旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動分析案例

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目錄：1、旋轉(zhuǎn)機(jī)械常見故障的案例分析2、振動故障識別方法第2頁,共49頁，2024年2月25日，星期天轉(zhuǎn)子不平衡產(chǎn)生的原因及頻率特征●旋轉(zhuǎn)機(jī)械常見故障的案例分析不平衡類型不平衡頻譜——轉(zhuǎn)子不平衡第3頁,共49頁，2024年2月25日，星期天實(shí)例1：

某公司有一臺電動機(jī)，額定轉(zhuǎn)速3000r/min，運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)振動異常，測取軸承部位的振動信號作頻譜分析，其譜圖如右下圖所示。以電動機(jī)轉(zhuǎn)頻（50Hz）最為突出，判斷電動機(jī)轉(zhuǎn)子存在不平衡。在作動平衡測試時，轉(zhuǎn)子不平衡量達(dá)5000g.cm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過標(biāo)準(zhǔn)允許值150。經(jīng)動平衡處理后，振動狀態(tài)達(dá)到正常。這個實(shí)例，故障典型，過程完整。它的價值在于印證了不平衡故障的一個最重要特征，激振頻率等于轉(zhuǎn)頻，又通過動平衡測試處理進(jìn)一步驗證了診斷結(jié)論的正確性。轉(zhuǎn)子不平衡第4頁,共49頁，2024年2月25日，星期天不平衡故障的典型頻譜特征是工頻分量占主導(dǎo)地位第5頁,共49頁，2024年2月25日，星期天實(shí)例2：

某引風(fēng)機(jī)，型號Y2805-4型，轉(zhuǎn)速1480r/min，功率75kW，結(jié)構(gòu)簡圖見圖。①、②－引風(fēng)機(jī)軸承測點(diǎn)③～⑤－電機(jī)測點(diǎn)第6頁,共49頁，2024年2月25日，星期天測點(diǎn)方位①②③④⑤H20.0（26Hz）4.62.52.4－V5.53.41.0－4.5A3.72.41.6－－引風(fēng)機(jī)振動速度有效值（mm/srms）H、V、A分別代表水平、垂直和軸向第7頁,共49頁，2024年2月25日，星期天測點(diǎn)①水平方向頻譜從頻率結(jié)構(gòu)看，測點(diǎn)①水平方向的頻率結(jié)構(gòu)非常簡單，幾乎只存在風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速頻率（26Hz近似于轉(zhuǎn)頻）。對比表中測點(diǎn)①、②振值，可見測點(diǎn)②的振值比測點(diǎn)①要小得多。測點(diǎn)①最靠近風(fēng)機(jī)葉輪，其振動值最能反映風(fēng)機(jī)葉輪的振動狀態(tài)。據(jù)此判斷風(fēng)機(jī)葉輪存在不平衡故障。第8頁,共49頁，2024年2月25日，星期天轉(zhuǎn)子不對中聯(lián)軸器不對中軸承不對中帶輪不對中第9頁,共49頁，2024年2月25日，星期天平行不對中角度不對中第10頁,共49頁，2024年2月25日，星期天實(shí)例：

某廠一臺離心壓縮機(jī)，結(jié)構(gòu)如圖所示。電動機(jī)轉(zhuǎn)速1500r/min（轉(zhuǎn)頻為25Hz）。該機(jī)自更換減速機(jī)后振動增大，A點(diǎn)水平方向振動烈度值為6.36mm/s，位移D=150μm，超出正常水平。

第11頁,共49頁，2024年2月25日，星期天測點(diǎn)A水平方向振動信號的頻譜結(jié)構(gòu)圖明顯的2X特征重新對中后2X基本消失第12頁,共49頁，2024年2月25日，星期天地腳松動引起振動的方向特征及頻率結(jié)構(gòu)機(jī)械松動第13頁,共49頁，2024年2月25日，星期天實(shí)例

某發(fā)電廠1＃發(fā)電機(jī)組，結(jié)構(gòu)如圖。

1-汽輪機(jī)2-減速機(jī)3-發(fā)電機(jī)4-勵磁機(jī)①－后軸承②－前軸承第14頁,共49頁，2024年2月25日，星期天汽輪機(jī)前后軸承振動值①umP－P②umP－PH8530V156A2828第15頁,共49頁，2024年2月25日，星期天振動信號所包含的主要頻率成分都是奇數(shù)倍轉(zhuǎn)頻，尤以3倍頻最突出。另外，觀察其振動波形振幅變化很不規(guī)則，含有高次諧波成分。根據(jù)所獲得的信息，判斷汽輪機(jī)后軸承存在松動。第16頁,共49頁，2024年2月25日，星期天

停機(jī)檢查時發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)后軸承的一側(cè)有兩顆地腳螺栓沒有上緊，原因在于預(yù)留熱膨脹間隙過大。后來按要求旋緊螺母，振幅則從85μm下降至27μm，其余各點(diǎn)的振動值也有所下降，實(shí)現(xiàn)了平穩(wěn)運(yùn)行。這個實(shí)例的振動過程完整，它給我們的啟示在于，判斷松動故障，頻率特征仍是最重要的信息。此例中因為軸承一側(cè)的螺栓沒有上緊，卻表現(xiàn)出水平振動大的現(xiàn)象，這再一次證明，振動的方向特征是有條件的，只能作為判斷時的參考，應(yīng)用時必須小心。

第17頁,共49頁，2024年2月25日，星期天摩擦高次諧波及其分?jǐn)?shù)倍諧波是摩擦的主要頻譜特征第18頁,共49頁，2024年2月25日，星期天實(shí)例：某廠一臺3W－1B1型高壓水泵的電動機(jī)，轉(zhuǎn)速1485r/min，泵軸轉(zhuǎn)速225r/min，水泵的軸承為滑動軸承，設(shè)備運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)水泵軸承的垂直方向（V）振動強(qiáng)烈。其振動信號的時域波形、頻譜如圖所示。水泵軸承垂直方向的振動波形成單邊“截頭”狀，頻譜結(jié)構(gòu)主要是轉(zhuǎn)頻及其高次諧波，都呈典型的摩擦特征。后經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，該軸承由于潤滑油路堵塞而形成干摩擦。如此可見，頻率分析結(jié)合波形觀察，是診斷摩擦故障的有效方法。第19頁,共49頁，2024年2月25日，星期天波形出現(xiàn)“削頂”豐富的高次諧波第20頁,共49頁，2024年2月25日，星期天1.滾動軸承信號的頻率結(jié)構(gòu)滾動軸承主要振動頻率有：（1）通過頻率當(dāng)滾動軸承元件出現(xiàn)局部損傷時（如圖中軸承的內(nèi)外圈或滾動體出現(xiàn)疲勞剝落坑），機(jī)器在運(yùn)行中就會產(chǎn)生相應(yīng)的振動頻率，稱為故障特征頻率，又叫軸承通過頻率。各元件的通過頻率分別計算如下：

滾動軸承故障的振動診斷及實(shí)例

第21頁,共49頁，2024年2月25日，星期天滾動軸承故障的振動診斷及實(shí)例

a.外環(huán)損壞：

b.內(nèi)環(huán)損壞：c.滾動體損壞：d.保持架故障：

式中：n-滾動體數(shù)、fr-內(nèi)外環(huán)相對轉(zhuǎn)速頻率、d-滾動體直徑、D-節(jié)圓直徑、α-接觸角、fi、fo幾分別為內(nèi)外環(huán)轉(zhuǎn)速頻率，二者方向一致取正號，方向相反則取負(fù)號。第22頁,共49頁，2024年2月25日，星期天

實(shí)例

一臺單級并流式鼓風(fēng)機(jī)，由30KW電動機(jī)減速后拖動，電動機(jī)轉(zhuǎn)速1480r/min,風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速900r/min。兩個葉輪葉片均為60片，同樣大小的兩個葉輪分別裝在兩根軸上，中間用聯(lián)軸器鏈接，每軸由兩個滾動軸承支承，風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖所示。

第23頁,共49頁，2024年2月25日，星期天

該機(jī)組自1986年1月30日以后，測點(diǎn)③的振動加速度從0.07g逐漸上升，至6月19日達(dá)到0.68g，幾乎達(dá)到正常值的10倍。為查明原因，對測點(diǎn)③的振動信號進(jìn)行頻譜分析。

軸承的幾何尺寸如下：軸承型號：210；滾動體直徑：d＝12.7mm；軸承節(jié)徑：D＝70mm；滾動體個數(shù)：z＝10；壓力角：＝00。第24頁,共49頁，2024年2月25日，星期天軸承的特征頻率計算：鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速頻率：＝n/60=900/60=15(Hz)；軸承內(nèi)圈通過頻率：88Hz

軸承外圈通過頻率：61Hz

滾動體通過頻率：40.6Hz第25頁,共49頁，2024年2月25日，星期天測點(diǎn)③的時域波形和高低兩個頻段的頻譜。

高頻低頻波形第26頁,共49頁，2024年2月25日，星期天

在圖a所顯示的高頻段加速度的頻譜圖上，出現(xiàn)1kHz以上的頻率成分1350Hz和2450Hz，形成小段高頻峰群，這是軸承元件的固有頻率。圖b是低頻段的頻譜，圖中清晰地顯示出轉(zhuǎn)速頻率（15Hz），外圈通過頻率（61Hz），內(nèi)圈通過頻率（88Hz）及外圈通過頻率的2次、3次諧波（122Hz和183Hz），圖c是加速度時域波形，圖上顯示出間隔為5.46ms的波峰，其頻率亦為183Hz（1000÷5.46＝183Hz），即為外圈通過頻率的三次諧波，與頻譜圖顯示的頻率相印證（見圖4－38b），據(jù)兩個頻段分析所得到的頻率信息，判斷軸承外圈存在有故障，如滾道剝落、裂紋或其它傷痕。同時估計內(nèi)圈也有一些問題。第27頁,共49頁，2024年2月25日，星期天

后來停機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)，軸承內(nèi)、外圈都存在很長的軸向裂紋，與診斷結(jié)論一致。經(jīng)查明，引起該軸承振動并導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋的原因是軸承座剛性不足以及皮帶的拉力不合適造成的。本例的特色在于從高、低兩個頻段分析故障軸承的頻率特征，同時又從時域波形得到進(jìn)一步印證，這種多方位的分析方法，也可以在其它故障診斷中加以應(yīng)用。第28頁,共49頁，2024年2月25日，星期天實(shí)例1

某廠一臺軋機(jī)減速器，1994年4月大修，投入運(yùn)行后振動很大，對其進(jìn)行簡易振動診斷。減速器結(jié)構(gòu)如圖。電動機(jī)為可調(diào)速電動機(jī)，工作轉(zhuǎn)速500r/min，功率970kw，小齒輪齒數(shù)50，大輪齒數(shù)148。

齒輪機(jī)構(gòu)故障的振動診斷第29頁,共49頁，2024年2月25日，星期天

當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)至150r/min時，減速器振動值Vrms見表4－11。從測值看，測點(diǎn)（2）、（4）（低速軸軸承）的振動值均大于高速軸。測點(diǎn)①②③④VAVAVAVA6.57.814.4

12.69.58.313.311.8電動機(jī)轉(zhuǎn)速為150r/min時減速器振動值（單位：mm/s）注：V為垂向；A為軸向第30頁,共49頁，2024年2月25日，星期天

電動機(jī)轉(zhuǎn)速為150r/min時，對測點(diǎn)（2）垂直方向（V）作頻率分析，其時低速軸轉(zhuǎn)速為51r/min，轉(zhuǎn)頻為0.85Hz，譜圖如圖4－56所示。頻譜圖上沒有出現(xiàn)嚙合頻率fm（fm＝0.85×148＝125.8Hz），卻出現(xiàn)了213Hz這個突出的峰值。然后對213Hz附近的頻段作細(xì)化譜分析，譜圖如圖所示。這時發(fā)現(xiàn)，213Hz的兩旁的邊頻間隔為0.85Hz，恰好是低速軸轉(zhuǎn)頻。

第31頁,共49頁，2024年2月25日，星期天測點(diǎn)②垂直方向頻譜測點(diǎn)②垂直方向細(xì)化頻譜第32頁,共49頁，2024年2月25日，星期天

與此同時，在該轉(zhuǎn)速下，對測點(diǎn)（1）（2）垂直方向的振動信號作時域波形分析，其波形圖分別如圖a、b所示。

第33頁,共49頁，2024年2月25日，星期天

從時域波形圖上可以看出，高速軸（測點(diǎn)（1））振動波形屬常規(guī)振動（見圖4－58a），低速軸（測點(diǎn)（2））的時域波形有明顯的沖擊信號（見圖4－58b），其脈沖間隔為1176ms，相當(dāng)頻率值0.85Hz（1000÷1176＝0.85Hz）,即為低速軸轉(zhuǎn)頻。為了進(jìn)一步查明原因，把電動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)至500r/min，對測點(diǎn)（2）垂直方向作頻譜分析，其頻譜圖如圖。其實(shí)，213Hz頻率依然存在，它不隨轉(zhuǎn)速而變化。此時，該頻率的邊頻譜線的間隔為2.5Hz，等于低速軸轉(zhuǎn)頻。

第34頁,共49頁，2024年2月25日，星期天

可以推測，213Hz這個不隨轉(zhuǎn)速而改變的頻率是齒輪的固有頻率。機(jī)器運(yùn)行中，由于齒輪嚙合的強(qiáng)烈沖擊（見圖4－58b）激發(fā)了齒輪以固有頻率振動。根據(jù)所獲得的信息，可以推斷齒輪存在嚴(yán)重故障（如輪齒變形等），而且主要振源在大齒輪上。在檢修處理時拆開減速器檢查，發(fā)現(xiàn)兩個齒輪的輪齒表面的鏨銼痕跡很顯眼，凹凸不平，這樣粗糙的齒面在輪齒嚙合時必然產(chǎn)生嚴(yán)重沖擊。另外，大齒輪有5個輪齒的齒頂邊緣因長期擠撞而呈臺階突起，高達(dá)5～6mm，齒輪在運(yùn)轉(zhuǎn)時必然出現(xiàn)大齒輪的輪齒頂撞小齒輪的輪齒根部，齒輪在這種惡劣的狀態(tài)下運(yùn)行，激起齒輪固有頻率是理所當(dāng)然的。強(qiáng)勁的固有頻率分量湮沒了齒輪嚙合頻率的分量，所以在譜圖中沒有出現(xiàn)嚙合頻率分量的譜線。第35頁,共49頁，2024年2月25日，星期天

后來經(jīng)過了解，該機(jī)在大修時，由于沒有新齒輪備件更換，只得用一對使用過的舊齒輪稍加修理后代用，所以造成這種被動的局面。本例從振動幅值的變化，分析了故障頻率特征，并對時域波形進(jìn)行觀察，然后通過改變轉(zhuǎn)速測量，查明了故障原因，最后揭蓋檢查得到了驗證，診斷過程完整，思路清晰，是一個很典型的現(xiàn)場實(shí)例。第36頁,共49頁，2024年2月25日，星期天實(shí)例2

某有色金屬加工廠的一臺3W－1B1型高壓水泵，通過減速器把電動機(jī)與水泵的曲軸連接起來。電動機(jī)轉(zhuǎn)速1485r/min，減速器小齒輪齒數(shù)z1為24齒，大齒輪齒數(shù)z2為155齒，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖。第37頁,共49頁，2024年2月25日，星期天

該機(jī)在檢修前進(jìn)行了振動測量分析，發(fā)現(xiàn)減速器小齒輪軸承測點(diǎn)③、④振動值較大，見表。

③④測點(diǎn)HVAHVAA7.06.621.510.713.721.5機(jī)組檢修前加速度有效值m/s*s第38頁,共49頁，2024年2月25日，星期天

對測點(diǎn)③、④水平方向的振動信號作頻譜分析，頻譜結(jié)構(gòu)分別如圖a和圖b。檢修前檢修后第39頁,共49頁，2024年2月25日，星期天

兩測點(diǎn)振動信號的頻率結(jié)構(gòu)基本一致，主要頻率有齒輪嚙合頻率fm（fm＝1485÷60×24＝594Hz）及其2倍頻（2fm=594×2=1188Hz）和3倍頻（3fm=594×3=1782Hz），且2、2次諧波分量幅值較大，同時嚙合頻率及其倍頻兩旁還有較多的邊頻成分以及低次諧波。邊頻間距為24.4Hz，與小齒輪的轉(zhuǎn)頻24.75Hz基本一致，邊頻成分分布比較幾種，呈分布故障特征。據(jù)此，判斷小齒輪存在較為嚴(yán)重的磨損故障。在揭蓋檢查時，得到了驗證，實(shí)際情況與分析結(jié)論基本一致。修理時更換了小齒輪，振動值下降到正常水平。檢修后的頻譜圖分別如圖b。其時嚙合頻率的諧波分量大為減弱或消失，邊頻已不復(fù)存在，說明齒輪的運(yùn)行狀況有所改善。第40頁,共49頁，2024年2月25日，星期天

本例的特點(diǎn)在于，齒輪故障的頻率特征很明顯，隨著故障的排除，故障特征頻率發(fā)生了很大的變化，有的消失，有的減弱。這再一次證明利用頻率分析診斷齒輪故障是很有成效的。本例的另一個特點(diǎn)是將故障處理前后的振動值及其頻率特征作對比分析，這是故障診斷中應(yīng)當(dāng)堅持的基本原則，值得借鑒。

第41頁,共49頁，2024年2月25日，星期天

實(shí)例1

某鋼鐵廠化鐵爐除塵風(fēng)機(jī)，型號D28，電動機(jī)功率800Kw，轉(zhuǎn)速750rpm，結(jié)構(gòu)簡圖如下。

●振動故障識別方法－主頻識別法第42頁,共49頁，2024年2月25日，星期天

機(jī)組1992年8月中修后運(yùn)行了一段時間振動逐漸增大，到1993年1月，測點(diǎn)①水平方向同振動值達(dá)到15.15mm/s。當(dāng)時在現(xiàn)場作了頻譜分析，譜圖如圖所示。測點(diǎn)①最大峰值頻率為12.65Hz，與轉(zhuǎn)頻基本一致。此外還有弱小的2倍頻分量及少量微弱的高次諧波。

第43頁,共49頁，2024年2月25日，星期天

由于測點(diǎn)①靠近風(fēng)機(jī)葉輪，1倍頻分量又占絕對優(yōu)勢且又是水平方向振動最大，根據(jù)這些情況，判斷風(fēng)機(jī)葉輪存在較嚴(yán)重的不平衡。在拆機(jī)檢查過程中發(fā)現(xiàn)，葉輪周邊存在嚴(yán)重的不均勻磨蝕，破壞了轉(zhuǎn)子平衡。根據(jù)設(shè)備管理部門反映，由于通風(fēng)系統(tǒng)的除塵裝置停用3個多月，氣流中鐵砂含量劇增，加快了葉輪的磨損，而且葉片上不均勻地粘附著大量的粉塵雜質(zhì)，蝸殼下步積滿了爐灰，更加劇了葉輪的不平衡損壞。在檢修時更換了葉輪，清除了蝸殼內(nèi)積存的粉塵，恢復(fù)使用了除塵裝置，此后，風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常。第44頁,共49頁，2024年2月25日，星期天

實(shí)例2

某發(fā)電廠4號機(jī)組2＃循環(huán)泵，1994年11月對軸承的振動信號作頻譜分析，譜圖上