大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷的儀表判定

1、大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷的儀表判定1 故障診斷的含義故障就是指機(jī)械設(shè)備喪失了原來所規(guī)定的性能和狀態(tài)。通常把運行中的狀態(tài)異常、缺陷、性能惡化及事故前期的狀態(tài)統(tǒng)統(tǒng)稱為故障，有時也把事故直接歸為故障。而故障診斷則是根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測所獲得的信息，結(jié)合設(shè)備的工作原理、結(jié)構(gòu)特點、運行參數(shù)及其歷史運行狀況，對設(shè)備有可能發(fā)生的故障進(jìn)行分析、預(yù)報，對設(shè)備已經(jīng)或正在發(fā)生的故障進(jìn)行分析、判斷，以確定故障的性質(zhì)、類別、程度、部位及趨勢。大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械是指由渦輪機(jī)（如汽輪機(jī)、水輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、煙氣輪機(jī)等）及其驅(qū)動的工作機(jī)（如離心式壓縮機(jī)、軸流式壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)等）所組成的透平式流體動力機(jī)械，習(xí)慣上簡稱大型機(jī)組。大型機(jī)組是化工、石化

2、、電力、鋼鐵等行業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，例如：乙烯裝置的三機(jī)（裂解氣壓縮機(jī)、乙烯壓縮機(jī)、丙稀壓縮機(jī)），化肥裝置的五機(jī)（原料氣壓縮機(jī)、空氣壓縮機(jī)、合成氣壓縮機(jī)、氨壓縮機(jī)、二氧化碳壓縮機(jī)），煉油裝置的三機(jī)（煙機(jī)、主風(fēng)機(jī)、富氣式壓縮機(jī)），大型空分裝置的空氣壓縮機(jī)，電站的大型汽輪機(jī)或水輪發(fā)電機(jī)組，鋼鐵企業(yè)的氧壓縮機(jī)及高爐風(fēng)機(jī)等。大型機(jī)組由于功率大、轉(zhuǎn)速高、流量大、壓力高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、監(jiān)控儀表繁多，運行及檢修要求高，因此在設(shè)計、制造、安裝、檢修、運行等環(huán)節(jié)稍有不當(dāng)，都會造成機(jī)組在運行時發(fā)生種種故障。大型機(jī)組本身價格昂貴，大型機(jī)組的故障停機(jī)又會引起整個生產(chǎn)裝置的全面停產(chǎn)，給企業(yè)、社會、國家造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，認(rèn)

3、真做好大機(jī)組的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷工作，對避免惡性設(shè)備損壞事故的發(fā)生，降低停機(jī)次數(shù)和縮短停機(jī)時間、減少企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失是十分有益的。2 故障診斷的目的故障診斷的根本目的就是要保證大型機(jī)組的安全、穩(wěn)定、長周期、滿負(fù)荷、優(yōu)良運行，其目的主要為：對機(jī)組運行中的各種異常狀態(tài)作出及時、正確、有效的判斷，預(yù)防和消除故障，或者將故障的危害性降低到最低程度；同時對設(shè)備運行進(jìn)行必要的指導(dǎo)，確保運行的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。確定合理的故障檢修時機(jī)及項目，既要保證設(shè)備在帶病運行時安全、不發(fā)生重大設(shè)備故障，又要保證停機(jī)檢查時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的確有問題，合理延長設(shè)備的使用壽命和降低維修費用。通過狀態(tài)監(jiān)測，為提高設(shè)備的性能而進(jìn)行的技

4、術(shù)改造及優(yōu)化運行參數(shù)提供數(shù)據(jù)和信息。3 故障診斷的任務(wù)故障診斷的任務(wù)主要包括三個方面，即監(jiān)視機(jī)組的運行狀態(tài)，判斷其是否正常；判斷機(jī)組的故障，預(yù)測將來發(fā)生的趨勢，并提供消除故障的思路；指導(dǎo)機(jī)組的運行和維修。4 儀表專業(yè)故障診斷的方法4.1 振動分析法振動分析法是對設(shè)備所產(chǎn)生的機(jī)械振動進(jìn)行信號采集、數(shù)據(jù)處理后，根據(jù)振幅、頻率、相位及相關(guān)圖形所進(jìn)行的故障分析。一方面由于在大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的所有故障中，振動問題出現(xiàn)的概率最高；另一方面，振動信號包含了豐富的機(jī)械及運行的狀態(tài)信息，既包含了轉(zhuǎn)子、軸承、聯(lián)軸器、基礎(chǔ)、管線等機(jī)械零部件運行中自身狀態(tài)的信息，又包含了諸如轉(zhuǎn)速、流量、進(jìn)出口壓力及溫度、油溫等影響運行狀

5、態(tài)的信息；第三，振動信號易于拾取，便于在不影響機(jī)器運行的情況下實行在線監(jiān)測和診斷。因此振動分析法是旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷中運用最廣泛，也最行之有效的方法。采用振動分析法，可以對旋轉(zhuǎn)機(jī)械大部分的故障類型進(jìn)行準(zhǔn)確的診斷，如轉(zhuǎn)子動不平衡問題、轉(zhuǎn)軸彎曲、軸承工作不良、油膜渦動及油膜振蕩、轉(zhuǎn)子熱不對中、動靜件摩擦、旋轉(zhuǎn)失速及喘振、轉(zhuǎn)軸的橫向裂紋、葉輪松動、結(jié)構(gòu)共振等等。4.2 油膜分析法油膜分析法是對機(jī)組在用潤滑油的油液本身及油中微小顆粒所進(jìn)行的理化分析。通過對潤滑油的粘度、閃點、酸值、破乳化度、水分、機(jī)械雜質(zhì)、液相銹蝕試驗、抗氧化安全性等各種主要性能指標(biāo)的檢驗分析，不僅可以掌握潤滑油本身的性能信息，而且也可

6、以了解到機(jī)組軸承、密封的工作狀況。尤其是對油液中不溶物質(zhì)，主要是微小固體顆粒所進(jìn)行的鐵譜分析、光譜分析、顆粒計數(shù)，可以識別油液中所含各種顆粒的化學(xué)成分及其濃度、形貌、尺寸，從而對潤滑、特別是軸承合金、軸頸、浮環(huán)、機(jī)械密封的動靜環(huán)、油封及油檔等摩擦副的磨損狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)的分析與診斷。因此油液分析法也是大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷中的一個重要方法。4.3 軸位移的監(jiān)測在某些非正常的情況下，大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子會因軸向力過大而產(chǎn)生較大的軸向位移，嚴(yán)重時會引起推力軸承磨損，進(jìn)而引起葉輪與汽缸隔板摩擦碰撞；大型汽輪機(jī)在啟動和停車過程中，也會因轉(zhuǎn)子與缸體受熱和冷卻不均而產(chǎn)生差脹，嚴(yán)重時會發(fā)生軸向動靜摩擦。盡管軸位移故

7、障的概率不是很高，但也常有發(fā)生，特別是一旦發(fā)生后對設(shè)備造成的損壞往往是災(zāi)難性的。所以，對軸位移進(jìn)行在線狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷分析很有必要。4.4 軸承回油溫度及瓦塊溫度的監(jiān)測檢修或運行中的操作不當(dāng)都會造成軸承工作不良，從而引起軸承瓦塊及軸承回油溫度升高，嚴(yán)重時會造成燒瓦。所以對軸承回油溫度、瓦塊溫度進(jìn)行監(jiān)測也很必要。按API617規(guī)定，軸承進(jìn)出口潤滑油的正常溫升應(yīng)小于28，軸承出口處的最高油溫應(yīng)小于82。另外，用鉑電阻在距軸承合金1mm處測量時，一般不應(yīng)超過110115。但由于溫度的反映往往滯后，具體的測量方法又各不相同，因此應(yīng)具體情況具體分析。5 故障診斷的步驟面對大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械所發(fā)生的各種故障，

8、是立即停機(jī)搶修、防止事態(tài)擴(kuò)大，還是維持運行、待機(jī)修理，或者是采取措施加以消除或減輕，診斷及處理的失誤會給企業(yè)帶來相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)損失。正確的診斷及處理，不可能來自于盲目的主觀臆斷，而應(yīng)該建立在獲取與故障有關(guān)信息的基礎(chǔ)上，依據(jù)機(jī)器的工作原理及具體結(jié)構(gòu)，運用科學(xué)的分析圖形，按照合理的步驟進(jìn)行綜合分析，去偽存真、舍次取主，排除故障的受害者，找出故障的肇事者，這才是提高故障診斷準(zhǔn)確性的關(guān)鍵之所在。為了便于分析，不至于被眾多雜亂無章的信息弄亂自己的思路，需要逐步思考以下問題：第一，故障的真?zhèn)?；第二，故障的類型；第三，故障的程度；第四，故障的具體部位；第五，故障發(fā)展的趨勢。5.1 故障真?zhèn)蔚脑\斷機(jī)械設(shè)備本身是

9、否真的發(fā)生了故障，是否為儀表失靈或工藝系統(tǒng)波動所造成的假象，是故障診斷首先應(yīng)解決的問題。由于儀表失靈在大機(jī)組所發(fā)生的各類故障診斷中所占的概率較大，以及因工藝系統(tǒng)波動或操作不當(dāng)（特別是在開車或工藝負(fù)荷調(diào)整的過程中）而產(chǎn)生的故障也常有發(fā)生，因此切忌僅限于一、兩個因素就輕易判斷發(fā)生了機(jī)械設(shè)備故障，而應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)、儀表、運行、現(xiàn)場等多方面情況進(jìn)行綜合的判斷。5.1.1 首先應(yīng)查詢故障發(fā)生時生產(chǎn)工藝系統(tǒng)有無大的波動或調(diào)整系統(tǒng)的異常變化會造成機(jī)組工質(zhì)的組份、流量、壓力、溫度等發(fā)生異常的變化，從而引起機(jī)組振動、軸位移、出力等發(fā)生變化，但此時機(jī)組未必發(fā)生機(jī)械損傷故障。如果系統(tǒng)發(fā)生了變化，盡管機(jī)組的振動值、軸位

10、移值明顯增大，甚至報警，但只要不再繼續(xù)上升，機(jī)械損壞的可能性往往較小。常見的故障為小流量引起的旋轉(zhuǎn)失速或喘振、工質(zhì)變化引起的轉(zhuǎn)子結(jié)垢、進(jìn)出口壓差變化引起的轉(zhuǎn)子軸向力偏大，這些故障若處理及時、正確，則可消除、減弱。然而，要是已連鎖停機(jī)或者振動值和軸位移值仍在繼續(xù)上升，那么說明故障較為嚴(yán)重，很可能發(fā)生了機(jī)械損傷。常見的機(jī)械故障為強(qiáng)烈喘振引起的動、靜件振動碰擦損壞，工質(zhì)帶液引起的軸向力過大所造成的推力軸承損壞等。如果系統(tǒng)未發(fā)生任何變化，同時又能確定儀表無誤，那么機(jī)械損傷肯定是真的發(fā)生了，多數(shù)為機(jī)械掉落而引起的動不平衡，以及軸承失效。系統(tǒng)有無波動可以向當(dāng)班的操作人員、生產(chǎn)調(diào)度員進(jìn)行查詢，如果系統(tǒng)配置了

11、DCS，則可以直接調(diào)看與機(jī)組工質(zhì)組份、流量、壓力溫度等有關(guān)的趨勢圖，最好再將有問題的振動、軸位移、瓦溫及流量、壓力、溫度等做在同一時間坐標(biāo)的趨勢圖上，這樣進(jìn)行判斷，即快捷、方便，又準(zhǔn)確、明了。1989年，某公司C廠德國西門子公司制造的汽輪機(jī)機(jī)組投運不久便出現(xiàn)下列的問題：振動值增大；監(jiān)視段壓力高；出力不足。其實，蒸汽膨脹受阻，熱能難以充分轉(zhuǎn)化為動能才是造成三個問題的原因所在。而西門子汽輪機(jī)多為反動式，動、靜葉片間距相對較窄，結(jié)垢不僅會使轉(zhuǎn)子動平衡狀態(tài)發(fā)生變化、振動值增大，而且還會使通流面積明顯變小、蒸氣難以充分膨脹，從而引起監(jiān)視段壓力高和出力不足。經(jīng)詢問，該廠是在改用了D廠硬度較高的蒸汽后出現(xiàn)問

12、題的。因此明確診斷為汽輪機(jī)結(jié)垢，建議用濕蒸汽低速清洗，打開缸體導(dǎo)淋檢查確認(rèn)。在隨后的清洗中，缸內(nèi)排出的全是乳白色、含有大量鈣、鈉離子的硬水。未進(jìn)行開缸檢查修理，結(jié)垢消解，運行恢復(fù)正常。2000年元月，某煉廠催化煙機(jī)的振動值由以往的3040上升到7080，且有大幅度的波動。廠方要求解體大修、更換轉(zhuǎn)子。由于輕載瓦的變化大于重載瓦，振動值為緩慢變化，而且有多次回落降低（盡管比正常值高），根據(jù)經(jīng)驗感到轉(zhuǎn)子和軸承均未受到損傷，而是催化劑粘結(jié)到轉(zhuǎn)子上所致。為了說明問題，通過DCS在同一時間坐標(biāo)上做出了煙機(jī)各振動值與煙氣及輪盤冷卻蒸汽溫度的趨勢圖，結(jié)果很明顯的看到，振動趨勢的所有峰值，總是與蒸汽溫度趨勢的谷

13、值一一對應(yīng)。通過此圖無需作過多解釋，大家都清楚地的認(rèn)識到，煙機(jī)的振動是由催化劑的粘結(jié)與脫離所形成的動不平衡而引起的，而催化劑的粘結(jié)明顯與輪盤冷卻蒸汽的溫度有關(guān)。因為當(dāng)時為冬季，低壓蒸汽管網(wǎng)用戶較多，尤其是白天與夜晚相差較大，蒸汽的溫度無法保證，而且有時為濕氣。因此，根本不需要停機(jī)揭缸檢修，只要保證蒸汽的正常溫度，不讓濕氣進(jìn)入，煙機(jī)的振動值就會回落、穩(wěn)定。之后，車間進(jìn)行了調(diào)整，在振動值為4050的水平上連續(xù)穩(wěn)定運行了10個月，直到計劃大修改造。5.1.2 其次應(yīng)查看探頭的間隙電壓是否真實可信由于儀表失靈造成的振動及軸位移的假象實在不算少，對生產(chǎn)企業(yè)來說儀表又是科技含量高的獨門專業(yè)，局外人很難摸清

14、儀表是否有問題。在此情況下，通過查看探頭的間隙電壓來判斷儀表是否失靈，不失為一種比較簡單、直觀、準(zhǔn)確的方法。探頭是傳感器的俗稱，振動傳感器主要有三種：渦流式位移傳感器、電動式速度傳感器、壓電式加速度傳感器。用于監(jiān)測大機(jī)組振動、軸位移以及轉(zhuǎn)速、鍵相的幾乎都是渦流式位移傳感器。位于前置放大器（又稱測隙儀）內(nèi)、能提供200k2MHz高頻振蕩的石英振蕩器，與探頭內(nèi)的線圈及諧振電容構(gòu)成并聯(lián)振蕩回路，在探頭端面產(chǎn)生高頻交變磁場。當(dāng)磁場范圍內(nèi)出現(xiàn)金屬導(dǎo)體（如轉(zhuǎn)子）時，導(dǎo)體表面會產(chǎn)生感應(yīng)電流即電渦流。電渦流產(chǎn)生的感應(yīng)磁場會阻止高頻交變磁場的變化，導(dǎo)體越接近，即轉(zhuǎn)子與探頭之間的間隙越小，感應(yīng)電流就越大，而線圈的

15、電感量就越小，因此只要測出電感量的變化，即可知道轉(zhuǎn)子與探頭的間隙變化。探頭通過延伸電纜輸出的電壓信號是高頻載波調(diào)幅或調(diào)頻信號，經(jīng)測隙儀內(nèi)的檢波器轉(zhuǎn)化為直流電壓。由于該電壓與間隙成正比，因此稱為間隙電壓。間隙電壓U又可分為直流分量Uo和變化分量Ua兩部分。直流分量對應(yīng)于初始間隙（又稱安裝間隙）或平均間隙，用于測量軸位移；變化分量對應(yīng)于振動間隙，用于測量振動。測隙儀輸出的間隙電壓信號經(jīng)后續(xù)儀表的進(jìn)一步處理，即可轉(zhuǎn)化成振動、軸位移、轉(zhuǎn)速的數(shù)值顯示及狀態(tài)監(jiān)測的各種圖譜。對于使用較多的本特利探頭，其間隙電壓與間隙的線性特性為200mV/mil，換算成公制為7.87V/mm或0.00787 V /m。若振

16、動的間隙電壓與初始安裝電壓相差在±（12）V以內(nèi)，軸位移的間隙電壓±軸位移值（單位：mm，遠(yuǎn)離探頭時為“”，靠近為“”）×7.87與初始安裝電壓相差在±（0.51）V以內(nèi)，則表明間隙電壓真實可信，儀表無明顯故障。若間隙電壓超出上述范圍，則表明間隙電壓有問題，儀表已出現(xiàn)故障，其顯示的振動或軸位移數(shù)值是令人難以相信的探頭的初始安裝電壓均為某一定值，基本上為8 V，9 V，10 V，多數(shù)為10 V。其中軸位移探頭的安裝極為精細(xì)，先反復(fù)串動轉(zhuǎn)子校核止推間隙，再取中，對調(diào)零位，也就是軸位移的初始安裝電壓，最后還要校核，所以其誤差量很小，通常在±0.2 V

17、以內(nèi)；而振動探頭的安裝，則通過直接測量及調(diào)整安裝電壓來確定探頭的位置，運轉(zhuǎn)后轉(zhuǎn)子被油膜托起，處于兩側(cè)45°上方的探頭間隙電壓會降低約0.5 V左右，加之考慮到振動值的影響，會產(chǎn)生約±1 V的誤差量。對于振動探頭的間隙電壓來說，如果在機(jī)組運轉(zhuǎn)正常后記錄下各點的間隙電壓，或者有在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)自動記錄的各點在正常運轉(zhuǎn)時的間隙電壓、即GAP趨勢或GAP報表，并以此作為初始安裝電壓來判斷故障時的間隙電壓是否真實可信，那么必將更為精確。因為即使振動值增大了100m，其間隙電壓的變化也不會超過0.4 V，所以兩者的偏差應(yīng)該在±（0.51）V以內(nèi)。例如，2001年7月某煉油廠連

18、續(xù)重整循環(huán)氫壓縮機(jī)機(jī)組在通過臨界轉(zhuǎn)速時，汽輪機(jī)軸位移突然連鎖動作停機(jī)。立即趕到現(xiàn)場后，操作人員介紹停機(jī)前機(jī)組及工藝系統(tǒng)一切正常，也未見止推軸承溫度升高及其他任何運行參數(shù)報警。經(jīng)查，“二選二”的軸位移間隙電壓為17.6 V和17.8 V，并從DCS上調(diào)看到推力軸承溫度從52跳升到56間隙電壓與初始安裝電壓相差過大時，則表明儀表已出現(xiàn)故障。其中，探頭、延伸電纜、測隙儀、顯示表頭、通訊卡等各個環(huán)節(jié)上都有可能出現(xiàn)問題。具體來說，防松螺母沒有鎖緊時，探頭會產(chǎn)生松動，間隙電壓會產(chǎn)生較大的跳動，并造成為低頻成分不固定的間歇性、跳動性強(qiáng)烈振動的假象，許多工廠都曾發(fā)生過這類情況；檢修中會不經(jīng)意地碰傷探頭，會造成

19、間隙電壓突然降低或消失，某化肥廠合成氣壓縮機(jī)中壓缸的軸位移探頭，就曾被鉗工敲擊時留下的突起翻邊的軸頭鎖母碰傷過，軸位移顯示紊亂，直至被迫切除；浮環(huán)密封、機(jī)械密封工作狀態(tài)不好時，探頭的密封膠及線圈會被油中的腐蝕介質(zhì)所腐蝕，造成間隙電壓緩慢降低，并引起振動值緩慢降低、直至消失，或者引起軸位移負(fù)方向值緩慢增大的假象，直至連鎖保護(hù)動作停機(jī)，某化肥廠氨壓縮機(jī)驅(qū)動透平曾出現(xiàn)過反向軸位移連鎖停機(jī)，經(jīng)查是油中既有氨、又有水，造成探頭線圈腐蝕。延伸電纜接頭處密封不可靠時，油中的水份會使接頭銹蝕，造成間隙電壓忽有忽無，忽正常忽降低，直至完全消失，許多工廠過去多次發(fā)生過此類問題，某化肥廠空壓機(jī)高壓缸周圍軸位移于96

20、年再次發(fā)生此問題時，一開始就被引起關(guān)注，后經(jīng)觀察證實后，提前切除了連鎖，如今許多工廠將接頭移至軸承箱外；延伸電纜自身鎧甲及絕緣破損時，油中的水會引起短路，造成間隙電壓升高，某煉油廠催化主風(fēng)機(jī)五機(jī)組曾發(fā)生過此問題，其它工廠也有發(fā)生，因此現(xiàn)在不少工廠延伸電纜的鎧甲及絕緣已增厚。測隙儀的安裝位置靠近地面，最容易發(fā)生的故障是因門、孔密封膠條失效，水進(jìn)入后短路造成間隙電壓混亂，多數(shù)情況下會造成報警及聯(lián)鎖動作。本特利顯示表盤的電源卡在使用期過長的情況下也會發(fā)生問題，某化肥廠二氧化碳壓縮機(jī)在一段時間內(nèi)，若干個通道的振動值都在無規(guī)則地有高有低地增大，經(jīng)查各間隙電壓均有所下降，下降的幅度開始在12 V，儀表部門

21、認(rèn)為無明顯問題，后仍繼續(xù)下降，最低時僅有45 V，同時振動值又有較大上升，其間儀表部門終于發(fā)現(xiàn)是供電的電源卡出現(xiàn)故障，等備件到貨換上后，故障消除。如今，很多工廠都上了DCS，有時在DCS上發(fā)現(xiàn)振動上升，甚至造成連鎖動作停車，但現(xiàn)場的一次儀表及就地表盤上數(shù)值仍正常，這是通訊卡出現(xiàn)了故障，因此當(dāng)二次表或DCS上發(fā)現(xiàn)有問題時，還應(yīng)到現(xiàn)場進(jìn)行對照檢查?？傊騼x表故障造成的各種假象屢見不鮮，在進(jìn)行故障診斷時，首先應(yīng)確認(rèn)儀表所顯示的信息是否真是可信、儀表本身有無故障。5.1.3 應(yīng)查看相關(guān)的運行參數(shù)有無相應(yīng)的變化由于轉(zhuǎn)子本身是一個整體，通過聯(lián)軸器相連的幾根轉(zhuǎn)子所組成的一個軸系也是一個整體，盡管如今使用的

22、金屬撓性聯(lián)軸器（如各種疊片聯(lián)軸器、膜盤聯(lián)軸器）以及過去使用的金屬半撓性聯(lián)軸器（如各種齒式聯(lián)軸器）能夠吸收很大或者較大的徑向、軸向、角向撓動，但畢竟不可能完全消除。因此，只要是真的發(fā)生了振動增大，那么必然是某種激振力對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了作用。此時，盡管有的部位振動增高幅度大，有的部位振動增高幅度小，對于撓性轉(zhuǎn)子甚至有的部位會因為振型的改變反而振動變??；但是有一點是肯定的，這就是整根轉(zhuǎn)子作為一個整體的振動狀態(tài)必然發(fā)生了變化。同樣，如果真的發(fā)生了較強(qiáng)烈的振動增大，整個軸系的振動狀態(tài)也肯定會同時發(fā)生變化。當(dāng)某一軸承某一方向振動值明顯增大或甚至報警時，應(yīng)先后調(diào)看同一軸承、同一轉(zhuǎn)子、同一軸系相關(guān)測點在同一時刻的振

23、動值。若同一軸承另一方向的振動值也同時變大或者變小，同一轉(zhuǎn)子另一端軸承兩個方向的振動值也同時變大或變小，同一軸系上相鄰轉(zhuǎn)子軸承的振動值也同時有變化，盡管變化有可能很小、變化幅度呈衰減狀，則肯定是真實的。也就是說，不片面追求同一時刻振動值是否同時增大，盡管同時增大的概率最高，關(guān)鍵只看同一時刻振動值是否發(fā)生變化。若同一軸承的另一方向、同一轉(zhuǎn)子的另一端軸承、同一軸系相鄰轉(zhuǎn)子軸承的振動值在同一時刻無絲毫變化時，則很可能是假的。當(dāng)軸位移發(fā)生明顯變化或波動時，對汽輪機(jī)應(yīng)主要查看蒸汽流量以及進(jìn)、排氣的溫度、壓力和監(jiān)視段壓力；對壓縮機(jī)則主要看各缸、各段的進(jìn)出口壓力以及氣體的組份和流量，同時都要檢查一下蒸汽或氣

24、體是否帶液，止推軸承的瓦塊溫度以及回油溫度、回油量等。若上述運行參數(shù)發(fā)生了明顯異常變化或較大的波動，則肯定是真的；若上述運行參數(shù)無任何變化，則很可能是假的。5.1.4 應(yīng)察看現(xiàn)場有無人可直接感受到的異?，F(xiàn)象這一條看起來很土，既難以定性、更無法定量，似乎很不科學(xué)，但實際上對判斷故障的真?zhèn)文軌蚱鸬經(jīng)Q定性的作用，是非常關(guān)鍵的一條。由于工藝系統(tǒng)和運行參數(shù)的情況有時較難摸清找準(zhǔn)，儀表問題復(fù)雜且專業(yè)性強(qiáng)，三方面查起來都要耗費較多的時間。相比之下，人到現(xiàn)場，通過眼看、耳聽、手摸，往往只需要幾分鐘，便可完成對機(jī)組狀況的總體了解，確實較為直觀、客觀、快捷。如果人都感受到了異常，那么機(jī)組肯定是發(fā)生了實實在在的變化

25、，則故障肯定是真的，而且程度嚴(yán)重；如果感受到似乎有點異常，但不明顯，那么機(jī)組有可能發(fā)生了變化，則故障有可能是真的，其程度還不十分嚴(yán)重；如果感受不到絲毫異常，那么機(jī)器很可能沒有變化，則故障很可能是假的，即使真有故障，其程度也較輕微。當(dāng)然要做好這一點，需要依靠經(jīng)驗的積累，平時對正常運行的機(jī)組體驗得多、體驗得細(xì)，遇到故障發(fā)生時，自然就會感受到明顯的區(qū)別。眼看，看機(jī)組就地壓力表以判斷振動狀況，此類壓力表處于懸臂管線的末端，剛性差，對振動的反映較靈敏，正常情況下指針輕微顫動，振動增大時指針顫動的幅度會增大，機(jī)組發(fā)生強(qiáng)烈振動時，一眼看過去會發(fā)現(xiàn)整個壓力表連同根部管線在一起顫動；另外看回油的顏色和濁度，以判

26、斷潤滑狀況。耳聽的關(guān)鍵是聽機(jī)組發(fā)出的聲音是否連續(xù)，中間有無間斷或迭加聲，聲音連續(xù)則表明運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，有間斷或迭加聲則表明很可能發(fā)生了故障（以上僅對旋轉(zhuǎn)機(jī)械而言），如果進(jìn)一步再能體會出噪聲的聲調(diào)和聲量，那就更好。還有聽機(jī)組現(xiàn)場環(huán)境噪聲以判斷機(jī)組總體運行狀況，正常運行下的機(jī)組，噪聲是連續(xù)、平穩(wěn)的，其聲調(diào)和聲音自有定式；因運行參數(shù)變化或缸內(nèi)設(shè)備零部件發(fā)生故障時，缸內(nèi)氣體的流動會產(chǎn)生異常，因此而產(chǎn)生的氣流噪聲會使環(huán)境噪聲的聲調(diào)發(fā)生改變，有可能變高，也有可能變低，而聲量通常會變大；在發(fā)生嚴(yán)重設(shè)備故障的特殊情況下，不使用聽棒便可以聽到缸內(nèi)因零部件掉落而造成的金屬撞擊聲或金屬輾壓聲，因齒輪斷齒而造成的“咔啦、咔

27、啦、咔啦啦”的金屬輾壓聲，因軸承嚴(yán)重缺油而形成的“嘰”金屬干摩擦高頻尖叫聲，等等。通過聽棒可以了解到軸承及齒輪的工作狀況、轉(zhuǎn)子與固定元件有無發(fā)生摩擦、固定元件有無松動以及氣流的脈動狀況等，這是個細(xì)活，關(guān)鍵仍然是對連續(xù)、間斷、迭加聲、聲調(diào)的體會與把握。手摸，用手指尖觸摸軸承箱或缸體以判斷振動狀況，觸摸的點及方位不宜變，只能靠自己平時感覺的積累來判斷振動的優(yōu)劣，經(jīng)驗不足時可通過相互比較來加深感覺，或者使用Vm-63之類的便攜式測振儀；手摸的另一種方法是用手去觸摸與軸承箱或缸體上剛性較差的油管，正常情況下，手摸上去只感到輕微抖動，振動較大時手會明顯感到抖動增大，機(jī)組發(fā)生較強(qiáng)烈的振動時，手摸上去會感到

28、顫動很大，甚至有麻手的感覺。2002年10月，某公司重催氣壓機(jī)進(jìn)氣端軸承產(chǎn)生間歇性、跳動性振動，間歇周期由幾天一次逐步發(fā)展到一天23次，振動發(fā)生時的跳動范圍為35m，問題是振動發(fā)生后振動值回不到原來的數(shù)值，越來越高，由6070m很快發(fā)展到8090m，實際上為典型的油膜渦動。由于振動值能上能下，許多人并不擔(dān)心，并認(rèn)為有可能是儀表失靈。因此請公司領(lǐng)導(dǎo)到現(xiàn)場感受實際的振動狀況，進(jìn)氣端軸承箱因包括止推軸承，箱體剛度大，但手摸的振動感極強(qiáng)，排氣端剛度差，但振動感覺卻不及進(jìn)氣端，因此，振動故障是真實的。由于已了解油膜渦動的另一特點突發(fā)性，領(lǐng)導(dǎo)決定立即停機(jī)。經(jīng)查為油中大量帶水所引起的瓦塊銹死，根本已無法擺動

29、。1999年元月，某化工廠西門子汽輪機(jī)大修后多次試車均被迫中斷。其現(xiàn)象是，低轉(zhuǎn)速下較正常，約3000rpm后，伴隨著轉(zhuǎn)速升高，現(xiàn)場所感到的振動加大、噪聲加大（新更換了增速齒輪箱），升速到60007000rpm后，現(xiàn)場的振動及噪聲令人難以接受，試車被迫中斷，其間本特利表所顯示的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的振動值一直正常，尚未報警。在此情況下，有懷疑軸承的、有懷疑轉(zhuǎn)子動平衡的、有懷疑不對中的，更多懷疑的是齒輪增速箱及儀表。到現(xiàn)場后，讓其再次開車，通過手感發(fā)現(xiàn)前汽輪機(jī)軸承箱箱體垂直方向振動大，而且伴隨著轉(zhuǎn)速上升而加劇，并達(dá)到難以接受的水平。同時氣缸的振動也異常的大。由于氣缸是通過貓爪扒在前軸承箱上的，因此疑點集中到

30、前軸承箱的穩(wěn)定性上，主要是連接螺栓螺母的預(yù)留間隙上。經(jīng)核對西門子原始圖紙，發(fā)現(xiàn)該廠理解錯了制造商的要求，將0.10.15mm的間隙錯誤地留到了墊圈內(nèi)的碟形彈簧墊圈上，結(jié)果造成前軸承箱連接螺栓螺母與墊圈的間隙變成了1mm以上，轉(zhuǎn)速上升后，前軸承箱隨著轉(zhuǎn)子的振動在一同上下跳動（水平方向有縱銷在限制），所以本特利表振動雖不大（其所測的是轉(zhuǎn)子相對于軸承座的振動），但實際的振動卻很大。因此，還是人的感受往往更真實。5.2 故障類型的診斷發(fā)生了什么類型的故障，是何種原因所造成的故障，是故障診斷的核心。開始查找時范圍要大，凡是可能引起故障的信息都要收集，例如工藝系統(tǒng)、運行、檢修方面的各種信息，甚至設(shè)備的原理

31、、結(jié)構(gòu)、型號等。然后對所收集的信息進(jìn)行篩選，刪除本身正確、正常、未發(fā)生變化的信息。最后，對剩下的疑點信息采用排除法，逐一去偽存真，特別要注意排除因發(fā)生故障所連帶產(chǎn)生的異?，F(xiàn)象，從而找出導(dǎo)致故障發(fā)生的真正原因。例如，當(dāng)喘振與軸位移波動同時發(fā)生時，若診斷為軸位移故障肯定不對，說軸位移波動與喘振為故障的并列原因也不對，應(yīng)明確診斷為喘振故障，軸位移波動是被連帶的，或者形象地說喘振是肇事者，軸位移波動是受害者。因此，對故障類型的診斷，要找主要矛盾，要找肇事者、排除受害者，在確保準(zhǔn)確的前提下，盡可能只明確一條主要故障，即造成故障的真正原因。實在吃不準(zhǔn)時也可以多列幾條，但應(yīng)附加說明其中的主次關(guān)系和可能發(fā)生的

32、概率。5.2.1 振動故障類型的診斷在大機(jī)組所發(fā)生的各類故障中，振動故障發(fā)生的概率最高，具體引發(fā)的原因也最復(fù)雜。對振動類型的診斷，在未配置頻譜分析儀時確實較為困難，只能根據(jù)振動值的大小及變化形態(tài)，并參考流量、壓力、溫度、潤滑油等運行參數(shù)來進(jìn)行；即使配置了頻譜分析儀，也只是在故障發(fā)生后臨時架設(shè)到現(xiàn)場，故障發(fā)生時的頻譜信息未必都能及時捕捉到，其提供的僅為頻譜及波形、軸心軌跡等有限圖譜。此項工作的效果，在很大程度上取決于有關(guān)人員對設(shè)備工作原理與具體結(jié)構(gòu)的熟悉程度以及在機(jī)組運行與檢修方面的實際經(jīng)驗。實際上，能夠?qū)C(jī)組運行及檢修提供預(yù)知性有效診斷的案例并不多，多數(shù)為事故發(fā)生后所進(jìn)行的故障分析。配置了在線

33、監(jiān)測系統(tǒng)之后，提供的圖譜及所含的信息大為增多，特別是機(jī)組在各種運行狀態(tài)下，包括故障狀態(tài)、啟停機(jī)狀態(tài)下的信息均不會丟失，對振動故障類型的診斷提供了有力的技術(shù)支持。利用在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，可以方便地查找到引起通頻振動增大的主要異常振動分量的頻率，然后再對該振動分量產(chǎn)生或增大的原因進(jìn)行具體的分析。5.2.1.1 主要異常振動分量頻率的查找步驟及方法 對于未設(shè)置在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的機(jī)組來說，只能通過臨時架設(shè)頻譜分析儀的方法來查找引起通頻增大的主要異常振動分量的具體頻率成分和其幅值的大小。如何正確看頻譜圖，前面已有介紹，這里不再過多重復(fù)，要強(qiáng)調(diào)的仍然是不要單純地看各種頻率及其幅值的大小，更要看其變化量的大小

34、，重點是查找有無新的頻率成份、幅值相對變化大的頻率成份。而臨時架設(shè)的頻譜分析儀的不足之處，恰恰就是受客觀條件限制不大容易看到這些變化量。要彌補這一點，只能通過平時多積累一些各種轉(zhuǎn)速及工況下正常運轉(zhuǎn)時的頻譜圖，以便到故障發(fā)生時做相互比照。對設(shè)置了在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的機(jī)組來說，查找引起通頻增大的主要異常振動分量的頻率可參考以下步驟及方法。5.2.1.1.1 先看棒圖或多值棒圖先看棒圖，可看到所有軸承測點振動的實時值，同時還可看到規(guī)定的報警值及連鎖值，從而可以對當(dāng)前振動水平的高低有個基本評價、并明確哪幾個測點的振動值異常。如果使用了S8000，那么可先看多值棒圖，其效果更好。因為在多值棒圖上，可同時看

35、到通頻、工頻、0.5倍頻、2倍頻、自選頻段、剩余頻段的振動實時值，不僅可以了解通頻，又形象、直觀地感受到各主要振動分量自身的振動水平以及對通頻貢獻(xiàn)所占的份額，從而對各振動分量分布是否合理、有無明顯異?，F(xiàn)象有了大致的印象。因為在正常運行狀態(tài)下，總是工頻最高，2倍頻約在工頻的一半以下，0.5倍頻微量或無，殘余量不高。如果，工頻過高、很靠近通頻，那么有可能是動不平衡問題；如果工頻正常，但2倍頻接近或超過工頻，那么有可能是熱不對中；如果半頻活躍（即不斷在跳動）、有一定的幅值（不一定很高、如35，而58就算相當(dāng)高了）、而且此時工頻也同步跳動增大，那么有可能是軸承工作不良；如果殘余量很高，那么有可能是摩擦

36、、氣流脈動、齒輪、疊片或膜盤聯(lián)軸器等其它問題。這樣，便可為進(jìn)一步地仔細(xì)分析與診斷，提供一個大致的方向。5.2.1.1.2 依次調(diào)看振動趨勢圖首先，看通頻趨勢圖，確定異常振動的起始時間、最大振動或振動變化最大的發(fā)生時間，并依此時間查詢當(dāng)時的生產(chǎn)工藝系統(tǒng)或運行參數(shù)有無變化。另外，再查看一下振動過程有無發(fā)生多次波動的情況。在調(diào)看過程中，時間段的調(diào)整應(yīng)該分別長一點和短一點，不要將有變化的疑點處遺漏，最后再確定一個合適的時間段。其次，必需看工頻趨勢圖，故障發(fā)生后轉(zhuǎn)子有無損傷？當(dāng)前狀況如何？看工頻趨勢圖便可一目了然。因為如果轉(zhuǎn)子發(fā)生了機(jī)械損傷掉落，則肯定破壞了原有的動平衡狀態(tài)，其工頻必然增大；但工頻增大并

37、非肯定發(fā)生了轉(zhuǎn)子動不平衡。具體看工頻趨勢圖時，不僅要看工頻的幅值趨勢圖，查工頻幅值有無增大；更要看工頻的相位趨勢圖，查工頻的相位是否也同時發(fā)生變化。只有幅值與相位同時發(fā)生變化，才能判斷為轉(zhuǎn)子的動平衡發(fā)生了變化。另外，在看工頻趨勢圖時，還要看其變化是緩慢變化，還是跳變。如果是跳變，要看跳變了幾次；跳變后是否繼續(xù)爬升，特別是當(dāng)前能否穩(wěn)定在某一數(shù)值；如果是緩慢變化，要看幅值是否回落。然后，應(yīng)該逐一看0.5倍頻、低頻、2倍頻、自選頻段、殘余量等趨勢圖，看這些振動分量在通頻振動發(fā)生時，有無明顯的增大變化。對0.5倍頻和低頻，不能只看其絕對量的大小，因為即使在振動較大的狀態(tài)下，只要不是在發(fā)生強(qiáng)振的那一時刻

38、，這些頻率成份的振動值都不會很高，主要是看其活躍不活躍，看其相對變化量大不大。5.2.1.1.3 最后看頻譜圖頻譜圖能夠較為細(xì)致、準(zhǔn)確地反映出組成通頻振動的所有具體頻率的成份及其幅值?？搭l譜圖決不能去找幅值最大的頻率成份，并認(rèn)為其就是造成振動大的主要原因，這是非常片面的。因為，機(jī)組運行正常時的頻譜圖，總是工頻最大，二倍頻次之、約小于工頻的一半，三倍頻、四倍頻n倍頻更小、并逐步參差遞減，低頻微量或無。看頻譜圖時，不能就圖論圖，而應(yīng)該進(jìn)行對照比較，也就是通過故障發(fā)生時與正常運行時的頻譜圖相互之間的比較，查找出主要異常振動分量、即幅值相對變化最大的頻率成份以及新出現(xiàn)的頻率的成份，只有該頻率成份的振動

39、分量才最有可能是引起振動故障的主要原因。此外，看頻譜圖時，最好多停留一些時間，在實時頻譜圖的刷新過程中，看看各頻率成份的幅值是否有變化，哪些頻率成份變化較大，尤其重要的是看低頻成份是否活躍，看是頻率成份活躍多一點、還是幅值活躍多一點?？吹皖l活躍時，工頻的幅值是否也跟著一起同步變化。如果工頻與低頻一起動，盡管工頻變化的幅值可能超過低頻，但引起的原因可能還是低頻。5.2.1.2 根據(jù)異常振動分量頻率進(jìn)行振動類型診斷如果主要異常振動分量是工頻，則表明引起振動的主要原因很可能是發(fā)生了動不平衡，但也不排除軸承可能有問題。區(qū)別二者，應(yīng)做以下三點判斷：查通頻或工頻振動趨勢圖，看振動值能否回落到原來正常運行時

40、的數(shù)值。如果轉(zhuǎn)子發(fā)生了機(jī)械掉落損傷或者結(jié)垢，原有的動平衡狀態(tài)受到了破壞，振動值是無論如何也不可能恢復(fù)到原來數(shù)值的；而軸承工作不良所產(chǎn)生的振動，尤其是油膜狀態(tài)不穩(wěn)定的振動，只要軸承合金未發(fā)生嚴(yán)重磨損，是完全能夠恢復(fù)到原振值的。查半頻或低頻趨勢圖，看工頻及半頻及低頻分量是否活躍。轉(zhuǎn)子動不平衡只會增加軸承的載荷，不會影響到軸承油膜失穩(wěn)（除非發(fā)生極其強(qiáng)烈的振動時），也就是說工頻增大不會引起低頻增大；而軸承工作不良，會引起轉(zhuǎn)子振動，即半頻及低頻增大會引起工頻增大。查工頻趨勢圖，看工頻幅值變化時，相位是否同時發(fā)生變化。如果工頻變化是由動不平衡所引起的，造成動平衡變化的不平衡量的相位，不可能與原殘余不平衡量

41、的相位完全重合，工頻的相位必定變化。因此，可以肯定，只要是振動值回不到原振值、低頻不活躍、工頻相位變化，那么必然是發(fā)生了由動不平衡所引起的工頻增大。為了進(jìn)一步區(qū)別動不平衡的各具體故障類型，還應(yīng)通過查看工頻趨勢圖判斷：工頻的幅值及相位是否為突變？如果是突變，那么就是有東西從轉(zhuǎn)子上掉落下來，轉(zhuǎn)子發(fā)生了永久性機(jī)械損傷。如果不是突變，是緩慢、較均勻地變化，還可再進(jìn)一步判斷：振動值是否回落？即振動值能否在增大后又有所降低，能降低，則為轉(zhuǎn)子結(jié)垢或催化劑粘接；不能降低則為轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲。此外，還有初始動不平衡，即因轉(zhuǎn)子長期水平臥放、或動平衡試驗失誤所致。其特點是轉(zhuǎn)子的原始不平衡量過大，對升速極敏感。轉(zhuǎn)子在過

42、臨界轉(zhuǎn)速前的低速跑合時，振動值就較高，在通過臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域時強(qiáng)烈振動，不得不中斷運行。如果壓縮機(jī)的主要異常振動分量是低頻，則表明引起振動的原因有可能是軸承問題或喘振的前兆旋轉(zhuǎn)失速問題。要分清軸承與旋轉(zhuǎn)失速，先要搞清各自的機(jī)理，以下做一點簡單介紹。所謂旋轉(zhuǎn)失速，是因容積流量偏小，在壓縮機(jī)葉輪中所形成的氣流脈動。在正常工況下，氣體在流經(jīng)由葉片組成的擴(kuò)壓通道時，靠近葉輪壁面處的氣體會因粘性而速度降低、壓力增高，產(chǎn)生邊界層分離，在葉片非工作面靠近出口處形成與主流分離的脫離區(qū)。在容積流量降低時，氣體在葉輪入口處的絕對速度降低，造成氣體在進(jìn)入葉輪葉片通道后的相對速度與設(shè)計工況不一致，而沖向葉片工作面。這樣，

43、原來在外工作面上所產(chǎn)生的氣流脫離區(qū)因更缺乏主流的推動而擴(kuò)大。流量進(jìn)一步減少時，脫離區(qū)就會變成形成脫離團(tuán)而堵塞一個或若干個葉片通道。脫離團(tuán)使葉輪入口處欲流入該葉道的氣體受阻，只能改變方向流入相鄰的葉道，流入旋轉(zhuǎn)方向前方葉道的氣流沖向葉片非工作面，使原有脫離區(qū)消失；流向后方葉道的氣流沖向工作面，使非工作面處的氣體流動狀況更差，脫離區(qū)擴(kuò)大成脫離團(tuán)堵塞葉道，其堵塞后再次造成葉輪入口處的氣流改變方向，沖掉前方葉道的脫離團(tuán)，又使后方葉道形成堵塞。脫離團(tuán)的運動方向始終與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反，但又隨著葉輪一起轉(zhuǎn)動，因此從絕對坐標(biāo)系上來看，其旋轉(zhuǎn)速度低于葉輪轉(zhuǎn)速，所以稱之為旋轉(zhuǎn)失速，又稱為旋轉(zhuǎn)脫離。旋轉(zhuǎn)失速既可以發(fā)

44、生在某一級的某幾個葉輪流道中，也可以同時發(fā)生在某幾級的某幾個流道中；既可以發(fā)生在旋轉(zhuǎn)的葉輪中，也可以發(fā)生在固定元件、如擴(kuò)壓器中。顯然，旋轉(zhuǎn)失速發(fā)生時，氣流產(chǎn)生脈動，并引起出口壓力及轉(zhuǎn)子振動同時發(fā)生變化。旋轉(zhuǎn)失速是喘振的前兆，發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速后，如果容積流量仍繼續(xù)降低，那么在葉輪中所形成的脫離團(tuán)的個數(shù)會越來越多，當(dāng)脫離團(tuán)充滿整個葉輪流道時，氣體的流動狀況極為惡劣，會造成壓縮機(jī)的出口壓力降低，此時管網(wǎng)的氣體倒流入壓縮機(jī)中，使流量短時得到滿足，壓力重新升高，流向管網(wǎng)。管網(wǎng)壓力恢復(fù)后，壓縮機(jī)的流量又減小，管網(wǎng)中的氣體再次倒流。如此周而復(fù)始，壓縮機(jī)與管網(wǎng)一起產(chǎn)生了周期性振蕩現(xiàn)象，即為喘振。喘振的特點十分明顯

45、，進(jìn)出口壓力發(fā)生大幅度波動、機(jī)組產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動、伴有間歇性的氣流吼叫聲，生產(chǎn)企業(yè)時有發(fā)生，早已為人們所熟知，判斷非常容易。軸承故障的原因很多，但都可以歸結(jié)到是引起油膜失?；蚱屏眩馆S承不僅難以約束轉(zhuǎn)子的振動，甚至反過來激發(fā)或加劇轉(zhuǎn)子的振動。大型旋轉(zhuǎn)機(jī)組使用的幾乎全部都是液體動壓滑動軸承，高速輕載的滑動軸承容易產(chǎn)生油膜渦動。轉(zhuǎn)子軸頸在軸承中穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時，軸頸中心在O1位置上，載荷P與油膜反力R大小相等、方向相反，O1點就是軸頸旋轉(zhuǎn)時的平衡位置，這個平衡位置可由偏心率和偏位角來確定，見右圖。但是當(dāng)轉(zhuǎn)子受到外界瞬時干擾，假設(shè)軸頸中心移到O位置時，油膜反力R變?yōu)镽，R與P不再平衡，兩者的合力為F。F的徑

46、向分力Fr與軸頸的位移方向相反，力圖把軸頸推回到原O1處，這是一種彈性恢復(fù)力。而切向分力Fu與軸頸位移方向相垂直，它有推動軸頸繞平衡位置繼續(xù)旋繞的趨勢，這種旋繞運動稱為渦動，F(xiàn)u稱渦動力或切向力。渦動時，如果軸頸受到的渦動力小于油膜阻尼力，則軸頸中心渦動中所形成的軸心軌跡是收斂的，渦動會減??；如果渦動力等于油膜阻尼力，則軸心軌跡不再擴(kuò)大并成為封閉圖形，渦動是穩(wěn)定的；如果渦動力超過阻尼力，則軸心軌跡是發(fā)散的，渦動是不穩(wěn)定的。渦動的轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同時，稱正進(jìn)動；反之，為反進(jìn)動。理論推算出的渦動轉(zhuǎn)速等于轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速的一半，即 /2，因此油膜渦動又稱為半速渦動。實際中，渦動頻率總是小于轉(zhuǎn)子的工作

47、頻率/2，大約為（0.430.48），但渦動比/始終保持不變，即渦動頻率始終與轉(zhuǎn)子的工作頻率成比例地增減。當(dāng)轉(zhuǎn)速升速到第一臨界轉(zhuǎn)速nk1的2倍時，渦動頻率與轉(zhuǎn)子一階自振動頻率k1相合拍，轉(zhuǎn)子與軸承系統(tǒng)發(fā)生強(qiáng)烈的共振，這種共振的渦動稱為油膜振蕩。如果轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高，振動不減弱，渦動頻率仍然保持k1不變。所以，油膜振蕩的特點是渦動頻率緊緊咬住轉(zhuǎn)子第一臨界轉(zhuǎn)速不變，即k1。此外，油膜振蕩還具有嚴(yán)重性、突發(fā)性、有時會發(fā)出間斷吼叫聲等特點。軸承的油膜可視為彈性體，具有一定的剛度和阻尼。油膜剛度系數(shù)的定義為單位位移所引起的油膜力的增量，有四個剛性系數(shù)， Kxx=Fx/x, Kyx=Fy/x, Kyy=Fy/

48、y, Kxy=Fx/Fy,和四個阻尼系數(shù)。其中Kyx、Kxy稱為交叉剛度，不難看出，交叉剛度是引起油膜渦動、乃至油膜振蕩的根本原因。對于可傾瓦軸承，每個瓦塊均可自由搖擺，當(dāng)轉(zhuǎn)子軸頸受撓動離開原平衡位置后，各瓦塊均可按偏移后的載荷方向產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，自動調(diào)整瓦塊油膜力與載荷相平衡，由于瓦塊支點的移動，油膜力與載荷共線，從而消除了切向油膜力。理論計算也證明，在忽略瓦塊質(zhì)量和支點摩擦力的情況下，可傾瓦軸承的交叉剛度為零，不存在油膜渦動和油膜振蕩。大型旋轉(zhuǎn)機(jī)組所使的軸承多數(shù)為可傾瓦軸承，但橢圓瓦軸承、多油楔、多油葉軸承、甚至圓筒瓦軸承也都有應(yīng)用，對于這些軸承來說，發(fā)生油膜渦動、油膜振蕩的可能性都是存在的。既

49、使是可傾瓦軸承，如果瓦塊的搖擺狀況惡劣，同樣也會發(fā)生油膜渦動及油膜振蕩。另外，無論對哪種類型的軸承，如果瓦面接觸狀況、軸承間隙、軸承緊力、油擋、軸頸與軸承同心度、潤滑油等方面存在問題，都會引起油膜失常，嚴(yán)重時油膜破裂，軸頸與軸承產(chǎn)生干摩擦而燒瓦。所有軸承在發(fā)生以上問題時，轉(zhuǎn)子的振動都會產(chǎn)生程度不等的增大，振動發(fā)生時的頻率成份幾乎又都是低頻，約為（0.40.5）倍頻，振動又都具有跳動性、間歇性、突發(fā)性等油膜渦動的特點。低頻分量活躍，可能是軸承問題，也可能是氣動問題，氣動主要是指旋轉(zhuǎn)失速。兩者的頻率特點比較接近，都是低頻，幅值不高，但活躍、豐富；并且都對轉(zhuǎn)速比較敏感。兩者的區(qū)別在于喘振、旋轉(zhuǎn)失速會

50、引起氣流脈動，而軸承振動是不會引起氣流變化的。旋轉(zhuǎn)失速有4個特點：氣流脈動；出口壓力、進(jìn)口流量向下波動；振動與氣流脈動同步，旋轉(zhuǎn)失速嚴(yán)重、接近喘振時，也會引起軸向位移的變化；頻率范圍約為0.40.8倍頻。前兩個特點是軸承問題所不具備的，后兩點也有所不同。怎么具體區(qū)分這兩者呢？判斷時可以在壓縮機(jī)出口管線上聽是否有間歇性的氣流脈動聲；同時還要看出口壓力、進(jìn)口流量是否向下波動，如果上述現(xiàn)象都有，那么就可以判斷是旋轉(zhuǎn)失速。判斷是否為軸承問題還可以看振動是否小于0.5倍頻，若小于就是軸承問題；大于0.5倍頻就考慮旋轉(zhuǎn)失速。這是判定的一個很重要的標(biāo)準(zhǔn)，大多數(shù)資料上都認(rèn)為軸承問題引起的振動頻率是0.40.5

51、倍頻，個別現(xiàn)象為2 倍頻除外，但不可能是大于0.5倍頻的低頻。再就是判斷是否為油膜振蕩。大家知道發(fā)生油膜渦動時渦動比不變，油膜振蕩時的渦動頻率就是轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速。也就是說轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速要達(dá)到一階臨界轉(zhuǎn)速的2倍時，渦動頻率與轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速“合拍”而產(chǎn)生共振，此時振幅會突然猛增，出現(xiàn)強(qiáng)烈振動；并且，軸心軌跡也會發(fā)生變化，變成為擴(kuò)散的雜亂無章的曲線。同時，頻譜圖中的半頻幅值達(dá)到甚至超過工頻成分的幅值；若再進(jìn)一步升速，渦動頻率不變，且始終等于轉(zhuǎn)子的固有頻率（即一階臨界轉(zhuǎn)速）。所以，區(qū)分油膜渦動、油膜振蕩、其它軸承問題時，要判斷：渦動比是否不變，渦動頻率是否等于轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速nk1。如果渦動比不變

52、，即振動頻率始終等于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的一半，則為油膜渦動；否則，為其它軸承工作不良問題；如果在二倍頻第一臨界轉(zhuǎn)速以下時，渦動比不變，超過二倍頻第一臨界轉(zhuǎn)速后，渦動頻率始終等于第一臨界轉(zhuǎn)速，則為油膜振蕩。主要異常振動分量為2倍頻時，大多數(shù)是熱態(tài)不對中，也有可能是轉(zhuǎn)子出現(xiàn)裂紋、葉輪出現(xiàn)松動等，但是這些情況是極少發(fā)生的。熱態(tài)不對中，是機(jī)組在運行狀態(tài)下轉(zhuǎn)子間的同心度不好。熱態(tài)不對中的頻率特點是2倍頻較高，往往同時伴有工頻分量較明顯的上升，以及3倍頻、4倍頻、5倍頻、振動分量均有所上升。熱態(tài)不對中區(qū)別于其它類型振動的特點：對轉(zhuǎn)速不敏感，軸心軌跡穩(wěn)定。若對轉(zhuǎn)速敏感，軸心軌跡不穩(wěn)定時，則可能是轉(zhuǎn)子有橫向裂紋，葉輪松

53、動。如果引起振動的頻率成份很多，從低頻到高頻，幾乎各種頻率成份都有，尤其是各倍頻之間極少出現(xiàn)的頻率成份都同時較多、甚至較密出現(xiàn)時，則表明轉(zhuǎn)子已發(fā)生了動、靜摩擦。5.2.2 軸位移故障原因的診斷轉(zhuǎn)子軸位移值明顯異常增大時，首先排除是否為儀表故障而形成的假象。判斷儀表失靈簡單、快捷的方法，是根據(jù)軸位移值來核算間隙電壓，前面已有介紹，這里不再重復(fù)。如果確認(rèn)儀表無問題，則應(yīng)引起高度重視。對新機(jī)組或系統(tǒng)重新開車、運行參數(shù)發(fā)生較大變化時，更要特別注意。轉(zhuǎn)子一旦產(chǎn)生軸向碰撞，對設(shè)備造成的損壞程度往往是災(zāi)難性的。軸位移值異常過大，主要原因是轉(zhuǎn)子軸向力增大，同時也不排除止推軸承發(fā)生磨損。轉(zhuǎn)子軸向力的產(chǎn)生原因是葉

54、輪兩側(cè)存在著壓差。汽輪機(jī)的壓差來自于蒸汽在動葉片中發(fā)生膨脹而產(chǎn)生的壓力降低。既使是沖動式汽輪機(jī)，仍有較小的反動度以改善蒸汽在動葉中的流動，而且隨著級數(shù)的增加，反動度還會增大，所以蒸汽在動葉片中還是產(chǎn)生膨脹的，因此壓差及軸向力都是存在的。反動式汽輪機(jī)，蒸汽在動葉片中的焓降占級總焓降的一半，其軸向力相對要大一些。對于離心式壓縮機(jī)，葉輪輪蓋側(cè)所受的壓力由二部分氣體壓力組成，一是由葉輪出口處經(jīng)輪蓋密封漏回到進(jìn)口氣體，二是葉輪進(jìn)口處的氣體；輪盤側(cè)則為下一級進(jìn)口處經(jīng)輪盤密封漏回到葉輪出口處的氣體，顯然輪蓋側(cè)的壓力要低于輪盤側(cè)。為了降低軸向力，結(jié)構(gòu)上采用了葉輪對稱布置、設(shè)置平衡盤、汽輪機(jī)輪盤開平衡孔等措施。

55、經(jīng)平衡處理后的轉(zhuǎn)子殘余軸向力由止推軸承來承擔(dān)。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向力的方向指向排汽端，壓縮機(jī)各級、各段、各缸的軸向力方向均指向進(jìn)口端。壓差乘以所作用的面積再乘以質(zhì)量流量即為該級葉輪所產(chǎn)生的軸向力。所以，流量對軸向力的影響是較大的，而氣體是否帶液對軸向力的影響更大，既使是短時間大量帶液，往往也會對機(jī)組造成災(zāi)難性的重大事故。止推軸承磨損既有可能為自身原因或潤滑不良所至，很大程度上仍可能為軸向力過大而引起。止推軸承合金層磨損時間極快，并伴有不大明顯的瓦塊溫度或回油溫度升高的異常現(xiàn)象，遇到此情況時，必須立即停車。造成轉(zhuǎn)子軸向力過大的具體原因，對汽輪機(jī)來說，有進(jìn)汽壓力過低、進(jìn)汽溫度過低、排汽壓力過高、通流部分

56、結(jié)垢、蒸汽帶水以及流量過大等。對壓縮機(jī)來說，則有進(jìn)出口壓差過大、流量過大、分子量過大、氣體帶液、軸封漏氣嚴(yán)重、轉(zhuǎn)速過低等。5.3 故障程度的評估判斷故障所形成的危害程度，對確定是否需要立即停車、能否維持運行、是否需要減負(fù)荷運行有著決定性的指導(dǎo)作用。判斷時應(yīng)根據(jù)故障前后有關(guān)的運行及監(jiān)測參數(shù)的數(shù)值進(jìn)行慎重的比較，然后參照有關(guān)規(guī)范、規(guī)定及設(shè)備的歷史狀況加以綜合判斷。既要考慮原有數(shù)值的大小，更要考慮其變化量的大小，最重要的還是看其當(dāng)前數(shù)值的大小。以下仍就最常見的振動故障來舉例說明。如果為轉(zhuǎn)子動不平衡所引發(fā)的振動（并且為振值及相位均發(fā)生了突變），首先應(yīng)進(jìn)一步查看工頻趨勢圖，看振值及相位有無再次或多次發(fā)生

57、突變。若有，說明發(fā)生了二次損傷擴(kuò)大故障，故障的程度往往比較嚴(yán)重；若無，說明未發(fā)生二次損傷，故障的程度一般較為穩(wěn)定且不大會發(fā)生再次的強(qiáng)烈振動。其次，應(yīng)比較故障發(fā)生前后振值的變化量的大小。通常，故障后的振動值小于故障前2倍時，可以認(rèn)為雖發(fā)生了較明顯的變化，但仍可繼續(xù)監(jiān)視運行；故障后的振動值為故障前的2.5倍到3倍以上時，認(rèn)為振動的程度非常嚴(yán)重，應(yīng)考慮停車。第三，也是最重要的，就是看當(dāng)前的振動值（主要是工頻分量）有無繼續(xù)上升的趨勢。若無，說明盡管轉(zhuǎn)子發(fā)生了動不平衡，甚至當(dāng)前的振動值也非常高，但不平衡質(zhì)量矩所造成的危害程度也就僅此水平而已；若有，即使上升的速率很緩慢，仍說明故障程度相當(dāng)嚴(yán)重，從轉(zhuǎn)子上掉

58、下的質(zhì)量較大，轉(zhuǎn)子在不平衡質(zhì)量矩的作用下仍將被繼續(xù)拉彎，不平衡質(zhì)量矩將繼續(xù)上升，必須停車。如果為軸承工作不良而引起的振動，由于此類振動通常為間歇性的波動，判斷其危害程度主要是看相鄰兩次振動的間隔時間、振動發(fā)生跳動時的持續(xù)時間和振動值的跳動范圍，最為重要的是看振動趨于平穩(wěn)后，振動值能否回落到原有的正常值。若間隔時間越來越短，持續(xù)時間越來越長，振動值的跳動范圍越來越大，則說明振動程度趨于嚴(yán)重。特別是振動值回落后高于原正常值，則表明程度相當(dāng)嚴(yán)重，應(yīng)考慮停車。如果為摩擦而引起的振動，應(yīng)立即查看轉(zhuǎn)子軸心的軌跡圖，看振動的進(jìn)動方向，若為正進(jìn)動，說明摩擦程度不很嚴(yán)重，通常為梳齒密封的齒片所產(chǎn)生的摩擦，不必急

59、于停車；若為反進(jìn)動，特別是正、反進(jìn)動交錯發(fā)生時，說明摩擦?xí)r所產(chǎn)生的能量相當(dāng)大，故障程度相當(dāng)嚴(yán)重，此時若振動仍在加劇，必須立即停車。5.4 故障部位的診斷判斷故障所發(fā)生的具體部位，對停車后的搶修工作有著很重要的指導(dǎo)作用，判斷具體、準(zhǔn)確時，可以大大縮短搶修時間，降低檢修費用，為工廠創(chuàng)造較好的經(jīng)濟(jì)效益。判斷時，一定要緊密結(jié)合設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)特點并參考各方面的信息加以綜合考慮。例如，如果是轉(zhuǎn)子動不平衡所引起的振動（并且為振值及相位均發(fā)生了突變），對汽輪機(jī)和軸流式壓縮機(jī)而言大多數(shù)為斷葉片（包括斷鉚釘頭、圍帶、拉筋）；特別對凝汽式汽輪機(jī)來說，斷葉片又多數(shù)發(fā)生在末級、次末級，因為末級、次末級處于濕汽區(qū)或干、濕汽過渡區(qū)，很容易產(chǎn)生水擊、水蝕而造成葉片疲勞斷裂；對軸流式壓縮機(jī)，則有可能發(fā)生在處于段間冷卻器后的中、高壓段的首級、次首級葉片；對離心式壓縮機(jī)，由于葉輪強(qiáng)度相對較