動(dòng)設(shè)備監(jiān)測(cè)課件 轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷

轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)及

典型故障的診斷

天津石化裝備研究院屈世棟概述振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的常用譜圖課程主要內(nèi)容旋轉(zhuǎn)設(shè)備典型故障的診斷狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷的過程檢測(cè)縮小故障范圍狀態(tài)判別搜集征兆定期檢測(cè)故障定位原因分析維修決策趨勢(shì)分析正常參數(shù)開始尚可正常不可異常故障的振動(dòng)分析1,瞬間信號(hào)分析法通常將開機(jī)、停機(jī)過程的振動(dòng)信號(hào)稱為瞬態(tài)信號(hào)，是轉(zhuǎn)子系統(tǒng)對(duì)速度變化的響應(yīng)，是轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)特性和故障征兆的反映。振動(dòng)瞬態(tài)信號(hào)的變化是隨著激勵(lì)源的變化而變化的，不同的激勵(lì)源產(chǎn)生不同的振動(dòng)瞬態(tài)信號(hào)。在振動(dòng)分析中，通過作波特圖可以分析振動(dòng)瞬態(tài)信號(hào)的形態(tài)。(1)電磁振動(dòng)：關(guān)掉電源后，電機(jī)轉(zhuǎn)速剛降低，其振動(dòng)幅值便立即衰減為零。(2)共振：振動(dòng)幅值隨轉(zhuǎn)速降低而迅速下降。(3)不平衡振動(dòng)：速度降低時(shí)，振動(dòng)幅值也平穩(wěn)連續(xù)地緩慢地下降。(4)失穩(wěn)振動(dòng)：在轉(zhuǎn)速下降很大幅度之后，振動(dòng)幅值才較快地下降。

實(shí)際上的瞬態(tài)信號(hào)曲線不會(huì)這樣規(guī)范，當(dāng)有幾種故障同時(shí)存在時(shí)，各種振動(dòng)的共同作用必然使瞬態(tài)信號(hào)曲線變得復(fù)雜。在設(shè)備診斷中，通過分析振動(dòng)瞬態(tài)信號(hào)來(lái)識(shí)別故障的方法有一定的局限性。一是因?yàn)闇y(cè)量機(jī)器的振動(dòng)瞬態(tài)信號(hào)只有在機(jī)器停止或啟動(dòng)的時(shí)候才能進(jìn)行，故比較麻煩。

2.方向特征分析法有些設(shè)備故障的振動(dòng)特征表現(xiàn)出明顯的方向性，即在同一測(cè)點(diǎn)不同方向振動(dòng)值呈現(xiàn)規(guī)律性的差異。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)轉(zhuǎn)子不平衡時(shí)，軸承測(cè)點(diǎn)各個(gè)方向的振動(dòng)值表現(xiàn)這樣一種關(guān)系：水平振動(dòng)≥垂直振動(dòng)＞軸向振動(dòng)。當(dāng)存在不對(duì)中時(shí)則通常表現(xiàn)為：軸向振動(dòng)＞徑向振動(dòng)。

還有些故障可用振動(dòng)方向特征來(lái)進(jìn)行判別，如機(jī)器底部垂直方向振值很大，一般是地腳螺栓松動(dòng)造成的；當(dāng)軸承部位垂直方向的振值大于水平方向振值，很可能是滑動(dòng)軸承已失效。有一臺(tái)振動(dòng)異常的汽輪機(jī)，其軸承的垂直振動(dòng)約為水平振動(dòng)的3倍，當(dāng)拆機(jī)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)軸瓦的巴氏合金已經(jīng)碎裂。3.振幅變動(dòng)特征分析法設(shè)備在承載均勻，沒有沖擊，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，振動(dòng)值基本上是穩(wěn)定的。如果振動(dòng)出現(xiàn)大范圍的頻繁波動(dòng)，說明可能是轉(zhuǎn)子的某個(gè)部位發(fā)生徑向或軸向碰擦或者是滾動(dòng)軸承由于連接松動(dòng)而與相鄰部件發(fā)生了不均勻摩擦。

4.幅值比較分析法連接部件松動(dòng)是機(jī)器常見故障，幅值比較分析法是最簡(jiǎn)單、最有效的檢測(cè)辦法。如圖:測(cè)量點(diǎn)①、②、③垂直方向的振動(dòng)值，比較三個(gè)振動(dòng)值的大小，若數(shù)值相差很大，說明存在松動(dòng)故障，且可判定松動(dòng)部位。5.主要頻率分析法機(jī)械的每一個(gè)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件都有各自的運(yùn)動(dòng)頻率，而大多數(shù)機(jī)械故障引發(fā)的振動(dòng)也有自已的振動(dòng)頻率，稱為特征頻率，且少數(shù)故障的振動(dòng)頻率具有唯一性。機(jī)械故障的振動(dòng)頻率，常常是很復(fù)雜的，很少以單個(gè)頻率出現(xiàn)。在這個(gè)頻率群體中，各個(gè)頻率對(duì)故障判斷所起作用的程度是不一樣的，其中必有一個(gè)主要頻率（即主頻率）所起作用最大。振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的常用圖譜瞬態(tài)譜圖：?jiǎn)⑼C(jī)圖譜，僅分析啟停機(jī)過程中的狀況常規(guī)譜圖：穩(wěn)態(tài)圖，不含開停車信息振動(dòng)信號(hào)分析常用譜圖振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)常用圖譜振動(dòng)信號(hào)波形頻譜圖波德圖極坐標(biāo)圖頻譜瀑布圖極聯(lián)圖軸心位置圖軸心軌跡圖振動(dòng)值趨勢(shì)圖振動(dòng)值趨勢(shì)圖1．波形頻譜圖

頻譜分析的示意圖2．波德圖

波德圖是反映機(jī)器振動(dòng)幅值、相位隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系曲線。圖形的橫坐標(biāo)是轉(zhuǎn)速，縱坐標(biāo)有兩個(gè)，一個(gè)是振幅的峰－峰值，另一個(gè)是相位。從波德圖上我們可以得到以下信息：

a.轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在各種轉(zhuǎn)速下的振幅和相位；

b.轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速；

c.轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的共振放大系數(shù)；

d.轉(zhuǎn)子上機(jī)械偏差和電氣偏差的大?。?/p>

e.轉(zhuǎn)子是否發(fā)生了熱彎曲。波徳圖3．極坐標(biāo)圖

極坐標(biāo)圖是把振幅和相位隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系用極坐標(biāo)的形式表示出來(lái)。圖中用一旋轉(zhuǎn)矢量的點(diǎn)代表轉(zhuǎn)子的軸心，該點(diǎn)在各個(gè)轉(zhuǎn)速下所處位置的極半徑就代表了軸的徑向振幅，該點(diǎn)在極坐標(biāo)上的角度就是此時(shí)振動(dòng)的相位角。這種極坐標(biāo)表示方法在作用上與波德圖相同，但它比波德圖更為直觀。

極坐標(biāo)圖4．頻譜瀑布圖

用某一測(cè)點(diǎn)在啟停機(jī)（或正常運(yùn)行中）時(shí)連續(xù)測(cè)得的一組頻譜圖按時(shí)間順序組成的三維譜圖就是頻譜瀑布圖，見下圖。圖中Z軸是時(shí)間軸相同階次頻率的譜線集和Z軸是平行的。從圖中可以清楚地看出各種頻率的振幅隨時(shí)間是如何變化的。5．極聯(lián)圖

極聯(lián)圖是在啟停機(jī)轉(zhuǎn)速連續(xù)變化時(shí)，不同轉(zhuǎn)速下得到的頻譜圖依次組成的三維譜圖。它的Z軸是轉(zhuǎn)速，工頻和各個(gè)倍頻及分頻的軸線在圖中是都以0點(diǎn)為原點(diǎn)相外發(fā)射的傾斜的直線。在分析振動(dòng)與轉(zhuǎn)速有關(guān)的故障時(shí)是很直觀的。該圖常用來(lái)了解各轉(zhuǎn)速下振動(dòng)頻譜變化情況，可以確定轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速及其振動(dòng)幅值、半速渦動(dòng)或油膜振蕩的發(fā)生和發(fā)展過程等。

6．軸心位置圖

軸心位置圖用來(lái)顯示軸頸中心相對(duì)于軸承中心位置。這種圖形提供了轉(zhuǎn)子在軸承中穩(wěn)態(tài)位置變化的觀測(cè)方法，用以判別軸頸是否處于正常位置。當(dāng)軸心位置超出一定范圍時(shí)，說明軸承處于不正常的工作狀態(tài)，從中可以判斷轉(zhuǎn)子的對(duì)中好壞、軸承的標(biāo)高是否正常，軸瓦是否磨損或變形等等。如果軸心位置上移，則預(yù)示著轉(zhuǎn)子不穩(wěn)定的開始。通過對(duì)軸頸中心位置變化的監(jiān)測(cè)和分析，可以預(yù)測(cè)到某些故障的來(lái)臨，為故障的防治提供早期預(yù)報(bào)。

軸心位置圖7．軸心軌跡圖

軸心軌跡一般是指轉(zhuǎn)子上的軸心一點(diǎn)相對(duì)于軸承座在其與軸線垂直的平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡。通常，轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)中除了包含由不平衡引起的基頻振動(dòng)分量之外，還存在由于油膜渦動(dòng)、油膜振蕩、氣體激振、摩擦、不對(duì)中、嚙合等等原因引起的分?jǐn)?shù)諧波振動(dòng)、亞異步振動(dòng)、高次諧波振動(dòng)等等各種復(fù)雜的振動(dòng)分量，使得軸心軌跡的形狀表現(xiàn)出各種不同的特征，其形狀變得十分復(fù)雜，有時(shí)甚至是非常地混亂。軸心軌跡圖（提純）8．振動(dòng)趨勢(shì)圖

在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，可利用趨勢(shì)圖來(lái)顯示、記錄機(jī)器的通頻振動(dòng)、各頻率分量的振動(dòng)、相位或其它過程參數(shù)是如何隨時(shí)間變化的。這種圖形以不同長(zhǎng)度的時(shí)間為橫坐標(biāo)，以振幅、相位或其它參數(shù)為縱坐標(biāo)。在分析機(jī)組振動(dòng)隨時(shí)間、負(fù)荷、軸位移或其它工藝參數(shù)的變化時(shí)，這種圖給出的曲線十分直觀，對(duì)于運(yùn)行管理人員來(lái)說，用它來(lái)監(jiān)視機(jī)組的運(yùn)行狀況是非常有用的。旋轉(zhuǎn)設(shè)備典型故障的診斷

不平衡不對(duì)中軸彎曲和熱彎曲油膜渦動(dòng)和油膜振蕩蒸汽激振機(jī)械松動(dòng)轉(zhuǎn)子斷葉片與脫落摩擦軸裂紋旋轉(zhuǎn)失速與喘振機(jī)械偏差和電氣偏差1.不平衡

不平衡是各種旋轉(zhuǎn)機(jī)械中最普遍存在的故障。引起轉(zhuǎn)子不平衡的原因是多方面的，如轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、機(jī)械加工質(zhì)量偏差、裝配誤差、材質(zhì)不均勻、動(dòng)平衡精度差；運(yùn)行中聯(lián)軸器相對(duì)位置的改變；轉(zhuǎn)子部件缺損，如：運(yùn)行中由于腐蝕、磨損、介質(zhì)不均勻結(jié)垢、脫落；轉(zhuǎn)子受疲勞應(yīng)力作用造成轉(zhuǎn)子的零部件（如葉輪、葉片、圍帶、拉筋等）局部損壞、脫落，產(chǎn)生碎塊飛出等。

不平衡轉(zhuǎn)子的振動(dòng)信號(hào)，其時(shí)間波形和頻譜圖一般具有如下典型特征：

A.時(shí)域波形的形狀接近一個(gè)純正弦波；

B.振動(dòng)信號(hào)的頻譜圖中，諧波能量主要是集中在轉(zhuǎn)子的工作頻率（1X）上，而其它倍頻成分所占的比例相對(duì)較??；

C.在升降速過程中，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，振幅隨轉(zhuǎn)速的增加而上升。當(dāng)轉(zhuǎn)速越過臨界轉(zhuǎn)速之后，振幅隨轉(zhuǎn)速的增加反而減小，并趨向于一個(gè)較小的穩(wěn)定值。

D.當(dāng)工作轉(zhuǎn)速一定時(shí)，振動(dòng)的相位穩(wěn)定；

E.轉(zhuǎn)子的軸心軌跡圖呈橢圓形；

F.轉(zhuǎn)子的渦動(dòng)特征為同步正進(jìn)動(dòng)；G.純靜不平衡時(shí)支承轉(zhuǎn)子的兩個(gè)軸承同一方向的振動(dòng)相位相同，而純力偶不平衡時(shí)支承轉(zhuǎn)子的兩個(gè)軸承振動(dòng)呈反相，即相位差180°。H.在外伸轉(zhuǎn)子不平衡情況下可能會(huì)產(chǎn)生很大的軸向振動(dòng)。支承轉(zhuǎn)子的兩軸承的軸向振動(dòng)相位相同；I.因介質(zhì)不均勻結(jié)垢時(shí)，工頻幅值和相位是緩慢變化的?！痢痢疗啓C(jī)轉(zhuǎn)子不平衡的波形頻譜圖2.不對(duì)中

轉(zhuǎn)子不對(duì)中通常是指相鄰兩轉(zhuǎn)子的軸心線與軸承中心線的傾斜或偏移程度。轉(zhuǎn)子不對(duì)中可分為聯(lián)軸器不對(duì)中和軸承不對(duì)中。聯(lián)軸器不對(duì)中又可分為平行不對(duì)中、偏角不對(duì)中和平行偏角不對(duì)中三種情況。平行不對(duì)中時(shí)振動(dòng)頻率為轉(zhuǎn)子工頻的兩倍。偏角不對(duì)中使聯(lián)軸器附加一個(gè)彎矩，增加了轉(zhuǎn)子的軸向力，使轉(zhuǎn)子在軸向產(chǎn)生工頻振動(dòng)。平行偏角不對(duì)中是以上兩種情況的綜合，使轉(zhuǎn)子發(fā)生徑向和軸向振動(dòng)。軸承不對(duì)中實(shí)際上反映的是軸承座標(biāo)高和軸中心位置的偏差。軸承不對(duì)中使軸系的載荷重新分配。負(fù)荷較大的軸承可能會(huì)出現(xiàn)高次諧波振動(dòng)，負(fù)荷較輕的軸承容易失穩(wěn)，同時(shí)還使軸系的臨界轉(zhuǎn)速發(fā)生改變。

不對(duì)中故障的特征是：A.轉(zhuǎn)子徑向振動(dòng)出現(xiàn)二倍頻，以一倍頻和二倍頻分量為主，軸系不對(duì)中越嚴(yán)重，二倍頻所占的比例就越大，多數(shù)情況甚至出現(xiàn)二倍頻能量超過一倍頻能量；B.振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域波形呈畸變的正弦波；C.聯(lián)軸器兩側(cè)相鄰兩個(gè)軸承的油膜壓力呈反方向變化，一個(gè)油膜壓力變大，另一個(gè)則變??；D.聯(lián)軸器兩側(cè)的軸向振動(dòng)基本上是呈現(xiàn)出180°反相的；E.典型的軸心軌跡為月牙形、香蕉形，嚴(yán)重對(duì)中不良時(shí)的軸心軌跡可能出現(xiàn)“8”字形；渦動(dòng)方向?yàn)橥秸M(jìn)動(dòng)；×××汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)中不良的波形頻譜圖×××壓氣機(jī)有對(duì)中不良傾向的軸心軌跡圖

呈香蕉形的軸心軌跡圖呈“8”字形的軸心軌跡G.振動(dòng)對(duì)負(fù)荷變化敏感。一般振動(dòng)幅值隨著負(fù)荷的增加而升高；H.軸承不對(duì)中包括偏角不對(duì)中和標(biāo)高變化兩種情況，軸承不對(duì)中時(shí)徑向振動(dòng)較大，有可能出現(xiàn)高次諧波，振動(dòng)不穩(wěn)定。由于軸承座的熱膨脹不均勻而引起軸承的不對(duì)中，使轉(zhuǎn)子的振動(dòng)也要發(fā)生變化。但由于熱傳導(dǎo)的慣性，振動(dòng)的變化在時(shí)間上要比負(fù)荷的改變滯后一段時(shí)間。3.軸彎曲和熱彎曲

軸彎曲是指轉(zhuǎn)子的中心線處于不直狀態(tài)。轉(zhuǎn)子彎曲分為永久性彎曲和臨時(shí)性彎曲兩種類型。轉(zhuǎn)子永久性彎曲是指轉(zhuǎn)子的軸呈永久性的弓形，它是由于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不合理、制造誤差大、材質(zhì)不均勻、轉(zhuǎn)子長(zhǎng)期存放不當(dāng)而發(fā)生永久性的彎曲變形，或是熱態(tài)停車時(shí)未及時(shí)盤車或盤車不當(dāng)、轉(zhuǎn)子的熱穩(wěn)定性差、長(zhǎng)期運(yùn)行后軸的自然彎曲加大等原因所造成。轉(zhuǎn)子臨時(shí)性彎曲是指轉(zhuǎn)子上有較大預(yù)負(fù)荷、開機(jī)運(yùn)行時(shí)的暖機(jī)操作不當(dāng)、升速過快、轉(zhuǎn)軸熱變形不均勻等原因造成。轉(zhuǎn)子永久性彎曲與臨時(shí)性彎曲是兩種不同的故障，但其故障的機(jī)理是相同的。轉(zhuǎn)子不論發(fā)生永久性彎曲還是臨時(shí)性彎曲，都會(huì)產(chǎn)生與質(zhì)量偏心情況相類似的旋轉(zhuǎn)矢量激振力。

軸彎曲時(shí)通常都會(huì)產(chǎn)生很大的徑向振動(dòng)和軸向振動(dòng)，如果彎曲位于轉(zhuǎn)軸中央附近，支承轉(zhuǎn)子的兩個(gè)軸承上的軸向振動(dòng)主要呈1X分量，如果彎曲位于聯(lián)軸器附近或懸臂式支撐轉(zhuǎn)子的外伸端產(chǎn)生彎曲時(shí)，則可能產(chǎn)生較大的2X振動(dòng)分量。此外，軸彎曲時(shí)一般會(huì)在一階臨界轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生較大的徑向振動(dòng)。熱彎曲是指轉(zhuǎn)子受熱后（如啟機(jī)中或加負(fù)荷時(shí)）使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了附加的不平衡力（即熱不平衡），從而導(dǎo)致了轉(zhuǎn)子發(fā)生彎曲的現(xiàn)象。熱不平衡的機(jī)理是轉(zhuǎn)子橫截面存在某種不對(duì)稱因素（材質(zhì)不對(duì)稱、溫度不對(duì)稱、內(nèi)摩擦力不對(duì)稱等）、或溫度場(chǎng)不均勻，可能在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生彎矩，造成轉(zhuǎn)子彎曲。

轉(zhuǎn)子熱彎曲引起的振動(dòng)主要以基頻分量為主，一般其具有如下特點(diǎn)：A.振動(dòng)與轉(zhuǎn)子的熱狀態(tài)有關(guān)，當(dāng)機(jī)組冷態(tài)運(yùn)行時(shí)（空載）振動(dòng)較小，但隨著負(fù)荷的增加，振動(dòng)明顯增大；B.一旦振動(dòng)增大后快速降負(fù)荷或停機(jī)振動(dòng)并不立即較小，而是有一定的時(shí)間滯后；C.機(jī)組快速停機(jī)惰走通過一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)的振動(dòng)較啟動(dòng)過程中的相應(yīng)值增大很多；D.轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲后停機(jī)惰走時(shí)在低轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子的工頻振動(dòng)幅值比在開車時(shí)相同轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)值要大很多，而且在相同轉(zhuǎn)速下，其工頻振動(dòng)的相位也可能不重合?！痢痢疗啓C(jī)高壓缸轉(zhuǎn)子熱彎曲的波德圖×××汽輪機(jī)中壓缸轉(zhuǎn)子熱彎曲的波德圖4.油膜渦動(dòng)和油膜振蕩

油膜渦動(dòng)和油膜振蕩是滑動(dòng)軸承中由于油膜的動(dòng)力學(xué)特性而引起的一種自激振動(dòng)。油膜渦動(dòng)一般是由于過大的軸承磨損或間隙，不合適的軸承設(shè)計(jì)，潤(rùn)滑油參數(shù)的改變等因素引起的。根據(jù)振動(dòng)頻譜很容易識(shí)別油膜渦動(dòng)，其出現(xiàn)時(shí)的振動(dòng)頻率接近轉(zhuǎn)速頻率的一半，隨著轉(zhuǎn)速的提高，油膜渦動(dòng)的故障特征頻率與轉(zhuǎn)速頻率之比也保持在一個(gè)定值上始終不變，常稱為半速渦動(dòng)?！痢痢疗啓C(jī)軸承發(fā)生嚴(yán)重油膜渦動(dòng)時(shí)的波形頻譜圖×××汽輪機(jī)軸承發(fā)生較輕的油膜渦動(dòng)時(shí)的軸心軌跡圖油膜渦動(dòng)使軸承損壞的照片

油膜渦動(dòng)和油膜振蕩是兩個(gè)不同的概念，它們之間既有區(qū)別，又有著密切的聯(lián)系。當(dāng)機(jī)器出現(xiàn)油膜渦動(dòng)，而且油膜渦動(dòng)頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時(shí)就會(huì)發(fā)生油膜振蕩。油膜振蕩只有在機(jī)器運(yùn)行轉(zhuǎn)速大于二倍轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的情況下才可能發(fā)生。當(dāng)轉(zhuǎn)速升至二倍臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，渦動(dòng)頻率非常接近轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速，因此產(chǎn)生共振而引起很大的振動(dòng)。通常一旦發(fā)生油膜振蕩，無(wú)論轉(zhuǎn)速繼續(xù)升至多少，渦動(dòng)頻率將總保持為轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速頻率。A.時(shí)間波形發(fā)生畸變，表現(xiàn)為不規(guī)則的周期信號(hào)，通常是在工頻的波形上面疊加了幅值很大的低頻信號(hào)；B.在頻譜圖中，轉(zhuǎn)子的固有頻率ω0處的頻率分量的幅值最為突出；C.油膜振蕩發(fā)生在工作轉(zhuǎn)速大于二倍一階臨界轉(zhuǎn)速的時(shí)候，在這之后，即使工作轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高，其振蕩的特征頻率基本不變；D.油膜振蕩的發(fā)生和消失具有突然性，并帶有慣性效應(yīng)，也就是說，升速時(shí)產(chǎn)生油膜振蕩的轉(zhuǎn)速要高于降速時(shí)油膜振蕩消失的轉(zhuǎn)速；E.油膜振蕩時(shí)，轉(zhuǎn)子的渦動(dòng)方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的方向相同，為正進(jìn)動(dòng)；F.油膜振蕩劇烈時(shí)，隨著油膜的破壞，振蕩停止，油膜恢復(fù)后，振蕩又再次發(fā)生。如此持續(xù)下去，軸頸與軸承會(huì)不斷碰摩，產(chǎn)生撞擊聲，軸承內(nèi)的油膜壓力有較大的波動(dòng)；G.油膜振蕩時(shí)，其軸心軌跡呈不規(guī)則的發(fā)散狀態(tài)，若發(fā)生碰摩，則軸心軌跡呈花瓣?duì)?；H.軸承載荷越小或偏心率越小，就越容易發(fā)生油膜振蕩。J.油膜振蕩時(shí)，轉(zhuǎn)子兩端軸承振動(dòng)相位基本相同

轉(zhuǎn)子發(fā)生油膜振蕩時(shí)一般具有以下特征：5.蒸汽激振

蒸汽激振產(chǎn)生的原因通常有兩個(gè)。一是由于調(diào)節(jié)閥開啟順序的原因高壓蒸汽產(chǎn)生了一個(gè)向上抬起轉(zhuǎn)子的力，從而減少了軸承比壓，因而使軸承失穩(wěn)。二是由于葉頂徑向間隙不均勻，產(chǎn)生切向分力，以及端部軸封內(nèi)氣體流動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的切向分力，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了自激振動(dòng)。蒸汽激振一般發(fā)生在大功率汽輪機(jī)的高壓轉(zhuǎn)子上，當(dāng)發(fā)生蒸汽振蕩時(shí)，振動(dòng)的主要特點(diǎn)是振動(dòng)對(duì)負(fù)荷非常敏感，而且振動(dòng)的頻率與轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速頻率相吻合。在發(fā)生蒸汽振蕩時(shí)，有時(shí)改變軸承設(shè)計(jì)是沒有用的，只有改進(jìn)汽封通流部分的設(shè)計(jì)、調(diào)整安裝間隙、較大幅度地降低負(fù)荷或改變主蒸汽進(jìn)汽調(diào)節(jié)汽閥的開啟順序等才能解決問題?！痢痢疗啓C(jī)蒸汽激振發(fā)生前后的通頻振動(dòng)趨勢(shì)圖×××汽輪機(jī)蒸汽激振發(fā)生前后的工頻振動(dòng)趨勢(shì)圖×××汽輪機(jī)蒸汽激振發(fā)生前后的0.4X～0.6X選頻振動(dòng)趨勢(shì)圖×××汽輪機(jī)蒸汽激振發(fā)生時(shí)振動(dòng)信號(hào)的頻譜圖×××汽輪機(jī)蒸汽激振發(fā)生時(shí)的軸心軌跡圖6.機(jī)械松動(dòng)的類型

第一種類型的松動(dòng)是指機(jī)器的底座、臺(tái)板和基礎(chǔ)存在結(jié)構(gòu)松動(dòng)，或水泥灌漿不實(shí)以及結(jié)構(gòu)或基礎(chǔ)的變形，此類松動(dòng)表現(xiàn)出振動(dòng)頻譜為1X分量。第二種類型的松動(dòng)主要是由于機(jī)器底座固定螺栓的松動(dòng)或軸承座出現(xiàn)裂紋引起。其振動(dòng)頻譜除包含1X分量外，還存在相當(dāng)大的2X分量，有時(shí)還激發(fā)出1／2X和3X振動(dòng)分量。第三種類型的松動(dòng)是由于部件間不合適的配合引起的，由于松動(dòng)部件對(duì)來(lái)自轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)力的非線性響應(yīng),因而其產(chǎn)生許多振動(dòng)諧波分量，如1X，2X，……，nX，有時(shí)亦產(chǎn)生精確的1／2X或1／3X……等等的分?jǐn)?shù)諧波分量，這時(shí)的松動(dòng)通常是軸承蓋里軸承瓦枕的松動(dòng)、過大的軸承間隙、或者轉(zhuǎn)軸上的葉輪存在松動(dòng)。這種松動(dòng)的振動(dòng)相位很不穩(wěn)定。松動(dòng)時(shí)的振動(dòng)具有方向性。在松動(dòng)方向上，由于約束力的下降，將引起振動(dòng)幅度加大。7.轉(zhuǎn)子斷葉片與脫落

轉(zhuǎn)子斷葉片、零部件或垢層脫落的故障機(jī)理與動(dòng)平衡故障是相同的。其特征如下：

A.振動(dòng)的通頻振幅在瞬間突然升高；

B.振動(dòng)的特征頻率為轉(zhuǎn)子的工作頻率；

C.工頻振動(dòng)的相位也會(huì)發(fā)生突變。×××空壓機(jī)透平斷葉片的通頻振動(dòng)趨勢(shì)圖×××空壓機(jī)透平斷葉片的工頻振動(dòng)趨勢(shì)圖×××空壓機(jī)透平斷葉片時(shí)振動(dòng)信號(hào)的頻譜圖×××空壓機(jī)透平斷葉片時(shí)的軸心軌跡變化圖×××空壓機(jī)透平斷葉片的現(xiàn)場(chǎng)照片×××空壓機(jī)3段葉輪破裂的通頻振動(dòng)趨勢(shì)圖×××空壓機(jī)3段葉輪破裂的現(xiàn)場(chǎng)照片×××煉廠主風(fēng)機(jī)斷葉片的波形頻譜圖×××煉廠主風(fēng)機(jī)斷葉片的軸心軌跡圖×××煉廠主風(fēng)機(jī)斷葉片的現(xiàn)場(chǎng)照片8.摩擦A.部分摩擦。此時(shí)轉(zhuǎn)子僅偶然接觸靜止部分，同時(shí)維持接觸僅在轉(zhuǎn)子進(jìn)動(dòng)整周期的一個(gè)分?jǐn)?shù)部分，這通常對(duì)于機(jī)器的整體來(lái)說，它的破壞性和危險(xiǎn)性相對(duì)比較??；

B.“全摩擦”,亦稱“干摩擦”。它們大都在密封中產(chǎn)生。在整周環(huán)狀摩擦發(fā)生時(shí)，轉(zhuǎn)子維持與密封的接觸是連續(xù)的，產(chǎn)生在接觸處的摩擦力能夠?qū)е罗D(zhuǎn)子進(jìn)動(dòng)方向的劇烈改變，從原本是向前的正進(jìn)動(dòng)變成向后的反進(jìn)動(dòng)。此外，轉(zhuǎn)子摩擦可能產(chǎn)生一系列的分?jǐn)?shù)諧波振動(dòng)分量（1／2X，1／3X，1／4X，l／5X，…，1／nX），轉(zhuǎn)子摩擦可能也會(huì)激起許多高頻振動(dòng)分量。摩擦的危害性很大，即使轉(zhuǎn)軸和軸瓦短時(shí)間摩擦也會(huì)造成嚴(yán)重后果。摩擦的產(chǎn)生分為兩種

有的大型機(jī)組在轉(zhuǎn)子和靜子發(fā)生徑向部分摩擦?xí)r,振動(dòng)頻譜主要是基頻分量，但也有2X、3X、4X等高次諧波分量，其中2X分量較大。摩擦?xí)r振動(dòng)急劇增大，而且相位也會(huì)發(fā)生變化，相位變化是逆轉(zhuǎn)動(dòng)方向。摩擦后若轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲，則降速過轉(zhuǎn)子通過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)振動(dòng)也急劇放大。當(dāng)轉(zhuǎn)子發(fā)生動(dòng)靜摩擦后，降速或降負(fù)荷振動(dòng)并不立即減小，反而有所增大。只有當(dāng)轉(zhuǎn)速或負(fù)荷降低到某一數(shù)值后，振動(dòng)才緩慢減小，即振動(dòng)變化存在著一定的滯后。摩擦發(fā)生前的軸心軌跡（正進(jìn)動(dòng)）摩擦發(fā)生時(shí)的軸心軌跡（反進(jìn)動(dòng)）9.軸裂紋

轉(zhuǎn)子裂紋產(chǎn)生的原因多是疲勞損傷。旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子如果設(shè)計(jì)不當(dāng)（包括選材不當(dāng)或結(jié)構(gòu)不合理）或者加工方法不妥，或者是運(yùn)行時(shí)間超長(zhǎng)的老舊機(jī)組，由于應(yīng)力腐蝕、疲勞、蠕變等，會(huì)在轉(zhuǎn)子原本存在誘發(fā)點(diǎn)的位置產(chǎn)生微裂紋，再加上由于較大而且變化的扭矩和徑向載荷的持續(xù)作用，微裂紋逐漸擴(kuò)展，最終發(fā)展成為宏觀裂紋。原始的誘發(fā)點(diǎn)通常出現(xiàn)在應(yīng)力高而且材料有缺陷的地方，如軸上應(yīng)力集中點(diǎn)、加工時(shí)留下的刀痕、劃傷處、材質(zhì)存在微小缺陷（如夾渣等）的部位等。

在轉(zhuǎn)子出現(xiàn)裂紋的初期，其擴(kuò)展的速度比較慢，徑向振動(dòng)的幅值增長(zhǎng)也比較小。但裂紋的擴(kuò)展速度會(huì)隨著裂紋深度的加深而加速，相應(yīng)的會(huì)出現(xiàn)振幅迅速增大的現(xiàn)象。尤其是二倍頻幅值的迅速上升和其相位的變化往往可以提供裂紋的診斷信息，因此可以利用二倍頻幅值和相位的變化趨勢(shì)來(lái)診斷轉(zhuǎn)子裂紋。

A.各階臨界轉(zhuǎn)速較正常時(shí)要小，尤其是當(dāng)裂紋趨于嚴(yán)重時(shí)更明顯；B.由于裂紋造成轉(zhuǎn)子的剛度變化而且不對(duì)稱，使轉(zhuǎn)子形成多個(gè)共振轉(zhuǎn)速；C.在恒定轉(zhuǎn)速下，1X、2X、3X等各階倍頻分量的幅值及其相位不穩(wěn)定，而且尤其以二倍頻分量最為突出；D.由于裂紋轉(zhuǎn)子的剛度不對(duì)稱，使得對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡變得困難。轉(zhuǎn)子出現(xiàn)裂紋后的一般特征：10.旋轉(zhuǎn)失速與喘振

旋轉(zhuǎn)失速是壓縮機(jī)中最常見的一種不穩(wěn)定現(xiàn)象。當(dāng)壓縮機(jī)流量減少時(shí)，由于沖角增大，葉柵背面將發(fā)生邊界層分離，流道將部分或全部被堵塞。這樣失速區(qū)會(huì)以某速度向葉柵運(yùn)動(dòng)的反方向傳播。實(shí)驗(yàn)表明，失速區(qū)的相對(duì)速度低于葉柵轉(zhuǎn)動(dòng)的絕對(duì)速度。因此，我們可以觀察到失速區(qū)沿轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向以低于工頻的速度移動(dòng)，故稱分離區(qū)這種相對(duì)葉柵的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)失速。

旋轉(zhuǎn)失速使壓縮機(jī)中的流動(dòng)情況惡化，壓比下降，流量及壓力隨時(shí)間波動(dòng)。在一定轉(zhuǎn)速下，當(dāng)入口流量減少到某一值時(shí)，機(jī)組會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)失速。強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)失速會(huì)進(jìn)一步引起整個(gè)壓縮機(jī)組系統(tǒng)的一種危險(xiǎn)性更大的不穩(wěn)定的氣動(dòng)現(xiàn)象，即喘振。此外，旋轉(zhuǎn)失速時(shí)壓縮機(jī)葉片受到一種周期性的激振力，如旋轉(zhuǎn)失速的頻率與葉片的固有頻率相吻合，則將引起強(qiáng)烈振動(dòng)，使葉片疲勞損壞造成事故。

A.振動(dòng)發(fā)生在流量減小時(shí)，且隨著流量的減小而增大；B.振動(dòng)頻率與工頻之比為小于1的常值；C.轉(zhuǎn)子的軸向振動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)速和流量十分敏感；D.排氣壓力有波動(dòng)現(xiàn)象；E.流量指示有波動(dòng)現(xiàn)象；F.分子量較大或壓縮比較高的機(jī)組比較容易發(fā)生。旋轉(zhuǎn)失速故障的識(shí)別特征：

旋轉(zhuǎn)失速嚴(yán)重時(shí)可以導(dǎo)致喘振，但二者并不是一回事。喘振除了與壓縮機(jī)內(nèi)部的氣體流動(dòng)情況有關(guān)之外，還同與之相連的管道網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的工作特性有密切的聯(lián)系。壓縮機(jī)總是和管網(wǎng)聯(lián)合工作的，為了保證一定的流量通過管網(wǎng)，必須維持一定壓力，用來(lái)克服管網(wǎng)的阻力。機(jī)組正常工作時(shí)的出口壓力是與管網(wǎng)阻力相平衡的。但當(dāng)壓縮機(jī)的流量減少到某一值時(shí)，出口壓力會(huì)很快下降，然而由于管網(wǎng)的容量較大，管網(wǎng)中的壓力并不馬上降低，于是，管網(wǎng)中的氣體壓力反而大于壓縮機(jī)的出口壓力，因此，管網(wǎng)中的氣體就倒流回壓縮機(jī)，一直到管網(wǎng)中的壓力下降到低于壓縮機(jī)出口壓力為止。這時(shí)，壓縮機(jī)又開始向管網(wǎng)供氣，壓縮機(jī)的流量增大，恢復(fù)到