機(jī)械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

機(jī)械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷第1頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五在工程上，我們也把對應(yīng)于轉(zhuǎn)子一階橫向固有頻率的轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。當(dāng)代的大型轉(zhuǎn)動機(jī)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(yùn)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)，采用滑動軸承支撐。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——軸承系統(tǒng)的固有振動、強(qiáng)迫振動和穩(wěn)定特性就和單個振動體不同了。第2頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五柔性轉(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)速下工作，所以在起、停車過程中，它必定要通過固有頻率這個位置。此時機(jī)組將因共振而發(fā)生強(qiáng)烈的振動，而在低于或高于固有頻率轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)時，機(jī)組的振動是一般的強(qiáng)迫振動，幅值都不會太大，共振點是一個臨界點。故此，機(jī)組發(fā)生共振時的轉(zhuǎn)速也被稱之為臨界轉(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nc1，比之大的依次叫做二階臨界轉(zhuǎn)速nc2、三階臨界轉(zhuǎn)速nc3。工程上有實際意義的主要是前幾階，過高的臨界轉(zhuǎn)速已超出了轉(zhuǎn)子可達(dá)的工作轉(zhuǎn)速范圍。第3頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五臨界轉(zhuǎn)速的變動為了保證大機(jī)組能夠安全平穩(wěn)的運(yùn)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n<0.74nc1柔性轉(zhuǎn)子1.4nc1<n<0.7nc2式中，nc1、nc2分別為軸系的一階、二階臨界轉(zhuǎn)速。機(jī)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。需指出的是，樣本提供的臨界轉(zhuǎn)速和機(jī)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。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。多數(shù)情況下，這種臨界轉(zhuǎn)速的改變量不大，處在規(guī)定必須避開的轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)，因而被忽略。第4頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五4．1．2轉(zhuǎn)子—軸承系統(tǒng)的穩(wěn)定性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定與失穩(wěn)：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)能否隨時間增加而消失。 如果響應(yīng)隨時間增加而消失，則轉(zhuǎn)子系統(tǒng)是穩(wěn)定的。 若響應(yīng)隨時間增加，則轉(zhuǎn)子系統(tǒng)就失穩(wěn)了。油膜渦動與油膜振蕩：

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，致使油膜合力與載荷不能平衡，就會引起油膜渦動。油膜渦動是一種比較典型的失穩(wěn)。機(jī)組的穩(wěn)定性能在很大程度上取決于滑動軸承的剛度和阻尼。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。第5頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五（1）油膜渦動與油膜振蕩的發(fā)生條件①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。②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）油膜渦動與油膜振蕩的信號特征①油膜渦動的振動頻率隨轉(zhuǎn)速變化，與轉(zhuǎn)頻保持f=（0.43～0.48）fn。②油膜振蕩的振動頻率在臨界轉(zhuǎn)速所對應(yīng)的固有頻率附近，不隨轉(zhuǎn)速變化。③兩者的振動隨油溫變化明顯。第6頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五（3）油膜渦動與油膜振蕩的振動特點①油膜渦動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。②油膜振蕩是自激振蕩，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)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。

（4）消除措施①設(shè)計時使轉(zhuǎn)子避開油膜共振區(qū)；②增大軸承比壓，減小承壓面；③減小軸承間隙；④控制軸瓦預(yù)負(fù)荷，降低供油壓力；⑤選用抗振性好的軸承結(jié)構(gòu)；⑥適當(dāng)調(diào)整潤滑油溫；⑦從多方面分析并消除產(chǎn)生的因素。第7頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五4.1.3轉(zhuǎn)子的不平衡振動機(jī)理 旋轉(zhuǎn)機(jī)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(yùn)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。靜不平衡：偏心距較大時，靜態(tài)下，所產(chǎn)生的偏心力矩大于摩擦阻力矩，表現(xiàn)為某一點始終恢復(fù)到水平放置的轉(zhuǎn)子下部，其偏心力矩小于摩擦阻力矩的區(qū)域內(nèi)，稱之為靜不平衡。動不平衡：偏心距較小時，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F=Meω2，從而激發(fā)轉(zhuǎn)子的振動。這種現(xiàn)象稱之為動不平衡。特點：靜不平衡的轉(zhuǎn)子，由于偏心距e較大，表現(xiàn)出更為強(qiáng)烈的動不平衡振動。要求：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(yùn)行，必需將偏心所激發(fā)的振動幅度控制在許可范圍內(nèi)。第8頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五（1）不平衡故障的信號特征①時域波形為近似的等幅正弦波。②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所造成。③頻譜圖上轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動頻率處的振幅。④在三維全息圖中，轉(zhuǎn)頻的振幅橢圓較大，其他成份較小。

（2）敏感參數(shù)特征①振幅隨轉(zhuǎn)速變化明顯，這是因為，激振力與角速度ω是指數(shù)關(guān)系。②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(jī)轉(zhuǎn)子焊接的合金耐磨層突然脫落，造成振幅

突然增大。第9頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五4.1.4轉(zhuǎn)子與聯(lián)軸節(jié)的不對中振動機(jī)理

轉(zhuǎn)子不對中包括軸承不對中和軸系不對中兩類。軸承不對中本身不引起振動，它影響軸承的載荷分布、油膜形態(tài)等運(yùn)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。

引起軸系不對中的原因：①安裝施工中對中超差；②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)子與從動轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生動態(tài)對中不良；③軸承座熱膨脹不均勻；④機(jī)殼變形或移位；⑤地基不均勻下沉；⑥轉(zhuǎn)子彎曲，同時產(chǎn)生不平衡和不對中故障。第10頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五

軸系不對中可分為三種情況：

①軸線交叉不對中②軸線平行不對中③軸線綜合不對中在實際情況中，都存在著綜合不對中。只是其中平行不對中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。由于轉(zhuǎn)動，這個附加彎曲力的方向和作用點也被強(qiáng)迫發(fā)生改變，從而激發(fā)出轉(zhuǎn)頻的2倍、4倍等偶數(shù)倍頻的振動。其主要激振量以2倍頻為主，某些情況下4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。第11頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五

軸系不對中故障特征：①時域波形在基頻正弦波上附加了2倍頻的諧波。②軸心軌跡圖呈香蕉形或8字形。③頻譜特征：主要表現(xiàn)為徑向2倍頻、4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。④在全息圖中2、4倍頻橢圓較扁，并且兩者的長軸近似垂直。第12頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五

不對中故障甄別：

①不對中的譜特征和裂紋的譜特征類似，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。用全息譜技術(shù)則容易區(qū)分，不對中為單向約束力，二倍頻橢圓較扁。軸橫向裂紋則是旋轉(zhuǎn)矢量，二倍頻全息譜比較圓。②帶滾動軸承和齒輪箱的機(jī)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)。③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一種響應(yīng)。通頻振動：表示振動原始波形的振動幅值。 選頻振動：表示所選定的某一頻率正弦振動的幅值。工頻振動：表示與所測機(jī)器轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率相同的正弦振動的幅值?；l振動：工頻振動又叫基頻振動。例：對于工作轉(zhuǎn)速為6000r/min的機(jī)器，工頻振動頻率是100HZ。第13頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五4．1．4轉(zhuǎn)軸彎曲故障的機(jī)理

設(shè)備停用一段較長時間后重新開機(jī)時，常常會遇到振動過大甚至無法開機(jī)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臨（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(轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)不合理、材質(zhì)性能不均勻)、長期停放方法不當(dāng)、熱態(tài)停機(jī)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。造成臨時性彎曲原因有預(yù)負(fù)荷過大、開機(jī)運(yùn)行時暖機(jī)不充分、升速過快等致使轉(zhuǎn)子熱變形不均勻等。軸彎曲振動的機(jī)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使軸兩端產(chǎn)生錐形運(yùn)動，因而在軸向還會產(chǎn)生較大的工頻振動。第14頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五

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。）

①時域波形為近似的等幅正弦波；②軸心軌跡為一個比較穩(wěn)定的圓或偏心率較小的橢圓，由于軸彎曲常陪伴某種程度的軸瓦摩擦，故軸心軌跡有時會有摩擦的特征；③頻譜成份以轉(zhuǎn)動頻率為主，伴有高次諧波成份。與不平衡故障的區(qū)別在于：彎曲在軸向方面產(chǎn)生較大的振動。第15頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五4．1．6轉(zhuǎn)軸橫向裂紋的故障機(jī)理轉(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)非線性振動，能識別的振動主要是1X、2X、3X倍頻分量。第16頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五

轉(zhuǎn)軸橫向裂紋的振動信號特征：①振動帶有非線性性質(zhì)，出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)頻率的l×、2×、3×…·等高倍分量，隨裂紋擴(kuò)展，剛度進(jìn)一步下降，l×、2×……等頻率幅值隨之增大，相位角則發(fā)生不規(guī)則波動，與不平衡相角穩(wěn)定有差別。②開停機(jī)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1／2、1／3……臨界轉(zhuǎn)速時，相應(yīng)的高倍頻(2×、3×)正好與臨界轉(zhuǎn)速重合，振動響應(yīng)會出現(xiàn)峰值。③裂紋的擴(kuò)展速度隨深度的增大而加速，相應(yīng)的l×、2×（倍頻）的振動也會隨裂紋擴(kuò)展而快速上升，同時1×、2×相位角出現(xiàn)異常波動。④全息譜表現(xiàn)為2倍頻的橢圓形狀，與軸系不對中的扁圓形狀有明顯的差別。

故障甄別

穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，應(yīng)能與不對中故障區(qū)分。全息譜是最好的區(qū)分方法。第17頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五4.1.7連接松動故障的機(jī)理松動振動異常的基本原因：振動幅值由激振力和機(jī)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)松動引起異常振動的機(jī)理：從以下兩個側(cè)面加以說明。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，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。2)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。上述兩項因素的改變，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。松動的典型特征是產(chǎn)生2×及3×、4×、6×等高倍頻的振動。第18頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五連接松動故障的振動特征：

①軸心軌跡混亂，重心飄移。②頻譜圖中，具有3×、4×、7×等高階奇次倍頻分量，也有偶次分量。③松動方向的振幅大。當(dāng)高次諧波的振幅值大于轉(zhuǎn)動頻率振幅的1/2時，應(yīng)懷疑有松動故障。4．1．8碰摩故障的機(jī)理

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，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；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(jī)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。第19頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五動靜碰摩的特點分析：動靜碰摩與部件松動具有類似特點。動靜碰摩是當(dāng)間隙過小時發(fā)生動靜件接觸再彈開，改變構(gòu)件的動態(tài)剛度；松動是連接件緊固不牢、受交變力(不平衡力、對中不良激勵等)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，前者還有一個切向的摩擦力，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生渦動。轉(zhuǎn)子強(qiáng)迫振動、碰摩自由振動和摩擦渦動運(yùn)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，時間上和空間位置上都是變化的，因而摩擦力具有明顯的非線性特征(一般表現(xiàn)為豐富的超諧波)。因此，動靜碰摩與松動相比，動靜碰摩振動成分的周期性相對較弱，而非線性更為突出。第20頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五

碰摩故障的振動特征：

1)時域波形存在“削頂”現(xiàn)象，或振動遠(yuǎn)離平衡位置時出現(xiàn)高頻小幅振蕩。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(經(jīng)常出

現(xiàn)在氣封摩擦?xí)r)。3)嚴(yán)重摩擦?xí)r，還會出現(xiàn)1／2×、l／3×、1/N×等精確的分頻成分(經(jīng)常出現(xiàn)在軸瓦磨損時)。4)全息譜上出現(xiàn)較多、較大的高頻橢圓，且偏心率較大。4)提純軸心軌跡(1×、2×、3×、4×合成)存在“尖角”。4)軸瓦磨損時，還伴有軸瓦溫度升高、油溫上升等特征，氣封摩

擦?xí)r，在機(jī)組起停過程中，可聽到金屬摩擦?xí)r的聲音。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：

①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20μm的金屬磨粒；

②非磁性磨粒隨機(jī)地分布在譜片上，其尺寸超過20μm；

③譜片上測試的光密度值較上次測試有明顯的增大。第21頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五碰摩故障的故障甄別：1)由于故障機(jī)理與松動類似，兩者不容易加以區(qū)分。據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗：松

動a.松動時以高次諧波為特征；b.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；c.在波形表現(xiàn)形式上：松動則不存在削頂問題。碰

摩a.摩擦?xí)r以分諧波為特征；b.碰摩受間隙大小控制，與轉(zhuǎn)速關(guān)系不甚密切；c.在波形表現(xiàn)形式上：摩擦?？梢姷较黜敳ㄐ?。第22頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五2)局部碰摩與全弧碰摩的區(qū)分全弧碰摩分頻明顯，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，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。第23頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五4.1.9喘振的機(jī)理

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(jī)構(gòu)損壞。它也是流體機(jī)械特有的振動故障之一。

喘振是壓縮機(jī)組嚴(yán)重失速和管網(wǎng)相互作用的結(jié)果。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(jī)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)大到整個葉道，使氣流無法通過。這時葉輪沒有氣量甩出，壓縮機(jī)出口壓力突然下降。由于壓縮機(jī)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(bǔ)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。如此周而復(fù)始。壓縮機(jī)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(jī)組強(qiáng)烈振動。

喘振是壓力波在管網(wǎng)和壓縮機(jī)之間來回振蕩的現(xiàn)象，其強(qiáng)度和頻率不但和壓縮機(jī)中嚴(yán)重的旋轉(zhuǎn)脫離有關(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，喘振頻率也較高，一般為0.5～20Hz。第24頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五4．2不平衡分析案例

例4-1：某廠芳烴車間一臺離心式氫氣壓縮機(jī)是該廠生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一。驅(qū)動電動機(jī)功率為410KW，壓縮機(jī)軸功率440KW，主機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速14300r／min，屬4級離心式回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)，工作介質(zhì)是氫氣，氣體流量38044m3／h，出口壓力1.132MPa，氣體溫度200℃，該壓縮機(jī)配有本特利公司7200系列振動監(jiān)測系統(tǒng)；測點有7個，測點A、B、C、D為壓縮機(jī)主軸徑向位移傳感器，測點E、F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G為壓縮機(jī)主軸軸向位移傳感器。第25頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五該機(jī)組于4月中旬開始停車大檢修，4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)。4月10日下午啟動后投入催化劑再生工作。再生工作要連續(xù)運(yùn)行一周左右。再生過程中工作介質(zhì)為氮氣。壓縮機(jī)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(jī)器工作正常。運(yùn)行不到兩整天，于4月12日上午振動報警：測點D振動值越過報警限，高達(dá)40～80μm之間波動；測點C振動值也偏大，在40～40μm之間波動；其它測點振動沒有明顯變化。當(dāng)時，7200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，但這要使再生工作停下來，進(jìn)而拖延全廠開車時間。第26頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五故障分析利用計算機(jī)進(jìn)行了頻譜分析，見圖4-1，并與故障前4月21日相應(yīng)測點的頻譜圖4-2進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)：圖4-16月12日D點頻譜圖圖4-24月21日D點頻譜圖第27頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五1倍頻的幅值明顯增加，C點增大到4月21日的1.9倍，D點增大1.73倍。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：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；2)振動雖然大，但屬于受迫振動，不是自激振動。并不可怕。諧波頻率HZ21/4日，振幅12/6日，振幅改變量1×254.88170.93295.621252×510.8038.0238.8203×764.6534.4035.3814×1021.5323.3826.723第28頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五采取措施與事后復(fù)查

根據(jù)前述結(jié)論，因此做以下處理：1)可以不停機(jī)，再維持運(yùn)行4～6天，直到催化劑再生工作完成；2)密切注意振動狀態(tài)，再生工作完成后有停機(jī)的機(jī)會，做解體檢查。4月18日催化劑再生工作圓滿完成，壓縮機(jī)停止運(yùn)行。4月20日對機(jī)組進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)機(jī)殼氣體流道上結(jié)垢十分嚴(yán)重，結(jié)垢最厚處達(dá)20mm左右。轉(zhuǎn)子上結(jié)垢較輕，垢的主要成分是燒蝕下來的催化劑，第一節(jié)吸入口處約3／4的流道被堵，只剩一條窄縫。因此檢修主要是清垢，其它部位如軸承、密封等處都未動，然后安裝復(fù)原，總共只用了兩天時間。4月24日壓縮機(jī)再次起動，壓縮機(jī)工作一切正常。第29頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五4．3軸彎曲分析案例例4-2，某公司一臺200MW汽輪發(fā)電機(jī)組，型號為C144／N200／130／434／434，型式為超高壓、中間再熱單抽冷凝式。1982年11月投產(chǎn)，1994年首次大修，至高壓轉(zhuǎn)子發(fā)生彎軸故障前，已運(yùn)行近6年，共進(jìn)行過7次小修。 在長期的運(yùn)行中，該機(jī)高壓轉(zhuǎn)子振動一直保持在較好范圍，軸承振動小于10μm，軸振動小于100μm。1998年在一次熱態(tài)起動時#2、#3軸、#1、和#2軸承振動出現(xiàn)短時突增，被迫緊急關(guān)小閘門；再次開大蒸汽閘門，使轉(zhuǎn)子迅速加速，沖過臨界轉(zhuǎn)速（稱為沖車）后并網(wǎng)運(yùn)行。 并網(wǎng)后，#2軸和#1、#2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)連續(xù)觀察運(yùn)行近一月，也未能恢復(fù)至以前運(yùn)行時的振動水平。 為此，結(jié)合該機(jī)歷史振動數(shù)據(jù)、停機(jī)前后振動數(shù)據(jù)及運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行診斷分析。第30頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五

(1)振動趨勢歷史數(shù)據(jù)

在長期運(yùn)行中，該機(jī)l#、2#軸承振動分別為小于2μm及小于10μm，2#軸的振幅為80～90μm。為便于突出比較，停機(jī)前振動數(shù)據(jù)選取4月2～5日，熱態(tài)起動后數(shù)據(jù)選取4月6～9日的，作該期間的振動趨勢記錄曲線。見圖4-3。該趨勢記錄曲線表明長期運(yùn)行時高壓轉(zhuǎn)子的軸及軸承振動均處于優(yōu)秀范圍，熱態(tài)起動后高壓轉(zhuǎn)子軸承及軸振動仍然在正常范圍以內(nèi)。第31頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五圖4—3振動歷史歷程曲線1——停機(jī)前1#軸承振動≤2μm，熱態(tài)啟動后，為4μm曲線2——停機(jī)前2#軸承振動≤10μm，熱態(tài)啟動后，為14～18μm曲線3——停機(jī)前軸Ⅱ振幅≤80μm，熱態(tài)啟動后，為120～140μm第32頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五(2)

停機(jī)前后數(shù)據(jù)1998年4月4日因處理鍋爐隱患而停機(jī)，停機(jī)時主要參數(shù)及振動數(shù)如下：1)停機(jī)前各軸承和軸振動數(shù)據(jù)如表4-2(略）所示，停機(jī)前各軸承和軸振動均在良好范圍，其中，1#、2#軸及軸承振動均處于優(yōu)秀標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，反映高壓轉(zhuǎn)子停機(jī)前狀態(tài)良好。2)停機(jī)時的臨界振動數(shù)據(jù)。查一周振動趨勢記錄，2#、3#軸停機(jī)臨界振動值均未超過230μm，處于良好范圍。

3)停機(jī)主要參數(shù)(4月4日)：停機(jī)過程的電流、各點振動、溫度等均屬正常。4)熱起動(4月6日)主要參數(shù)與振動數(shù)據(jù)：

主要動力蒸汽參數(shù)：壓力2.2MPa，溫度412℃，再熱汽溫度392℃，真空77kPa，大軸撓度值30μm，主機(jī)潤滑油溫40℃。

4：25 沖車：低速(500r／min)、10min，摩擦檢查。4：25

升速至1600r／min，此時1#軸承振動達(dá)120μm，2#軸承振動達(dá)65μm，2#、3#軸振動達(dá)到監(jiān)測表的滿量程（即軸振動值已大于400μm），運(yùn)行人員采取緊急關(guān)閘措施停機(jī)。

第33頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五

5：05轉(zhuǎn)子靜止投盤車，大軸撓度值增大為120μm，盤車電流32A。6：40再次起動，快速沖車至3000r／min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(jī)組1#、2#軸承及2#、3#軸振動異常增大，緊急關(guān)閘停機(jī)后，電動盤車時機(jī)組大軸撓度值增加較大，盤車電流略有增加。5)熱態(tài)起動運(yùn)行后的振動數(shù)據(jù)自再次起動并網(wǎng)后，機(jī)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1#、2#軸承振動均小于20μm，仍處于優(yōu)秀振動標(biāo)準(zhǔn)表4-7的范圍內(nèi)，但與歷史數(shù)據(jù)比較均有所增大。尤其是2#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化。6)運(yùn)行近一月后，停機(jī)時臨界振動數(shù)據(jù)4月30日，該機(jī)因電網(wǎng)調(diào)峰轉(zhuǎn)為備用而停機(jī)。在機(jī)組停機(jī)惰走降速過程中，2#軸和l#、2#軸承臨界振動值比歷史數(shù)據(jù)有成倍的增加，其振動成分是1倍頻，機(jī)組停機(jī)時的臨界振動數(shù)據(jù)見表4-4。第34頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五(3)數(shù)據(jù)分析綜合圖4一3、表4—2至表4—4數(shù)據(jù)及起動前后運(yùn)行參數(shù)分析，可得出下列分析結(jié)論：

1)探頭所在處的轉(zhuǎn)子跳動值從30μm增加至120μm，比起動前增大了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。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)子失衡極為相似。但停機(jī)前運(yùn)行一直很正常，只是在機(jī)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)綜合二次起動及并網(wǎng)運(yùn)行一個月后停機(jī)惰走振動情況，表明機(jī)組在第一次起動時即存在較大的熱彎曲，而停車后間隔l.5h再次起動，盤車時間不足，極易造成轉(zhuǎn)子永久性彎曲。第35頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五①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)速高達(dá)1600r／min時，軸振幅即已超滿量程值，即至少已大于400μm，表明在第一次起動時，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。②機(jī)組起動并網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行近一月，其振動一直處于穩(wěn)定狀態(tài)。1#、2#軸承和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)子彎曲程度的增大，振幅的穩(wěn)定反映出彎曲量的大小基本恒定。③查起動后運(yùn)行近一月的頻譜圖，除1倍頻振動和2#軸處的少量2倍頻振動成分外，無其它振動頻率成分。少量2倍頻振動成分的產(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。④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。第36頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五診斷結(jié)論盡管該機(jī)組高壓轉(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。而無論是轉(zhuǎn)子彎曲引起機(jī)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(jī)組安全運(yùn)行構(gòu)成極大的威脅。因此，診斷分析的結(jié)論是：該機(jī)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：4月4日，該機(jī)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180mm處彎曲0.08mm，中壓轉(zhuǎn)子在19級處彎曲0.044mm，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19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)。第37頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五4．4不對中分析案例例1：主風(fēng)機(jī)對中不當(dāng)造成的故障某冶煉廠一臺新上的煙機(jī)一主風(fēng)機(jī)組于1997年5月中旬投用。機(jī)組配置及測點如圖4—4所示。

首先，該機(jī)組在不帶負(fù)荷的情況下試運(yùn)了3天，振幅約50μm，5月20日2:05開始帶負(fù)荷運(yùn)行，各測點振值均有所上升，尤其是2#測點的振動由原來的55μm上升至70μm以上，運(yùn)行至16：45機(jī)組發(fā)生突發(fā)性強(qiáng)振，現(xiàn)場的本特利監(jiān)測儀表指示振動滿量程，同時機(jī)組由于潤滑油壓低而聯(lián)鎖停機(jī)。停機(jī)后，惰走的時間很短，大約只l～2min，停車后盤不動車。電動機(jī)增速箱風(fēng)機(jī)煙機(jī)654321圖4—4機(jī)組配置及測點圖第38頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五機(jī)組事故停機(jī)前振動特點如下：1)20日16：54之前，各測點的通頻振值基本穩(wěn)定，其中煙機(jī)2#軸承的振動大于其余各測點的振動。20日16：54前后，機(jī)組振值突然增大，主要表現(xiàn)為聯(lián)軸器兩側(cè)軸承,即2#、3#軸承振值顯著增大，如表4—4所示。

表4—4強(qiáng)振前后各軸承振動比較

注意：2#軸承與3#軸承變化最大，說明最接近故障點。2)20日14:31之前，各測點的振動均以轉(zhuǎn)子工頻、2倍頻為主，同時存在較小的3×、4×、5×、6×等高次諧波分量，2#測點的合成軸心軌跡很不穩(wěn)定，有時呈香蕉形，有時呈“8”字形，圖4-4是其中一個時刻的時域波形和合成軸心軌跡(1×、2×)。部位1#軸承2#軸承3#軸承4#軸承強(qiáng)振前振值26762820強(qiáng)振時振值502327322第39頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五圖4-42#測點的合成軸心軌跡圖(1倍頻、2倍頻)a)軸心軌跡 b)徑向振動波形3)20日14：31時，機(jī)組振動狀態(tài)發(fā)生顯著變化。從時域波形上看，機(jī)組振動發(fā)生跳變，其中2#、3#軸承的振動由大變?。ㄈ?，煙機(jī)后水平方向由65.8μm降至26.3μm，如圖4-4所示），而1#與4#的振動則由小變大（如煙機(jī)前垂直方向由14.6μm升至43.8μm，如圖4-7所示），說明此時各軸承的載荷分配發(fā)生了顯著的變化，很有可能是由于聯(lián)軸器的工作狀況改變所致。同時，2#軸承V方向出現(xiàn)很大的0.5×成分，并超過工頻幅值，H方向除有很大的0.5×成分外，還存在突出的78Hz成分及其它一些非整數(shù)倍頻率分量，如圖4—8所示。煙機(jī)前78Hz成分也非常突出。這說明此時機(jī)組動靜碰摩加劇。第40頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五圖4—82#軸承振動頻譜圖4)機(jī)組運(yùn)行至20日14：44前后，機(jī)組振值突然急劇上升，煙機(jī)后V方向和H方向的振值分別由44μm、71μm上升至143μm和232μm，其中工頻幅值上升最多。且占據(jù)絕對優(yōu)勢（V方向和H方向工頻幅值分別為120μm和214μm），同時0.4倍頻及高次諧波幅值也有不同程度的上升。這說明，此時煙機(jī)轉(zhuǎn)子已出現(xiàn)嚴(yán)重的轉(zhuǎn)子不平衡現(xiàn)象。4)開機(jī)以來，風(fēng)機(jī)軸向振動一直較大，一般均在80μm以上，煙機(jī)的軸向振幅也在30～40μm之間。20日14：44達(dá)最大值114μm，其頻譜以1×為主，軸向振動如此之大，這也是很不正常的。不對中故障的特征之一就是引發(fā)1X倍頻的軸向竄動。頻譜圖及故障現(xiàn)象第41頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五故障分析結(jié)論綜上所述，可得出如下結(jié)論：1)機(jī)組投用以來，風(fēng)機(jī)與煙機(jī)間存在明顯不對中現(xiàn)象，且聯(lián)軸器工作狀況不穩(wěn)定。2)20日14：31左右，一聯(lián)軸器工作狀況發(fā)生突變，呈咬死狀態(tài)，煙機(jī)氣封與軸套碰摩加劇。其直接原因是對中不良，或聯(lián)軸器制造缺陷。3)20日14：44，由于煙機(jī)氣封與軸套發(fā)展為不穩(wěn)定的全周摩擦，產(chǎn)生大量熱量，引起氣封齒與軸套熔化，導(dǎo)致煙機(jī)轉(zhuǎn)子突然嚴(yán)重失衡，振值嚴(yán)重超標(biāo)。因此分析認(rèn)為造成本次事故的主要原因是機(jī)組對正曲線確定不當(dāng)。第42頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五解體檢查情況事故后解體發(fā)現(xiàn)：1)煙機(jī)前瓦(1#測點)瓦溫探頭導(dǎo)線破裂；2)副推力瓦有磨損，但主推力瓦正常；3)二級葉輪輪盤裝配槽部位的法蘭過熱，有熔化痕跡及裂紋；4)氣封套熔化、嚴(yán)重磨損，熔渣達(dá)數(shù)公斤之多；4)上氣封體拆不下來；4)煙機(jī)——主風(fēng)機(jī)聯(lián)軸器咬死，煙機(jī)側(cè)有損傷。機(jī)組修復(fù)后，在8月底煙機(jī)進(jìn)行單機(jī)試運(yùn)時，經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)煙機(jī)軸承箱中分面向上膨脹0.80mm，遠(yuǎn)高于設(shè)計給出的膨脹量0.37mm。而冷態(tài)下當(dāng)時現(xiàn)場找正時煙機(jī)比風(fēng)機(jī)反而高0.394mm，實際風(fēng)機(jī)出口端軸承箱中分面僅上脹0.40mm，故熱態(tài)下煙機(jī)比風(fēng)機(jī)高了：0.80＋0.394—0.40=0.494mm，從而導(dǎo)致了機(jī)組在嚴(yán)重不同軸的情況下運(yùn)行，加重下聯(lián)軸器的咬合負(fù)荷，引起聯(lián)軸器相互咬死，煙機(jī)發(fā)生劇振。第43頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五例2：復(fù)合不對中故障的診斷圖4-9機(jī)組簡圖和測點布置2000年4月上旬某廠催化主風(fēng)機(jī)檢修后，開機(jī)運(yùn)行，電動機(jī)軸承溫度和振值都較正常(振值為9μm)。但是，半小時后電動機(jī)聯(lián)軸器端軸承溫度持續(xù)增加，振值從原9μm一直升到43μm，已經(jīng)超出電動機(jī)制造廠出廠標(biāo)準(zhǔn)。2000年4月17日和18日對該機(jī)組進(jìn)行了全面的測試。鑒于故障的發(fā)生位置主要在電動機(jī)側(cè)，所以測試主要集中在電動機(jī)側(cè)。第44頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五聯(lián)機(jī)后，在正常載荷的情況下，測試結(jié)果分別如圖4-10～圖4-14所示，各點的振幅見表4-7。第45頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五從以上測試結(jié)果中可以看出，電動機(jī)測點1軸向的振幅偏高，已經(jīng)超該機(jī)組出廠的振動標(biāo)準(zhǔn)（小于40μm），表現(xiàn)出故障頻率主要為工頻。同時，從電動機(jī)測點2垂直方向的頻譜圖上不難看出，其2倍頻的振幅遠(yuǎn)高于工頻對應(yīng)的振幅。電動機(jī)水平方向的振幅較小，主要是工頻成分。對比圖4-10、圖4-11，聯(lián)機(jī)狀態(tài)下的軸向振幅43.0μm是脫機(jī)狀態(tài)下的軸向振幅24.4μm和2倍，這是角度不對中的特征。第46頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五測點頻譜圖圖4-12測點2#垂直方向頻譜圖圖4-14測點2#水平方向頻譜圖圖4-13測點3#垂直方向頻譜圖圖4-14測點3#水平方向頻譜圖

圖4—12到圖4—14都是在聯(lián)機(jī)狀態(tài)下，圖4—12中1階轉(zhuǎn)頻的振幅很低，2X頻振幅最高，對應(yīng)的3#點垂直方向（圖4—13）1X、2X、3X倍頻幅值都存在。水平方向2#、3#點主要振動都是1X、2X倍頻的振幅（圖4-14、圖4-14）。這是不對中的特征。第47頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五對比圖4-12與圖4-16，圖4-16的主要振動是1倍頻的振動，圖4-12的主要振動是2倍頻的振動。從對圖4-10～圖4-16的綜合分析中可以看出：電動機(jī)軸和增速齒輪箱輸入軸在垂直方向存在著嚴(yán)重的不對中。第48頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五解體后發(fā)現(xiàn)：1)電動機(jī)軸和齒輪箱低速軸在垂直方向，相差100μm，已大大超過維修規(guī)范所要求的限值。2)電動機(jī)的軸承室原刷鍍層（修復(fù)的部位）發(fā)生變形，使軸承室產(chǎn)生了一定的錐度，嚴(yán)重地破壞了原有的配合精度。這說明，在加載運(yùn)行的初始階段，電動機(jī)軸與其軸承維修時的正確位置并沒有被破壞。因此，其殼體軸向的振動并不大。但是，電動機(jī)軸和齒輪箱低速軸在垂直方向存在嚴(yán)重的平行不對中，引起的動載荷迫使電動機(jī)滾動軸承逐漸離開原始的位置，發(fā)生了偏斜。這樣，就造成了電動機(jī)軸和齒輪箱低速軸之間，又產(chǎn)生了角度不對中的故障。因此，它最終是一種復(fù)合型不對中，既包含了平行不對中的特點，又存在角度不對中的特征。第49頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五4．4熱變形分析案例汽輪機(jī)、高溫氣體透平機(jī)、航空發(fā)動機(jī)等機(jī)器，需要引入高溫、高壓氣體將整個缸體或殼體加熱，介是缸體的不均勻的，上缸的溫度大于下缸的，反映在轉(zhuǎn)子上是上半側(cè)的熱傳導(dǎo)量大，下半側(cè)的熱傳導(dǎo)量小，如果轉(zhuǎn)子在熱態(tài)下靜止不動，則很快會發(fā)生彎曲變形。對于空壓機(jī)而言，由于空氣被壓縮發(fā)熱，而缸體上、下的結(jié)構(gòu)并不對稱，儲熱容量相差大，同樣也能造成缸體、轉(zhuǎn)子的不均勻熱變形。因此，對于這種轉(zhuǎn)子在起動之前必須充分盤車，避免起動后引起過大的振動。第50頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五例4-4轉(zhuǎn)子熱膨脹階段的彎曲振動

某煉油廠催化車間一臺離心式空壓機(jī)，開車后軸振幅逐漸上升，啟動約40min，振幅達(dá)到90μm，往后在操作參數(shù)不變狀態(tài)下，振幅會自動逐漸下降，最后軸振幅穩(wěn)定在34μm左右，這是該機(jī)每次開車的振動規(guī)律。機(jī)器在開車階段振幅較大的原因，是因為空壓機(jī)到達(dá)額定壓力后溫度上升，轉(zhuǎn)子的裝配零件首先受熱膨脹。由于軸上零件(葉輪、軸套、平衡盤、密封套和止推盤等)的軸向接觸端面彼此不平行，熱膨脹時迫使轉(zhuǎn)軸強(qiáng)制彎曲，產(chǎn)生不斷增大的不平衡振動。往后隨著轉(zhuǎn)子溫度逐漸趨于均勻，軸也獲得充分伸長，消除了軸上裝配零件對軸施加的熱彎曲應(yīng)力，因此轉(zhuǎn)子因彎曲產(chǎn)生的不平衡振動就慢慢自動消失。第51頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五例4-4殼體非均勻膨脹造成的振動

某煉油廠主風(fēng)機(jī)啟動兩個小時，帶上負(fù)荷后，風(fēng)機(jī)出口側(cè)振值急劇上升，最大達(dá)144μm，機(jī)組振動頻譜上，轉(zhuǎn)子工頻振動占絕對憂勢；鐵譜分析亦未發(fā)現(xiàn)明顯磨損，紅外測試表明，主風(fēng)機(jī)外殼溫度分布不均勻，外殼上對稱位置溫度差最大達(dá)30℃。分析認(rèn)為導(dǎo)致強(qiáng)強(qiáng)振的原因是：風(fēng)機(jī)開機(jī)由于負(fù)荷上升過快造成殼體熱膨脹不均，致使轉(zhuǎn)子與殼體不同心。一旦殼體到達(dá)熱平衡，振值應(yīng)會下降。兩天后機(jī)組振值降至89μm（一級報警值為90μm），恢復(fù)正常。以后該機(jī)組開機(jī)時，注意緩慢提升負(fù)荷，再未發(fā)生類似情況。第52頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五圖4-17鍋爐引風(fēng)機(jī)示意圖4．4支承松動分析案例例4-7某發(fā)電廠一臺大型鍋爐引風(fēng)機(jī)。由一臺轉(zhuǎn)速840r／min的電動機(jī)直聯(lián)驅(qū)動。該機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)時振動很大，測量結(jié)果顯示電動機(jī)工作很平穩(wěn)?？傉穹怀^2.4mm／s，但在風(fēng)機(jī)上振幅很高，前后軸承在水平和垂直方向上的振幅卻很大。AFV=140μm，AFH=240μm，ARV=87μm，ARH=104μm。風(fēng)機(jī)的軸向振幅小于40μm。頻率分析指出，振動頻率主要是轉(zhuǎn)速頻率成分。這些數(shù)據(jù)表明，風(fēng)機(jī)振動并不是聯(lián)軸節(jié)不對中或軸發(fā)生彎曲，應(yīng)診斷為轉(zhuǎn)子的不平衡故障。但是對風(fēng)機(jī)振動最大的外側(cè)軸承在水平和垂直方向上的相位進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)兩個方向上的相位是精確地同相的，說明是“定向振動”問題，而不是單純的不平衡。然后對外側(cè)軸承、軸承架和基礎(chǔ)各部分位置進(jìn)行振動測量，檢查出軸承架一邊的安裝螺釘松動了，使整個軸承架以另一邊為支點進(jìn)行擺振。用同樣方法檢查了內(nèi)側(cè)軸承架的安裝螺釘，也發(fā)現(xiàn)有輕微松動。當(dāng)全部安裝螺釘被緊固以后，風(fēng)機(jī)的振值就大大下降，達(dá)到可接受的水平。第53頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五例4-8支承松動故障實例某廠一臺離心式壓縮機(jī)，轉(zhuǎn)速為7000r／min，通過齒輪增速器，由一臺功率為1470kW，轉(zhuǎn)速為3400r／min的電動機(jī)驅(qū)動。機(jī)組運(yùn)行中測得電動機(jī)和壓縮機(jī)的振動很小，振幅不超過2.4mm／s，但是齒輪增速器卻振動很大，水平方向振幅為12.4mm／s，垂直方向振幅為10mm／s，振動頻率為低速齒輪的轉(zhuǎn)速頻率(40Hz)，軸向振幅很低。停機(jī)后打開齒輪箱，檢查了齒輪和軸承，并沒有發(fā)現(xiàn)任何問題，懷疑是不平衡引起的振動。把低速齒輪送到維修車間進(jìn)行了平衡和偏擺量檢查，在安裝過程中又對電動機(jī)和齒輪箱進(jìn)行了重新對中，但是這一切措施對于改善齒輪箱的振動毫無效果。為了對齒輪箱振動作進(jìn)一步分析，測量水平和垂直方向上的相位，發(fā)現(xiàn)兩個方向上的相位是精確地同相，顯示是一種“定向振動”，然后又對齒輪箱殼體安裝底腳和底板進(jìn)行測振和檢查，底腳螺釘是緊固的，但從底板的振動形態(tài)中發(fā)現(xiàn)一邊撓曲得很厲害。移去底板，就看到底板撓曲部分下面的水泥漿已經(jīng)破碎，削弱了該處的支承剛度。解決底板局部松動的處理辦法是把混凝土基礎(chǔ)進(jìn)行刮削，在底板下重新澆灌了混凝土，當(dāng)機(jī)組放回到原處安裝后，齒輪箱的振幅就下降到2.4mm／s以下。第54頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五圖4—18聯(lián)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時地基的振動頻譜圖例4-9支承松動故障

某鋼鐵公司氧氣廠三車間壓縮機(jī)建成以來長期因振動過大，不能投入生產(chǎn)。該機(jī)組由一臺2400KW，轉(zhuǎn)速2984r/min的電動機(jī)經(jīng)增速齒輪箱后，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子為9098r/min。現(xiàn)場調(diào)查表明：因遲遲不能投產(chǎn)，廠方已分別對電動機(jī)、壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子作過動平衡校正，也對聯(lián)軸節(jié)進(jìn)行多次找正、找同心。但仍然未能降低振動。根據(jù)調(diào)查情況，采用頻譜分析技術(shù)，期望能從振動成分的頻率分布中分析振動的原因。１．測得廠房大地的基礎(chǔ)振動：0.1Hz，振幅4.4mv。２．測得地基的固有頻率：7Hz(10.14mv)；二階頻率：19Hz；三階頻率：29Hz；四階頻率：38Hz；３．測得在聯(lián)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，地基的振動主頻0.14Hz；振幅：110～141mv。第55頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五分析與結(jié)論：1振動以低頻振動為主要矛盾，地基是0.14Hz；電機(jī)是40Hz。兩者不一致。2地基振動的振幅141mv(頻譜圖中）遠(yuǎn)大于電機(jī)的振幅42mv。說明地基的振動是主要矛盾。地基偏軟，剛度不足。但與地基固有頻率7Hz相矛盾，因而問題應(yīng)在電機(jī)與地基連接部位。3根據(jù)電修廠方面提供的信息：安裝后電機(jī)垂直振動大于水平振動。這與通常的狀態(tài)相矛盾，即垂直剛度小于水平剛度，也證明地基存在問題。正常狀態(tài)是垂直剛度大于水平剛度。4導(dǎo)致地基垂直剛度不足的可能原因：1）安裝墊板與地基的接觸面積不夠，空洞面積大，導(dǎo)致彈性變形大。2）地腳螺絲與地基的聯(lián)結(jié)剛度不足。3）地腳螺絲直徑偏小，剛度不足。第56頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五例4-10

離心泵葉輪松動

一臺懸臂式單級離心泵，運(yùn)轉(zhuǎn)了幾個月后發(fā)生了葉輪松動。在泵側(cè)的兩個軸承上檢測振動信號，經(jīng)頻譜分析，顯示有很多旋轉(zhuǎn)頻率的諧波成分(見圖4—19)，這些很強(qiáng)的諧波預(yù)示泵的轉(zhuǎn)子零件存在松動問題。另外，從圖中還可以看出，頻譜的噪聲底線很高，譜線連續(xù)表明松動零件對軸施加了一種不穩(wěn)定的隨機(jī)性沖擊力。圖4—19離心泵葉輪松動頻譜圖第57頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五例4-11氯氣鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉輪松動一臺4級離心式氯氣鼓風(fēng)機(jī)，轉(zhuǎn)速為2794r/min，由一臺3000r/min的電動機(jī)用帶拖動。這臺鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時振動很大，達(dá)到40mm/s，振動的特點是機(jī)器開車后幾分鐘內(nèi)振幅增大，但是當(dāng)整臺鼓風(fēng)機(jī)預(yù)熱幾小時以后，振幅又降下來。預(yù)熱方法是將機(jī)殼隔熱，并將熱空氣鼓進(jìn)風(fēng)機(jī)入口。圖4-20所示為開車后30min這段時間內(nèi)，在鼓風(fēng)機(jī)上測得的振幅與相位隨時間的變化曲線。從圖中看出，振動的最大峰值出現(xiàn)在開車約4min的時候，隨后振幅下降，但在運(yùn)轉(zhuǎn)20~30min后，又開始增大。第58頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五振動分析表明，鼓風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率是引起振動的主要因素。從相位上觀察，在試驗的30min時間內(nèi)，轉(zhuǎn)子上的不平衡矢量轉(zhuǎn)動了340°，從這故障現(xiàn)象中可以判斷葉輪發(fā)生了松動。葉輪在軸上雖然用鍵固定，但是間隙較大，葉輪輪殼內(nèi)孔只要稍微出現(xiàn)一點間隙，就會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)偏心，破壞了預(yù)先的平衡狀態(tài)。由于旋轉(zhuǎn)偏心方向在連續(xù)地變化，因此，不平衡矢量的相位也跟著變化。當(dāng)偏心方向與原先的不平衡方向一致時，振動就增大，反相時振動就減少，這樣就清楚地解釋了上面所說的這些現(xiàn)象。第59頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五圖4-21故障前a與故障后b的頻譜圖4．7油膜渦動及振蕩分析案例例4-12

某化肥廠的二氧化碳壓縮機(jī)組，在檢修后，運(yùn)行了140多天，高壓缸振動突然升到報警值而被迫停車。在機(jī)組運(yùn)行過程中及故障發(fā)生前后，在線監(jiān)測系統(tǒng)均作了數(shù)據(jù)記錄。高壓缸轉(zhuǎn)子的徑向振動頻譜圖見圖4-21，a圖是故障前的振動頻譜，振動信號只有轉(zhuǎn)頻的幅值。b圖是故障發(fā)生時的振動頻譜，振動信號除轉(zhuǎn)頻外，還有約為1/2轉(zhuǎn)頻的振幅，這是典型的油膜渦動特征。據(jù)此判定高壓缸轉(zhuǎn)子軸承發(fā)生油膜渦動。第60頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五例4-13油膜渦動及振蕩實例某公司國產(chǎn)30萬噸合成氨裝置，其中一臺ALS—14000離心式氨壓縮機(jī)組，在試車中曾遇到軸承油膜振蕩。圖4—22(a)表示高壓缸軸振動剛出現(xiàn)油膜振蕩時的頻譜。從圖中可見，140.4Hz(8430/min)是軸的轉(zhuǎn)速頻率ω，由軸的不平衡振動引起。44Hz為油膜振蕩頻率Ω。當(dāng)轉(zhuǎn)速升至8740r／min(144Hz)時，油膜振蕩頻率Ω的幅值巳超過轉(zhuǎn)速頻率幅值，見圖4—22(b)，這是一幅典型的油膜振蕩頻譜圖，從圖(b)中可見，頻率成分除了ω(144Hz)和Ω(44.4Hz)之外，還存在其他頻率成分；這些成分是；主軸振動頻率ω和油膜振蕩頻率Ω的一系列和差組合頻率。第61頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五圖4—22高壓缸油膜振蕩初期及發(fā)展的振動頻譜比較第62頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五例4-14油膜渦動及振蕩實例

某公司一臺空氣壓縮機(jī)，由高壓缸和低壓缸組成。低壓缸在一次大修后，轉(zhuǎn)子兩端軸振動持續(xù)上升，振幅達(dá)40~44μm，大大超過允許值33μm，但低壓缸前端的增速箱和后端的高壓缸振動較小。低壓缸前、后軸承上的振動測點信號頻譜圖如圖4—23(a)、(b)所示，圖中主要振動頻率為91.2Hz，其幅值為工頻（190Hz）振幅的3倍多，另外還有2倍頻和4倍頻成份，值得注意的是，圖中除了非常突出的低頻91.2Hz之外，4倍頻成分也非常明顯。對該機(jī)組振動信號的分析認(rèn)為：①低頻成分突出，它與工頻成分的比值為0.48，可認(rèn)為是軸承油膜不穩(wěn)定的半速渦動；②油膜不穩(wěn)定的起因可能是低壓缸兩端聯(lián)軸節(jié)的對中不良，改變了軸承上的負(fù)荷大小和方向。停機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)如下問題：①軸承間隙超過允許值(設(shè)計最大允許間隙為0.18mm，實測為0.21mm)；②4塊可傾瓦厚度不均勻，同一瓦塊最薄與最厚處相差0.03mm，超過設(shè)計允許值。瓦塊內(nèi)表面的預(yù)負(fù)荷處于負(fù)值狀態(tài)[PR值(單位面積上的預(yù)加載荷力值）原設(shè)計為0.027，現(xiàn)降為－0.134]，降低了軸承工作穩(wěn)定性。③兩端聯(lián)軸節(jié)對中不符合要求，平行對中量超差，角度對中的張口方向相反，使機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)時產(chǎn)生附加的不對中力。第63頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五圖4—23低壓缸前、后軸承上的振動測點信號頻譜比較對上述發(fā)現(xiàn)的問題分別作了修正，機(jī)器投運(yùn)后恢復(fù)正常，低壓缸兩端軸承的總振值下降到20μm，檢修前原頻譜圖上反映軸承油膜不穩(wěn)定的91.2Hz低頻成分和反映對中不良的4倍頻成分均已消失[圖4—23(c)、(d)]。第64頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五例4-14油膜渦動及振蕩實例1997年11月，某鋼鐵公司空壓站的一臺高速空壓機(jī)開機(jī)不久，發(fā)生陣發(fā)性強(qiáng)烈吼叫聲，最大振值達(dá)17mm/s（正常運(yùn)行時不大于2mm/s），嚴(yán)重威脅機(jī)組的正常運(yùn)行。對振動的信號作頻譜分析。正常時，機(jī)組振動以轉(zhuǎn)頻為主。陣發(fā)性強(qiáng)烈吼叫時，振動頻譜圖中出現(xiàn)很大振幅的0.4×轉(zhuǎn)頻成分，轉(zhuǎn)頻振幅增加不大?；谶@個分析，判定機(jī)組的振動超標(biāo)是軸承油膜渦動所引起，并導(dǎo)致了動靜件的摩擦觸碰?，F(xiàn)場工程技術(shù)人員根據(jù)這個結(jié)論，調(diào)整潤滑油的油溫，使供油油溫從30℃提到38℃后，機(jī)組的強(qiáng)烈振動消失，恢復(fù)正常運(yùn)行。事后，為進(jìn)一步驗證這個措施的有效性。還多次調(diào)整油溫，考察機(jī)組的振動變化，證實油溫在30℃～38℃左右時，可顯著降低機(jī)組的振動。第65頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五圖4－24煙機(jī)強(qiáng)振時的頻譜

a)北瓦b)南瓦4．8碰摩分析案例例4-14某煉油廠煙氣輪機(jī)正常運(yùn)行時，軸承座的振動不超過4mm/s。1993年11月，該機(jī)組經(jīng)檢修后剛投入運(yùn)行即發(fā)生強(qiáng)烈振動。殼體上測得的振動頻譜如圖4—24所示。除轉(zhuǎn)子工頻外，還存在大量的低倍頻諧波成分，如2×、3×、4×、4×等，南瓦的4倍頻振動特別突出。時域波形存在明顯的削波現(xiàn)象。

分析認(rèn)為煙機(jī)發(fā)生嚴(yán)重的碰摩故障，主要部位應(yīng)為軸瓦（徑向軸承和推力軸承均由4塊瓦塊組成）。拆開檢查，發(fā)現(xiàn)南北瓦均有明顯的磨損痕跡，南瓦有一徑向裂紋，并有巴氏合金呈塊狀脫落，主推力瓦有三個瓦塊已出現(xiàn)裂紋。更換軸瓦，經(jīng)仔細(xì)安裝調(diào)整，開機(jī)恢復(fù)正常。第66頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五例4-17碰摩故障實例1994年7月24日，某廠一臺主風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中突然出現(xiàn)強(qiáng)振現(xiàn)象，風(fēng)機(jī)出口最大振值達(dá)149μm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其二級報警值(90μm)，嚴(yán)重威脅著風(fēng)機(jī)的安全生產(chǎn)。圖4－24、圖4—24分別是風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常時和強(qiáng)振發(fā)生時的時域波形和頻譜。圖4-24風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常時的波形和頻譜第67頁，共76頁，2023年，2月20日，星期五由圖可見，風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行時，其主要振動頻率為轉(zhuǎn)子工頻101Hz及其低次諧波，且振幅較小，峰—峰值約23μm。而強(qiáng)振時，一個最突出的特點就是產(chǎn)生一振幅極高的0.4×(40.4Hz)成分，其幅值占到通頻幅值的89％，同時伴有1.4×(141.4Hz)、2.4×(242.4Hz)等非整數(shù)倍頻，此外，工頻及其諧波幅值也均有所增長。結(jié)合現(xiàn)場的一些其它情況分析認(rèn)為，機(jī)組振動存在很強(qiáng)烈的非線性，極有可能是由于殼體膨脹受阻，造成轉(zhuǎn)子與殼體不同心，導(dǎo)致動靜件摩擦而引起的。隨后的停機(jī)揭蓋檢查表明，風(fēng)機(jī)第一級葉輪的口環(huán)磨損非常嚴(yán)重，由于承受到巨大的摩擦力整個葉輪也已經(jīng)扭曲變形，如果再繼續(xù)運(yùn)行下去，其后果將不堪設(shè)想。及時的分析診斷和停機(jī)處理，避免了設(shè)備故障的進(jìn)一步擴(kuò)大和可能給生產(chǎn)造成的更大損失。第6