振動(dòng)大實(shí)例與原因分析

1、1倍頻振動(dòng)大除了動(dòng)平衡還應(yīng)檢查什么?750KW異步電機(jī)，3000V工頻，2極，軸長2M6,軸瓦檔軸頸80mm,端蓋式滑動(dòng)軸承，中心高500mm。檢修后空載i車，垂直4.6mm/s,水平6.5mm/s,軸向1.2mm/s,振動(dòng)較大，振感很強(qiáng)。振動(dòng)頻譜1倍頻4-5mm/s,2倍頻1-2mm/s,斷電后1倍頻2倍頻值一點(diǎn)點(diǎn)降下來的。據(jù)維修技師反應(yīng)3年前空載試車也是振動(dòng)大到現(xiàn)場連上機(jī)械接手在轉(zhuǎn)就好了，于是到現(xiàn)場安裝試車，結(jié)果振動(dòng)還是大。重新拆回車間，轉(zhuǎn)子在動(dòng)平衡機(jī)上做了動(dòng)平衡，裝配時(shí)軸瓦間隙也重新復(fù)測了。再試車振動(dòng)比原來還大了點(diǎn)，頻譜和原來一樣。我問了維修人員，動(dòng)平衡配重2面都加了，軸瓦間隙都在標(biāo)準(zhǔn)里

2、面。請問做動(dòng)平衡時(shí)是在1300-1500左右做的，有無可能在3000轉(zhuǎn)時(shí)平衡改變了？除了動(dòng)平衡還要檢查其他什么？可能是共振問題，這個(gè)規(guī)格白電機(jī)轉(zhuǎn)子固有頻率接近5ohz,本案例中應(yīng)大于50hz動(dòng)平衡后單機(jī)試轉(zhuǎn)仍大，是由于加重后固有頻率下降更接近轉(zhuǎn)頻，所以振動(dòng)有升無減請注意：動(dòng)平衡的速度不是工頻，平衡本身可能是合格的聯(lián)合運(yùn)行振動(dòng)值更大，是由于連接上了被驅(qū)動(dòng)設(shè)備，形成轉(zhuǎn)子副，電機(jī)轉(zhuǎn)子帶載后固有頻率下降較多，更接近工頻。所以振動(dòng)愈發(fā)的大其實(shí)就一句話：組合轉(zhuǎn)子的固有頻率小于原來單體的，好像這么說的，原話不記得了據(jù)統(tǒng)計(jì)，有19%的設(shè)備振動(dòng)來自動(dòng)不平衡即一倍頻，而產(chǎn)生動(dòng)不平衡有很多原因。現(xiàn)場測量的許多頻譜結(jié)

3、果也多與機(jī)器的一倍頻有關(guān)系，下面僅就一倍頻振動(dòng)增大的原因進(jìn)行分析。一、單一一倍頻信號轉(zhuǎn)子不平衡振動(dòng)的時(shí)域波形為正弦波，頻率為轉(zhuǎn)子工作頻率，徑向振動(dòng)大。頻譜圖中基頻有穩(wěn)定的高峰，諧波能量集中于基頻，其他倍頻振幅較小。當(dāng)振動(dòng)頻率小于固有頻率時(shí)，基頻振幅隨轉(zhuǎn)速增大而增大；當(dāng)振動(dòng)頻率大于固有頻率時(shí)，轉(zhuǎn)速增加振幅趨于一個(gè)較小的穩(wěn)定值；當(dāng)振動(dòng)頻率接近固有頻率時(shí)機(jī)器發(fā)生共振，振幅具有最大峰值。由于通常軸承水平方向的剛度小，振動(dòng)幅值較大，使軸心軌跡成為橢圓形。振動(dòng)強(qiáng)烈程度對工作轉(zhuǎn)速的變化很敏感。1 .力不平衡頻譜特征為振動(dòng)波形接近正弦波，軸心軌跡近似圓形；振動(dòng)以徑向?yàn)橹鳎话闼椒较蚍荡笥诖怪狈较?；振幅與轉(zhuǎn)

4、速平方成正比，振動(dòng)頻率為一倍頻；相位穩(wěn)定，兩個(gè)軸承處相位接近，同一軸承水平方向和垂直方向的相位差接近90度。2 .偶不平衡頻譜特征為振動(dòng)波形接近正弦波，軸心軌跡近似圓形；在兩個(gè)軸承處均產(chǎn)生較大的振動(dòng)，不平衡嚴(yán)重時(shí)，還會產(chǎn)生較大的軸向振動(dòng)；振幅與轉(zhuǎn)速平方成正比，振動(dòng)頻率以一倍頻為主，有時(shí)也會有二、三倍頻成分；振動(dòng)相位穩(wěn)定，兩個(gè)軸承處相位相差180度。3 .動(dòng)不平衡頻譜特征為振動(dòng)波形接近正弦波，軸心軌跡近似圓形；振動(dòng)以徑向?yàn)橹?，振幅與轉(zhuǎn)速平方成正比，頻率以一倍頻為主；振動(dòng)相位穩(wěn)定，兩個(gè)軸承處相位接近。4 .外力作用下（旋轉(zhuǎn)）產(chǎn)生的共振各個(gè)零部件、結(jié)構(gòu)件在外力作用下所產(chǎn)生的固有共振為自激振動(dòng)，其頻率

5、與不同的結(jié)構(gòu)對應(yīng)，即剛度不同引起的不同共振。頻譜特征為時(shí)域波形為正弦波，振動(dòng)頻率以一倍頻為主。二、相關(guān)一倍頻信號1 .轉(zhuǎn)子永久彎曲振動(dòng)類似于動(dòng)不平衡和不對中，以一倍轉(zhuǎn)頻為主，也會產(chǎn)生二倍轉(zhuǎn)頻振動(dòng)；振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速增加很快；通常振幅穩(wěn)定，軸向振動(dòng)較大，兩支承處相位相差180度。2 .轉(zhuǎn)子存在裂紋使撓度增大轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)軸上出現(xiàn)橫向疲勞裂紋，可能引發(fā)斷軸事故，危害很大。及時(shí)確定裂紋可防止突然斷裂的災(zāi)難性事故。轉(zhuǎn)軸裂紋常用的診斷方法是監(jiān)測機(jī)器開停機(jī)過程中通過“半臨界轉(zhuǎn)速”的振幅變化，以及監(jiān)測轉(zhuǎn)子運(yùn)行中振幅和相位的變化。轉(zhuǎn)軸的橫向疲勞裂紋為半月狀的弧形裂紋，由于裂紋區(qū)所受的應(yīng)力狀態(tài)不同，轉(zhuǎn)軸的橫向裂紋呈現(xiàn)張開

6、、閉合、時(shí)張時(shí)閉三種情況。當(dāng)裂紋區(qū)轉(zhuǎn)軸總受拉應(yīng)力時(shí)，裂紋處于張開或具有張開傾向的狀態(tài)，軸剛度小于無裂紋時(shí)的剛度，撓度大于無裂紋時(shí)的撓度，在一定工作轉(zhuǎn)速下振幅及相位都發(fā)生變化。當(dāng)裂紋區(qū)轉(zhuǎn)軸總受壓應(yīng)力時(shí)，裂紋處于閉合狀態(tài)，軸的剛度略小于無裂紋時(shí)，裂紋對轉(zhuǎn)子的振動(dòng)特性基本沒有影響。當(dāng)裂紋區(qū)轉(zhuǎn)軸受交變應(yīng)力時(shí)，裂紋周期性時(shí)閉時(shí)開，對振動(dòng)的影響比較復(fù)雜。出現(xiàn)橫向疲勞裂紋時(shí)，軸的剛度呈各向異性，振動(dòng)帶有非線性性質(zhì)。一倍頻和二倍頻分量隨時(shí)間逐漸增大，特別是二倍頻分量，隨裂紋深度的增加而明顯增大。3 .滑動(dòng)軸承間隙變大軸與軸承間隙過大，類似于不對中和機(jī)械松動(dòng)，應(yīng)注意區(qū)別。此時(shí)徑向振動(dòng)較大，特別是垂直徑向；可能有

7、較大的軸向振動(dòng)，止推軸承可能有較高次諧波分量；徑向和軸向時(shí)域?yàn)榉€(wěn)定的周期波形占優(yōu)勢，每轉(zhuǎn)一圈有13個(gè)峰值；沒有較大的加速度沖擊現(xiàn)象。若軸向振動(dòng)與徑向振動(dòng)大小接近，表明問題嚴(yán)重。4 .軸承壓蓋松動(dòng)振動(dòng)頻率為轉(zhuǎn)頻，并有高次諧波和分?jǐn)?shù)諧波。振動(dòng)具有方向性，幅值穩(wěn)定。5 .軸系同軸度差造成軸系不對中的原因很多，如安裝誤差、調(diào)整不夠、承載后的變形、機(jī)器基礎(chǔ)的沉降不均勻等。50%以上。若與徑轉(zhuǎn)子徑向振動(dòng)以一倍頻和二倍頻為主，軸向振動(dòng)在一倍頻、二倍頻和三倍頻處有穩(wěn)定的高峰，一般可達(dá)徑向振動(dòng)向振動(dòng)一樣大或更大，表明情況嚴(yán)重。三、其它與一倍頻有關(guān)的原因1 .電機(jī)、風(fēng)機(jī)等底座龜裂，引起剛度變化，易產(chǎn)生共振。2 .

8、聯(lián)軸器制造安裝偏差造成的磨損；不配套的連接螺帽/螺栓缺損；聯(lián)軸器螺帽磨損。3 .轉(zhuǎn)子溫度梯度影響。4 .潤滑油溫度變化引起的失穩(wěn)。5 .轉(zhuǎn)子或軸承剛性變化。6 .電磁異常。7 .齒輪機(jī)構(gòu)中齒輪的累積制造誤差。1、質(zhì)量不平衡所謂不平衡即是質(zhì)量和幾何中心線不重合所導(dǎo)致的一種故障狀態(tài)。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，其"重心"產(chǎn)生一個(gè)離心力作用在軸承上，該力的大小隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而穩(wěn)定的變化。不平衡的類型有三種：靜不平衡或力不平衡、力矩不平衡或偶不平衡和動(dòng)不平衡。不平衡時(shí)頻譜的表象：波形為正弦波；軸心軌跡為圓或橢圓；1X頻率為主；徑向（水平和垂直）振動(dòng)為主；振幅隨轉(zhuǎn)速升高而增大；過臨界轉(zhuǎn)速有共振峰；

9、懸臂轉(zhuǎn)子不平衡水平和垂直軸向振動(dòng)都很大。另外，如果滑輪、齒輪、軸承或轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)中心偏離幾何中心線就會出現(xiàn)偏心。2、不對中不對中的現(xiàn)象較為普遍，且非常重要，因?yàn)樗黾拥男D(zhuǎn)力會對軸承和密封件施加異常的應(yīng)力。不對中的類型有：平行不對中、角度不對中、平行和角度不對中。典型的不對中主要由以下原因引起：原部件的不精確裝配，如電機(jī)、泵等；安裝后原部件間的相對位置發(fā)生移動(dòng)；因?yàn)楣艿老到y(tǒng)的壓力而造成的扭曲變形；由于扭矩而引起的柔性支撐扭曲變形；溫度變化引起的機(jī)器變形；耦合面與軸線不垂直；由于地基柔性太大，在旋緊固定螺栓時(shí)機(jī)器發(fā)生移動(dòng)。實(shí)際上大多數(shù)不對中案例都是軸線角度不對中和平行不對中的組合。一般原則是：診

10、斷應(yīng)該根據(jù)軸向和垂直（或水平）方向上隨著1X轉(zhuǎn)速的增加，對應(yīng)的2X處的振動(dòng)級的變化情況來判斷。對于齒輪聯(lián)軸器，一般認(rèn)為存在以下振動(dòng)特征：1）對中不良引起轉(zhuǎn)子2倍頻振動(dòng)分量，不對中越嚴(yán)重，2倍頻分量所占比例越大；2）不對中量和聯(lián)軸器內(nèi)阻尼越大，倍頻振動(dòng)的幅值越大；3）不對中產(chǎn)生的振動(dòng)幅值，隨著轉(zhuǎn)速的升高而增大；4）對中不良引起的彎曲振動(dòng)中有工頻的2,4,6,8等偶數(shù)倍頻振動(dòng)分量，且靠近聯(lián)軸器處的軸承的彎曲振動(dòng)振幅大于遠(yuǎn)離聯(lián)軸器處的軸承振幅；扭轉(zhuǎn)振動(dòng)有工頻的1,3,5,7等奇數(shù)倍頻振動(dòng)分量，靠近聯(lián)軸器處的軸承的彎曲振動(dòng)振幅小于遠(yuǎn)離聯(lián)軸器處的軸承振幅。3、機(jī)械松動(dòng)由于松動(dòng)會產(chǎn)生非常明顯的1X基頻波峰

11、。在實(shí)際中存在有兩種類型的松動(dòng)：旋轉(zhuǎn)松動(dòng)和非旋轉(zhuǎn)松動(dòng)。軸承磨損可能會導(dǎo)致出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)松動(dòng)，此故障在檢測時(shí)首先會測到軸承磨損的跡象，然后才能出現(xiàn)軸承松動(dòng)。當(dāng)滑動(dòng)軸承出現(xiàn)間隙問題時(shí)，它的頻譜上會顯示出與旋轉(zhuǎn)松動(dòng)非常相似的特征：出現(xiàn)很強(qiáng)的1X諧波。在大多數(shù)情況下，其垂直方向上的振動(dòng)要高于水平方向上的振動(dòng)。對于結(jié)構(gòu)松動(dòng)（彈性地基）非旋轉(zhuǎn)松動(dòng)，機(jī)器與地基之間的松動(dòng)會使其最小剛性方向上的1X振動(dòng)升高，通常在水平方向上，同時(shí)還取決于機(jī)器的安裝和布局方式。松動(dòng)既可能導(dǎo)致機(jī)器的其他故障也可能因其它故障所引起，機(jī)械部件的磨損變形、軸系的不對中、不平衡等與松動(dòng)相互影響。因?yàn)樗蓜?dòng)引發(fā)的振動(dòng)多為中低頻振動(dòng)，一般在1000H

12、z以下，振動(dòng)頻率通常為轉(zhuǎn)頻或轉(zhuǎn)頻的分?jǐn)?shù)諧波及高次諧波。4、軸承故障軸承故障的分類：1）滾動(dòng)軸承疲勞剝落、磨損、塑性變形、銹蝕、膠合和保持架損壞等。2）滑動(dòng)軸承巴士合金松脫、巴士合金損壞、軸承殼體配合松動(dòng)和軸承間隙過大等。一、振動(dòng)實(shí)例1、汽輪機(jī)出現(xiàn)的問題。某公司2號汽輪發(fā)電機(jī)組（簡稱#2機(jī)）為200MW三缸兩排汽采暖、凝汽兩用式機(jī)組；該機(jī)組軸系較長，由高壓轉(zhuǎn)子、中壓轉(zhuǎn)子、低壓轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子組成，各轉(zhuǎn)子之間為剛性靠背輪聯(lián)接，共有12個(gè)支持軸承及1個(gè)推力軸承。2、振動(dòng)特征。在機(jī)組不停機(jī)的情況下，對#2機(jī)振動(dòng)進(jìn)行了測試，其間多次測到振動(dòng)增大的過程，發(fā)現(xiàn)#2機(jī)振動(dòng)呈現(xiàn)如下特征：（1）異常振

13、動(dòng)主要表現(xiàn)在#1、#2瓦軸振，它們分別可增大到160微米和240微米，#1瓦瓦振可達(dá)32微米，偏心測點(diǎn)振動(dòng)最大大于450微米。通頻振幅增大的主要成分是1倍頻分量，即工頻，占通頻振幅的85%以上；通頻振幅增大時(shí)，測點(diǎn)1X、1Y、2丫的2倍頻、3倍頻振幅同時(shí)也有增加；（3）振幅增大的同時(shí)，#1、#2瓦軸振相位有明顯增加，最大變化量到500;因測試沒有安裝鍵相傳感器，只好利用3X和4X作為基準(zhǔn)比較得到的相位變化結(jié)果。（4）測振表明，各次振動(dòng)增大的過程可以分為兩個(gè)階段，第一階段，1X、2X振幅緩慢增加，1Y、2Y振幅以及各測點(diǎn)間隙電壓基本保持不變，持續(xù)約一小時(shí)左右后，進(jìn)入第二階段，偏心讀數(shù)大于50微米

14、，各測點(diǎn)振幅明顯增大，同時(shí)，#2瓦、#1瓦軸頸向上偏南（右）移動(dòng)，這時(shí)開始調(diào)整負(fù)荷，持續(xù)數(shù)近1小時(shí)，振幅達(dá)到最高值后，開始緩慢下降，振幅下降恢復(fù)需要的時(shí)間約2小時(shí)，大于增大的時(shí)間。二、引起汽輪機(jī)振動(dòng)的原因分析1、排除汽流激振。雖然在過去的處理過程中有單位將#2機(jī)的振動(dòng)定性為汽流激振，但現(xiàn)已經(jīng)確切排除汽流激振的可能。汽流激振有兩個(gè)主要特征：一是應(yīng)該出現(xiàn)較大量值的低頻分量；二是振動(dòng)的增大受運(yùn)行參數(shù)的影響明顯，如負(fù)荷，且增大應(yīng)該呈突發(fā)性；這兩點(diǎn)#2機(jī)均不具備。在測振中只測到了很低的2728Hz的分量，有單位稱在#2機(jī)上測到量值為工頻振幅四分之一的28Hz分量，并以此判斷為汽流激振。根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，至少

15、應(yīng)該接近或等于一倍振幅。汽流激振的低頻振幅和工頻振幅量值相當(dāng)。2、排除轉(zhuǎn)子熱變形等。造成在高負(fù)荷工況下汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子以一倍頻振幅為主緩慢增大通常還有兩個(gè)原因一一轉(zhuǎn)子熱變形和中心孔進(jìn)油。轉(zhuǎn)子熱變形引發(fā)的振動(dòng)特征是一倍頻振幅的增加與轉(zhuǎn)子溫度和蒸汽參數(shù)有密切關(guān)系，大都發(fā)生在機(jī)組冷態(tài)啟機(jī)定速后帶負(fù)荷階段，此時(shí)轉(zhuǎn)子溫度逐漸升高，材質(zhì)內(nèi)應(yīng)力釋放引起轉(zhuǎn)子熱變形，一倍頻振動(dòng)增大，同時(shí)可能伴隨相位變化。#2機(jī)在正常帶負(fù)荷運(yùn)行中振動(dòng)增大，整個(gè)轉(zhuǎn)子和缸體的溫度場已經(jīng)均勻，如果存在內(nèi)應(yīng)力，應(yīng)在這之前早已釋放。3、摩擦振動(dòng)的故障特征和機(jī)理。（1）摩擦振動(dòng)的特征。一是由于轉(zhuǎn)子熱彎曲將產(chǎn)生新的不平衡力，因此振動(dòng)信號的主頻仍為工

16、頻，但是由于受到?jīng)_擊和一些非線性因數(shù)的影響，可能會出現(xiàn)少量分頻、倍頻和高頻分量，有時(shí)波形存在削頂"現(xiàn)象。二是發(fā)生摩擦?xí)r，振動(dòng)的幅值和相位都具有波動(dòng)特性，波動(dòng)持續(xù)時(shí)間可能比較長。摩擦嚴(yán)重時(shí)，幅值和相位不再波動(dòng)，振幅會急劇增大。三是降速過臨界時(shí)的振動(dòng)一般較正常升速時(shí)大，停機(jī)后轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，測量大軸的晃度比原始值明顯增加。（2）摩擦振動(dòng)的機(jī)理。對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子來講，摩擦可以產(chǎn)生抖動(dòng)、渦動(dòng)等現(xiàn)象，但實(shí)際有影響的主要是轉(zhuǎn)子熱彎曲。動(dòng)靜摩擦?xí)r圓周上各點(diǎn)的摩擦程度是不同的，由于重摩擦側(cè)溫度高于輕摩擦側(cè)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子徑向截面上溫度不均勻，局部加熱造成轉(zhuǎn)子熱彎曲，產(chǎn)生一個(gè)新的不平衡力作用到轉(zhuǎn)子上引起振動(dòng)。三、振

17、動(dòng)的處理1、振動(dòng)性質(zhì)診斷的結(jié)論。根據(jù)上述特征，現(xiàn)對#2機(jī)組#1、#2瓦振動(dòng)故障確定為高壓通流部分動(dòng)靜碰磨，徑向碰磨的可能性大于軸向碰磨，#2瓦軸承箱或前箱內(nèi)存在碰磨的可能性不大。這個(gè)結(jié)論的依據(jù)主要是：（1）振動(dòng)增大的成分是一倍頻；（2）振幅增加的同時(shí)，相位增加；振幅減小，相位也隨之減?。唬?）振動(dòng)增大和減小的速率緩慢，與轉(zhuǎn)子熱彎曲的振動(dòng)特征類似；（4）一倍頻振幅增大的同時(shí)，三倍頻和三倍頻分量有少量的增大；（5）低頻振幅小且變化不明顯；（6）在多次發(fā)生輕微碰磨，運(yùn)行一段時(shí)間后振動(dòng)已經(jīng)自行消失。2、處理意見。盡管#2機(jī)振動(dòng)已經(jīng)消失，但為慎重起見，對碰磨為#2機(jī)振動(dòng)主要原因的可能性從檢修和運(yùn)行角度做

18、深入地討論分析，進(jìn)一步研究分析引起碰磨的原因。建議從以下幾點(diǎn)考慮：高缸運(yùn)行中位移的可能、隔板變形或位移的可能、通流間隙南側(cè)偏小的原因、高外缸、內(nèi)缸滑銷系統(tǒng)定位不準(zhǔn)的可能性。關(guān)于處理方法，可以不考慮安排實(shí)施提高軸系穩(wěn)定性的任何措施，如改瓦，調(diào)對中、標(biāo)高等；不考慮實(shí)施消除汽流激振的措施。消除碰磨的工作，主要限于高壓缸，如果從缸外部處理，通常是調(diào)整軸承標(biāo)高或抬高缸體，改變缸內(nèi)通流間隙，消除碰磨點(diǎn)。如果高缸還存在水平位移，則需要查找位移原因，有目標(biāo)地采取措施。如果認(rèn)定振動(dòng)原因是碰磨而又無法肯定碰磨的原因，一個(gè)不得已而為之的辦法就是根據(jù)檢查的碰磨具體部位，放大動(dòng)靜間隙。一般機(jī)組，碰磨可能發(fā)生在軸端汽封、隔板汽封、葉頂汽封；多數(shù)是徑向碰、也可能是軸向碰。通常情況，引起碰磨的原因很多，較常見的原因有間隙過小、缸脹不暢等。結(jié)合振動(dòng)測試特征、相關(guān)運(yùn)行參數(shù)以及#2機(jī)檢修記錄，分析發(fā)現(xiàn)，#2機(jī)振動(dòng)增大與高缸、中缸脹差、膨脹無直接關(guān)系；與主蒸汽參數(shù)無關(guān)