè)試 。2.3 故障分析與診斷根據(jù)振動(dòng)信號(hào)識(shí)別設(shè)備故障是件難度很大的工作。這主要因?yàn)椋和还收峡梢员憩F(xiàn)出多種癥候，同一癥候可由不同故障引起，不同類型的機(jī)器其故障與癥候的對(duì)應(yīng)關(guān)系可能不完全一樣，這種關(guān)系又與運(yùn)行條件、環(huán)境條件、故障歷

23、史及維修情況有密切聯(lián)系。在故障診斷中，熟悉和掌握機(jī)器的結(jié)構(gòu)、特性、使用和維修情況以及實(shí)際診斷經(jīng)驗(yàn)都是很重要的。2.3.1 注意發(fā)展和變化在分析和診斷故障時(shí)，應(yīng)注意從發(fā)展變化中得出準(zhǔn)確的結(jié)論。單獨(dú)一次測(cè)量往往難于對(duì)故障判斷有較大把握，反復(fù)多次的追蹤測(cè)量分析能使診斷更接近于真實(shí)情況。為此，應(yīng)注意積累和研究機(jī)器正常運(yùn)行狀態(tài)下的振動(dòng)數(shù)據(jù)，包括基頻的幅值和相位、次諧波和高次諧波的幅值和相位、其他重要頻率分量的幅值、時(shí)域波形以及軸心軌跡的形狀、大小和旋轉(zhuǎn)方向等。對(duì)當(dāng)前機(jī)器的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行各種觀察和分析時(shí)，應(yīng)與正常運(yùn)行狀態(tài)下的振動(dòng)進(jìn)行比較，注意哪些參數(shù)發(fā)生了變化及變化程度如何。例如，基頻分量變化不大而2倍頻幅

24、值明顯增大可能說(shuō)明不對(duì)中加劇，喘振使軸向振動(dòng)變化明顯，而不平衡增大使水平和垂直方向振動(dòng)同步增長(zhǎng)。趨勢(shì)分析也是有效的方法，不但分析振動(dòng)有效值或峰-峰值變化趨勢(shì)，而且分析基頻、1/2倍頻、2倍頻等各頻率分量的變化趨勢(shì)，從而得出振動(dòng)是穩(wěn)定不變、逐漸上升、時(shí)升時(shí)降還是迅速增大等信息。例如，不平衡加大使振動(dòng)緩慢而穩(wěn)定上升，葉片斷落則使振動(dòng)幅值突然上升。2.3.2 分析振動(dòng)的頻率成分每一種引發(fā)異常振動(dòng)的故障源都產(chǎn)生一定頻率成分的振動(dòng)，可能是單一頻率，也可能是一組頻率或某個(gè)頻帶。根據(jù)振動(dòng)信號(hào)的頻率組成，可以很快排除一批不可能出現(xiàn)的故障，將注意力集中在幾個(gè)可能的故障原因上。一般說(shuō)來(lái)：不平衡主要引起基頻振動(dòng)；不

25、對(duì)中不但影響基頻振動(dòng)，還可引起2倍頻及其他高倍頻振動(dòng)；滑動(dòng)軸承油膜渦動(dòng)的振動(dòng)頻率為（0.420.48）×RPM，油膜振蕩的振動(dòng)頻率為轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速頻率；轉(zhuǎn)子與固定部件之間的摩擦激發(fā)較寬頻帶的振動(dòng)，可能包括基頻、倍頻、次諧波、轉(zhuǎn)子零部件固有頻率；轉(zhuǎn)子組件松動(dòng)的振動(dòng)頻率以基頻為主，可能伴有倍頻或1/2×RPM、1/3×RPM等分?jǐn)?shù)倍頻。為了更好地知道各頻率成分的主次，有時(shí)可列出頻率結(jié)構(gòu)表（表2-1），表中有以mV為單位讀出的通頻幅值和各頻率成分的幅值，根據(jù)各頻率成分與通頻的幅值比，可以清楚地看出各頻率成分的強(qiáng)弱順序和它們?cè)诳傉駝?dòng)中所占的份量。表2-1 某電機(jī)振動(dòng)信號(hào)

26、的頻率結(jié)構(gòu)通頻幅值頻 率 結(jié) 構(gòu)444.2mV頻 率Hz50150250350倍 頻F03f05f07f0幅值mV170.4374.914040倍頻與通頻幅值比0.38360.84400.3150.090強(qiáng)弱順序2134在研究頻譜的頻率成分時(shí)，為了突出主要頻率成分，減弱干擾和噪聲，可以利用自功率譜（簡(jiǎn)稱自譜）。由于自功率譜的縱坐標(biāo)與幅值的平方成正比，使幅值譜中的高峰更突出而小的峰變得更不明顯，所以能使頻率結(jié)構(gòu)更清晰，如圖2-3所示。圖2-3 振動(dòng)信號(hào)的幅值譜和自功率譜a振動(dòng)信號(hào)；b幅值譜；c自功率譜2.3.3 分析振動(dòng)的方向性和幅值穩(wěn)定性一般說(shuō)來(lái)：不平衡量增大，則徑向水平、垂直兩個(gè)方向的振幅同

27、時(shí)增長(zhǎng)；不對(duì)中徑向振幅增大，但同時(shí)還可引起軸向振動(dòng)；基座松動(dòng)時(shí)垂直方向振動(dòng)明顯大于水平方向振動(dòng)；轉(zhuǎn)子組件松動(dòng)引起的振動(dòng)，其幅值不穩(wěn)定；油膜渦動(dòng)和油膜振蕩則以徑向振動(dòng)為主，振幅不穩(wěn)定；轉(zhuǎn)子裂紋引起的2倍頻振動(dòng)，水平方向和垂直方向的振幅大小相近。2.3.4 分析各頻率成分的相位不平衡引起的基頻振動(dòng)分量與轉(zhuǎn)軸相位標(biāo)志之間的角度（即基頻分量的相位）保持不變，水平方向與垂直方向振動(dòng)相位相差約90°。平行不對(duì)中引起的徑向振動(dòng)在軸兩端反向，即相位相差180°；角不對(duì)中引起的徑向振動(dòng)在軸兩端同向，即相位差為零。2.3.5 邊頻分析在齒輪箱（以及電機(jī)）故障診斷中，常見(jiàn)到具有復(fù)雜周期結(jié)構(gòu)的振動(dòng)

28、頻譜 圖2-4（a）。頻譜中有軸轉(zhuǎn)動(dòng)頻率fr及其諧波，有齒輪嚙合頻率fm及其諧波，還有fr與fm之間調(diào)制產(chǎn)生的邊頻族。實(shí)際上，一對(duì)齒輪的嚙合頻率fm及其諧波頻率是載波頻率，而齒輪偏心、齒間游隙、齒的個(gè)別損傷及軸本身故障產(chǎn)生的每周一次振動(dòng)（頻率為fr）成為調(diào)制信號(hào)，調(diào)制結(jié)果使fm兩邊產(chǎn)生出頻率間隔彼此相等的邊頻族。所以，頻譜上譜峰分布有了周期性結(jié)構(gòu)。分析邊頻，求出調(diào)制頻率，常常可以找到故障的部位。在難于直接從頻譜圖上分析邊頻結(jié)構(gòu)時(shí)，可以借助于細(xì)化分析或倒頻譜。倒頻譜的橫坐標(biāo)是頻率的倒數(shù)，具有時(shí)間量綱（通常以毫秒為單位）。對(duì)于有變頻結(jié)構(gòu)的頻譜作倒頻譜分析時(shí)，倒頻譜中就出現(xiàn)代表不同周期性結(jié)構(gòu)的譜峰，

29、如圖2-4（b）中有1/fm、2/fm和1/fr，等幾個(gè)峰，據(jù)此可以求出特征頻率fr和fm倒頻譜的優(yōu)點(diǎn)在于：（l）將頻譜中的周期性結(jié)構(gòu)檢測(cè)出來(lái)，便于邊頻分析；（2）比起幅值譜，倒頻譜受振動(dòng)傳輸途徑影響較小。振動(dòng)傳感器安裝在齒輪箱不同位置上，其幅值譜可能不同，但其倒頻譜差別很小；圖2-4 齒輪箱振動(dòng)頻譜a對(duì)數(shù)功率譜；b倒頻譜圖2-5 細(xì)化示意圖（3）當(dāng)調(diào)制信號(hào)（常常是故障信號(hào)）較弱時(shí)，在頻譜圖中往往不明顯，但倒頻譜能夠相對(duì)加強(qiáng)幅值小的信號(hào)，使較弱的周期性信號(hào)變得明顯。細(xì)化分析又稱選帶分析或ZOOM，它可圍繞一個(gè)指定的中心頻率在較窄的頻帶內(nèi)進(jìn)行分析，因而大大提高了頻率分辨率（圖2-5）。太多數(shù)FF

30、T分析都在直流分量。（即零頻率）與最高分析頻率之間的寬頻帶內(nèi)進(jìn)行，稱為基帶分析，頻率分辨率往往不夠大，如圖2-6所示。圖2-6 基帶分析與細(xì)化分析a基帶分析；b某頻段的細(xì)化分析細(xì)化不僅大大提高頻率分辨率，還可明顯地改善信噪比。2.3.6 分析波形變化波形分析具有簡(jiǎn)捷直觀的特點(diǎn)，對(duì)于成分比較簡(jiǎn)單的振動(dòng)位移信號(hào)，或者信號(hào)中的削波、脈沖、調(diào)幅、調(diào)頻等情況較為有效，一般可與頻譜分析同時(shí)使用。圖2-7為故障軸承的振動(dòng)波形。正常時(shí)振動(dòng)加速度波形有較小的振幅平均值（a），當(dāng)出現(xiàn)滾道面疲勞時(shí)，其波形振幅普遍增大（b），又當(dāng)出現(xiàn)內(nèi)外圈疲勞剝落時(shí)，波形中可看到頻率等于其故障特征頻率的沖擊信號(hào)（c），而（d）圖則是

31、外圈橢圓度超差時(shí)的波形。圖2-7 故障軸承的振動(dòng)波形a正常軸承；b滾道面疲勞；c內(nèi)外圈疲勞剝落；d外圈橢圓度超差圖2-8為某5萬(wàn)kW發(fā)電機(jī)組徑向振動(dòng)位移信號(hào)。波形上下兩部分明顯不對(duì)稱，但若將上半部分的趨勢(shì)延伸至下半部分，基本上就是一個(gè)正弦振動(dòng)，且其頻率與轉(zhuǎn)速一致。可見(jiàn)產(chǎn)生振動(dòng)的主要原因是轉(zhuǎn)子不平衡。另一方面，從波形下半部分來(lái)看，由不平衡引起的振動(dòng)在半個(gè)周期中受到了阻礙，并產(chǎn)生了頻率高于轉(zhuǎn)速的振動(dòng)分量，使波形下半邊波峰遠(yuǎn)不如上半邊尖銳，并且疊加有高頻的波動(dòng)。這表明軸承對(duì)于轉(zhuǎn)子的約束力在相反的兩個(gè)方向上有明顯的不同。通過(guò)進(jìn)一步的查實(shí)，最終找到波形不對(duì)稱的原因是軸承支承剛度不均勻。圖2-8 發(fā)電機(jī)組

32、徑向振動(dòng)波形分析波形有助于區(qū)分不同故障。一般說(shuō)來(lái):不平衡的振動(dòng)波形基本上是正弦式的；不對(duì)中的振動(dòng)波形比較穩(wěn)定、光滑、重復(fù)性好；轉(zhuǎn)子組件松動(dòng)及干摩擦產(chǎn)生的振動(dòng)波形比較毛糙、不平滑、不穩(wěn)定，還可能出現(xiàn)削波現(xiàn)象；自激振動(dòng)，如油膜渦動(dòng)、油膜振蕩等，振動(dòng)波形比較雜亂，重復(fù)性差，波動(dòng)大。2.3.7 分析軸心軌跡在轉(zhuǎn)軸同一截面內(nèi)安裝兩個(gè)徑向位移傳感器，彼此互成90°，將此兩路信號(hào)分別輸入示波器的X和Y方向，或者用雙通道數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后再以屏幕上的X和Y方向進(jìn)行圖形顯示，成為表示軸心的軌跡，（如圖2-9）。軸心軌跡表示轉(zhuǎn)子軸心一點(diǎn)相對(duì)于軸承座的運(yùn)動(dòng)。為了去掉振動(dòng)信號(hào)中的直流分量，可使信號(hào)

33、先經(jīng)過(guò)高通濾波。轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)中除包含不平衡引起的同步振動(dòng)分量外，一般還存在亞同步（其頻率低于轉(zhuǎn)速）分量和高次諧波（其頻率是轉(zhuǎn)速的整數(shù)倍）分量，使軸心軌跡形狀復(fù)雜，甚至非?；靵y，造成分析困難。例如，一臺(tái)壓縮機(jī)高壓缸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)發(fā)生油膜渦動(dòng)導(dǎo)致機(jī)組停車，由于油膜渦動(dòng)周期并不恰好是轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)周期圖2-9 典型的軸心軌跡a橢圓；b雙橢圓；c發(fā)散的2倍，其軸心軌跡不完全重合，顯得很凌亂，如圖2-10（a）所示。目前發(fā)展了一種模擬軸心軌跡技術(shù)，它是根據(jù)頻諧分析原理，將X、Y方向振動(dòng)信號(hào)分解成各個(gè)頻率分量，然后將某些頻率分量提取出來(lái)加以合成，再用計(jì)算機(jī)重新作出軸心軌跡，可將原本凌亂的軌跡顯示得十分消楚，如圖2-1

34、0（b）所示。由圖上可以看到，軸心軌跡呈內(nèi)“8”字形，這是油膜渦動(dòng)的典型特征。分析軸心軌跡的方法如下：（1）注意軸心軌跡的形狀及其變化。軸心軌跡常用來(lái)監(jiān)視滑動(dòng)軸承中的油膜振蕩。當(dāng)轉(zhuǎn)子穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，軸心軌跡近似于橢圓，如圖2-9（a）。軌跡變?yōu)殡p橢圓時(shí)（b），表示滑動(dòng)軸承中出現(xiàn)了半速渦動(dòng)（又稱雙圈晃動(dòng)），這是轉(zhuǎn)軸失穩(wěn)的初期圖2-10 油膜渦動(dòng)時(shí)的軸心軌跡和模擬軸心軌跡a軸心軌跡；b模擬軸心軌跡征兆。再如，觀察汽輪發(fā)電機(jī)組起動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)速振動(dòng)分量的軸心軌跡（圖2-11），發(fā)現(xiàn)其大小、形狀和最大振動(dòng)方向不斷變化并逐漸趨于穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下的振幅和最大振動(dòng)方向。這是因?yàn)槠饎?dòng)過(guò)程中，機(jī)器由冷態(tài)逐步過(guò)渡到熱平衡狀態(tài)，

35、機(jī)器熱容量較大，所需過(guò)渡時(shí)間較長(zhǎng)。相反，突然停車過(guò)程中（圖2-12），由于降速快，機(jī)器熱平衡狀態(tài)來(lái)不及變化，所以轉(zhuǎn)速振動(dòng)分量軸心軌跡只是隨轉(zhuǎn)速的降低而逐步縮小，其形狀和最大振動(dòng)方向并無(wú)明顯變化。（2）注意軸心軌跡的穩(wěn)定性。正常情況下，軸心軌跡比較穩(wěn)定，基本上相互重合。如果軸心軌跡紊亂，形狀和大小不斷變化，不能重合，則表明運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)異常。例如，出現(xiàn)油膜渦動(dòng)或油膜振蕩時(shí)，軸心軌跡將不斷發(fā)散，如圖2-9（c）所示。此時(shí)可用模擬軸心軌跡進(jìn)行觀察。圖2-11 發(fā)電機(jī)組起動(dòng)過(guò)程基頻軸心軌跡（3）觀察軸心軌跡的旋轉(zhuǎn)方向。旋轉(zhuǎn)方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致，稱為正向進(jìn)動(dòng)；二者相反時(shí)，稱為反向進(jìn)動(dòng)。大多數(shù)情況下，軸心

36、軌跡都是正向進(jìn)動(dòng)，有時(shí)出現(xiàn)反向進(jìn)動(dòng)，可能由于轉(zhuǎn)子徑向干摩擦所致。利用波形分析和軸心軌跡，可以發(fā)現(xiàn)一些典型的故障，如表2-2。圖2-12 發(fā)電機(jī)組停車過(guò)程基頻軸心軌跡表2-2 利用波形分析和軸心軌跡診斷的典型故障缺陷時(shí)域X-Y軌跡診斷不 對(duì) 中典型的嚴(yán)重不對(duì)中油膜渦動(dòng)與不平衡相似而且渦動(dòng)頻率較慢，小于軸轉(zhuǎn)速的0.5倍摩 擦接觸產(chǎn)生花狀，它疊加在正常的軸心軌跡上不平衡或軸彎?rùn)E圓的X-Y顯示2.3.8 全息譜分析轉(zhuǎn)子在同一支承截面內(nèi)垂直和水平兩方向振動(dòng)之間，以及轉(zhuǎn)子在各個(gè)支承截面振動(dòng)之間，都有密切關(guān)系。分析這些關(guān)系，可以得到更多的機(jī)器狀態(tài)信息。利用二維全息譜和三維全息譜可以達(dá)到上述目的。（l）二維全

37、息譜。轉(zhuǎn)子在同一支承截面內(nèi)垂直和水平兩個(gè)方向的振動(dòng)信號(hào)可以分別分解成次諧波分量和高次諧波分量，根據(jù)幅值、頻率和相位，把兩個(gè)方向相同頻率成分的振動(dòng)分別合成，并將各頻率分量的合成圖羅列在一張譜圖上，這就是二維全息譜。圖2-13（a）和（b）分別是某化肥廠空壓機(jī)驅(qū)動(dòng)透平轉(zhuǎn)子自由端和聯(lián)軸節(jié)端振動(dòng)的二維全息譜，頻率成分主要有14倍頻和較小的次諧波。從（a）圖看出，存在一個(gè)突出的4倍頻分量，而且振動(dòng)方向不變，這表明轉(zhuǎn)子受到一個(gè)方向不變的力的作用，力的作用頻率為轉(zhuǎn)頻的4倍。由此聯(lián)想到空壓機(jī)驅(qū)動(dòng)透平采用的是回油楔軸承，上述現(xiàn)象可能與此有關(guān)。與自由端（a）圖相比，（b）圖中2倍頻成分占突出地位，主要原因是聯(lián)軸節(jié)

38、對(duì)中不良，不對(duì)中與不平衡復(fù)合作用的結(jié)果，使1倍頻成分由圓變成橢圓。4倍頻成分仍然存在，方向相同，僅幅值變小，原因仍為四油楔軸承，對(duì)另一化肥廠的空壓機(jī)驅(qū)動(dòng)透平振動(dòng)信號(hào)分析結(jié)果表明，也存在4倍頻分量，這可能與設(shè)計(jì)有關(guān)；（2）三維全息譜。三維全息譜顯示不同支承截面內(nèi)同一頻率成分的振動(dòng)軌跡、相位關(guān)系及軸心線上出現(xiàn)的節(jié)點(diǎn)。圖2-14是某化肥廠空壓機(jī)組基頻分量振動(dòng)的三維全息譜。該機(jī)組自大修以來(lái)運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，但從圖中可以看出，仍存在需要注意的問(wèn)題。自由端基頻振動(dòng)軌跡近似為一直線，其水平和垂直振動(dòng)相位差接近180°，這顯然由于壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)都受到一個(gè)方向固定的力作用，此力大小基本不變。振源不會(huì)是轉(zhuǎn)子

39、自身缺陷，而很可能是軸承及其附近軸上零部件所受強(qiáng)迫力。壓縮機(jī)圖2-13 空壓機(jī)驅(qū)動(dòng)透平轉(zhuǎn)子的二維全息譜a自由端振動(dòng)二維全息譜；b聯(lián)軸節(jié)端振動(dòng)二維全息譜自由端支承軸承為橢圓軸承，軸承安裝不良，如上瓦與下瓦之間的聯(lián)接出現(xiàn)松動(dòng)，就很可能造成上述振動(dòng)。這一點(diǎn)在下次大修時(shí)應(yīng)引起注意。2.3.9 觀察隨轉(zhuǎn)速的變化轉(zhuǎn)速變化主要指起動(dòng)和停車過(guò)程，在這一過(guò)程中經(jīng)歷各種轉(zhuǎn)速，振動(dòng)信號(hào)能顯示出故障與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，以此可區(qū)分不同故障。例如：不平衡引起的振動(dòng)幅值隨轉(zhuǎn)速的增大而增大，并在通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)有峰值出現(xiàn)；不對(duì)中引起的振動(dòng)與轉(zhuǎn)速關(guān)系不大。圖2-15為不平衡、不對(duì)中引起的振幅隨轉(zhuǎn)速變化的示意圖。圖2-14 空壓機(jī)組三維

40、全息譜a基頻分量：從右至左依次為透平、低壓缸b低頻分量：從右至左依次為透平、低壓缸圖2-15 不平衡、不對(duì)中時(shí)振動(dòng)與轉(zhuǎn)速的關(guān)系a不平衡、不對(duì)中分別發(fā)生；b不平衡、不對(duì)中同時(shí)存在：不平衡力和不對(duì)中力相位錯(cuò)開(kāi)的情況不平衡力和不對(duì)中力相位相同的情況油膜渦動(dòng)的振動(dòng)頻率隨轉(zhuǎn)速增大而增大，但與轉(zhuǎn)速的比例保持在（4248）%之間。當(dāng)轉(zhuǎn)速到達(dá)一階臨界轉(zhuǎn)速的二倍以上時(shí)，即出現(xiàn)強(qiáng)烈振動(dòng)，振動(dòng)頻率不再隨轉(zhuǎn)速增大而保持在轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速上，此即發(fā)生了油膜振蕩。觀察振動(dòng)的某些頻率分量隨轉(zhuǎn)速（以及時(shí)間、負(fù)載等）變化情況，可利用三維譜（又稱瀑布圖或級(jí)聯(lián)譜）。三維譜是將不同轉(zhuǎn)速下的頻譜疊加在一起構(gòu)成的（圖2-16），其橫坐標(biāo)為頻

41、率，縱坐標(biāo)為轉(zhuǎn)速，第三坐標(biāo)為振幅。從圖上可以看到由譜峰構(gòu)成的“山脈”。若“山脈”斜線通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，表明這種振動(dòng)的頻率分量與轉(zhuǎn)速有關(guān)，其振源也必定與轉(zhuǎn)速有關(guān)（如不平衡）；與頻率軸垂直的“山脈”表示不受轉(zhuǎn)速影響的頻率分量（如油膜振蕩）；分布不規(guī)則的“山脈”可認(rèn)為由隨機(jī)振動(dòng)產(chǎn)生。圖2-16 三維譜圖2-16 三維譜 3 常見(jiàn)故障的識(shí)別及實(shí)例本章對(duì)于各種常見(jiàn)故障，分別簡(jiǎn)述故障原因，給出頻譜和波形特征，敘述測(cè)量?jī)x器設(shè)置及診斷要點(diǎn)，在“說(shuō)明”中指出與其他故障的區(qū)分方法及需要加以注明的內(nèi)容，最后提供比較典型的工程實(shí)例，以資借鑒。3.1 不平衡3.1.1 故障原因當(dāng)轉(zhuǎn)子質(zhì)量中心偏離轉(zhuǎn)動(dòng)中心時(shí)出現(xiàn)不平衡。造成不

42、平衡的原因通常是：裝配不適當(dāng)、轉(zhuǎn)子上有附加物生成、轉(zhuǎn)子質(zhì)量磨損、轉(zhuǎn)子破裂或丟失部件。3.1.2 頻譜和波形特征（圖3-1）（1）徑向振動(dòng)大 基頻有穩(wěn)定的高峰，其他倍頻振幅較小。 基頻幅值隨轉(zhuǎn)速增大而增大，這是不平衡的重要特征。（2）軸向振動(dòng)較小3.1.3儀器設(shè)置（1）最高分析頻率。低轉(zhuǎn)速：200Hz。高轉(zhuǎn)速：400Hz。（2）波形、頻譜、振動(dòng)速度或加速度顯示。3.1.4診斷（1）頻域： 確認(rèn)頻譜中以穩(wěn)定的基頻分量為主，其他倍頻幅值很小。 軸向振動(dòng)比徑向振動(dòng)小得多。圖3-1 不平衡時(shí)的振動(dòng)頻譜和波形a 不平衡時(shí)振動(dòng)頻譜；b不平衡時(shí)振動(dòng)波形 必要時(shí)改變轉(zhuǎn)速，確認(rèn)基頻幅值隨轉(zhuǎn)速增大而增大。（2）時(shí)域

43、： 波形以穩(wěn)定的單一頻率為主，軸每轉(zhuǎn)一周出現(xiàn)一個(gè)峰值。 軸向振動(dòng)比徑向振動(dòng)小得多。3.1.5 說(shuō)明（1）造成徑向振動(dòng)基頻幅值大的其他故障有：軸不對(duì)中、軸彎曲、機(jī)械松動(dòng)及機(jī)械共振。應(yīng)將它們與不平衡區(qū)分開(kāi)，在檢測(cè)不平衡之前予以糾正。（2）若1×RPM、2×RPM、3×RPM等分量大，而且垂直方向的振動(dòng)明顯大于水平方向振動(dòng)，可能是基礎(chǔ)松動(dòng)。（3）若軸向振動(dòng)較大，并且徑向和軸向的1×RPM、2×RPM、3×RPM分量較大，可能是軸不對(duì)中。（4）稍微改變轉(zhuǎn)速，若基頻幅值變化很大，可診斷為機(jī)械共振。（5）對(duì)于電機(jī)，若基頻幅值大的同時(shí)，其振動(dòng)時(shí)域波

44、形有緩慢調(diào)制現(xiàn)象，可能是機(jī)電故障，如轉(zhuǎn)子斷條或裂紋。（6）軸彎曲與不平衡有相似的頻譜特征。區(qū)分的方法是：低速轉(zhuǎn)動(dòng)下檢查轉(zhuǎn)子各部位的徑向跳動(dòng)量，可判斷是否有初始彎曲；在一定轉(zhuǎn)速下改變機(jī)組負(fù)荷，若振動(dòng)隨負(fù)荷和時(shí)間而變化，則可能是局部摩擦、受熱或冷卻不均勻引起的熱彎曲。實(shí)例1 離心壓縮機(jī)不平衡（1）故障情況某化工廠離心壓縮機(jī)高壓缸的徑向振動(dòng)自3月以來(lái)呈不斷增長(zhǎng)趨勢(shì)，有的測(cè)點(diǎn)振動(dòng)峰-峰值從27m增長(zhǎng)到50m，幾乎翻了一番（見(jiàn)表3-1）。表3-1 振動(dòng)通頻峰-峰值（m）日期9108垂直9108水平9109垂直9109水平21/34227372431/3402737242/4422835258/44733

45、413118/44748434227/445504544低壓缸轉(zhuǎn)速為6446r/min，高壓缸轉(zhuǎn)速為13175r/min。（2）診斷利用監(jiān)測(cè)和診斷系統(tǒng)對(duì)振動(dòng)測(cè)試信號(hào)進(jìn)行分析診斷，振動(dòng)測(cè)點(diǎn)分布如圖3-2。圖3-3為高壓缸5月2日振動(dòng)頻譜。從頻譜圖可以看出，主要頻率分量只有基頻分量一個(gè)，其余倍頻分量均很小，所占比例在10%以下（表3-2）。軸心軌跡如圖3-4所示，基本上呈圓形，很規(guī)則，波動(dòng)很小，并且為正進(jìn)動(dòng)，即軸心軌跡旋向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同。 圖3-2 振動(dòng)測(cè)點(diǎn)分布圖 表3-2 倍頻成分百分比倍頻 測(cè)點(diǎn)0.5倍頻1倍頻2倍頻9108垂直90%48.61 10%4.96 9108水平1.8%1.12

46、 91%55.53 7.0%4.01 9109垂直94%47.87 6.0%3.18 9109水平2.5%1.37 93%49.30 4.5%2.42 圖3-3 高壓缸5月2日振動(dòng)頻譜 圖3-3高壓缸5月2日振動(dòng)頻譜a左軸承垂直；b左軸承水平；c右軸承垂直；d右軸承水平圖3-4 軸心軌跡a右軸承；b左軸承為了進(jìn)一步了解情況，將3月份以來(lái)的轉(zhuǎn)子振動(dòng)數(shù)據(jù)作趨勢(shì)分析，如圖3-5所示，左右軸承大體類似?？梢钥闯?，2倍頻分量振幅基本上沒(méi)有變化，振動(dòng)通頻峰-峰值增長(zhǎng)的原因完全是由于基頻振動(dòng)分量的增長(zhǎng)。由該機(jī)器以往的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，引起振動(dòng)增加的原因可能有：探頭失效，引起測(cè)試數(shù)據(jù)不準(zhǔn)；圖3-5 左軸承振動(dòng)趨勢(shì)分析

47、a通頻峰-峰值；b1倍頻；c2倍頻轉(zhuǎn)子對(duì)中不良；壓縮機(jī)高壓缸內(nèi)部氣流不穩(wěn)；油膜渦動(dòng)；不平衡量增加。現(xiàn)在根據(jù)上面的分析確定振動(dòng)上升的真正原因。探頭失效不可能造成讀數(shù)增加，因?yàn)楦邏焊姿膫€(gè)徑向振動(dòng)探頭的振幅都有所增加。而且基頻分量明顯增長(zhǎng)的同時(shí)2倍頻分量卻保持不變。對(duì)中不良也可排除，因?yàn)閷?duì)中不良的特征是2倍頻分量增長(zhǎng)，在振動(dòng)中占較大比重，并且軸心軌跡狹長(zhǎng)。但實(shí)際情況并非如此。壓縮機(jī)內(nèi)部工作氣流不穩(wěn)所激發(fā)的振動(dòng)，一般在頻譜上會(huì)出現(xiàn)一些與轉(zhuǎn)子或其零部件固有頻率有關(guān)的頻率成分，而實(shí)際頻譜上沒(méi)有這樣的頻率成分，氣流不穩(wěn)這一條也可排除。又因?yàn)?.5倍頻附近沒(méi)有明顯的頻率分量，所以也不是油膜渦動(dòng)。從頻譜上突出的

48、基頻分量，加之圓形軸心軌跡，可以有把握地認(rèn)為，不平衡是振動(dòng)增大的主要原因。另外，趨勢(shì)圖上基頻變化曲線與通頻振動(dòng)峰-峰值變化曲線十分吻合，也表明振動(dòng)增大的原因是不平衡的增大。高壓缸轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高達(dá)13000r/min以上，對(duì)轉(zhuǎn)子的微小不平衡量很敏感。根據(jù)以往的運(yùn)行記錄和檢修記錄，認(rèn)為不平衡量增加的可能原因有二：一是轉(zhuǎn)子葉片結(jié)垢或磨損不均勻，當(dāng)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，結(jié)垢或磨損有可能趨于均勻，使振動(dòng)逐漸平緩甚至降低。二是由于機(jī)器基礎(chǔ)熱變形造成轉(zhuǎn)子撓度變形加大，熱變形主要受氣溫影響。綜合上述兩種可能原因，可知振動(dòng)的變化將比較緩慢，不會(huì)突然造成機(jī)器的損壞。診斷結(jié)論為：振動(dòng)增大主要原因是不平衡量的增加；振動(dòng)變化比較緩慢，不會(huì)引起突發(fā)事故，只要注意監(jiān)測(cè)，在振幅峰-峰值到達(dá)報(bào)警值以前，不必停車檢修；建議下次大修時(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡調(diào)試，以降低振動(dòng)幅值。（3）驗(yàn)證根據(jù)診斷結(jié)論，機(jī)組繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)了18個(gè)月，直至大修。振幅緩慢上升，但未發(fā)生什么故障，未影響生產(chǎn)正常進(jìn)行，監(jiān)測(cè)頻譜中仍只有基頻分量，可見(jiàn)振動(dòng)原因仍是不平衡，未出現(xiàn)新的振源。實(shí)例2 壓縮機(jī)不平衡（1）故障情況某石化化工廠C501機(jī)組壓縮機(jī)大修后進(jìn)行催化劑再生工作時(shí)，振動(dòng)報(bào)警，測(cè)點(diǎn)D（圖3-6）位移高達(dá)68m，超過(guò)允許值60m；測(cè)點(diǎn)C（與測(cè)點(diǎn)D互成90&