機械故障診斷案例分析

1、六、診斷實例       例1：圓筒瓦油膜振蕩故障的診斷       某氣體壓縮機運行期間，狀態(tài)一直不穩(wěn)定，大部分時間振值較小，但蒸汽透平時常有短時強振發(fā)生，有時透平前后兩端測點在一周內(nèi)發(fā)生了20余次振動報警現(xiàn)象，時間長者達(dá)半小時，短者僅1min左右。圖1-7是透平1軸承的頻譜趨勢，圖1-8、圖1-9分別是該測點振值較小時和強振時的時域波形和頻譜圖。經(jīng)現(xiàn)場測試、數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)透平振動具有如下特點。 圖1-7 1*軸承的測點頻譜變化趨勢圖1-8  測點振值較小時的波形與頻譜&#

2、160;                                       圖1-9  測點強振時的波形和頻譜       (1)正常時，機組各測點振

3、動均以工頻成分(143.3Hz）幅值最大，同時存在著豐富的低次諧波成分，并有幅值較小但不穩(wěn)定的69.8Hz（相當(dāng)于0.49×）成分存在，時域波形存在單邊削頂現(xiàn)象，呈現(xiàn)動靜件碰磨的特征。       (2)振動異常時，工頻及其他低次諧波的幅值基本保持不變，但透平前后兩端測點出現(xiàn)很大的0.49×成分，其幅度大大超過了工頻幅值，其能量占到通頻能量的75%左右。       (3)分頻成分隨轉(zhuǎn)速的改變而改變，與轉(zhuǎn)速頻率保持0.49×左右的比例關(guān)系。  

4、    (4)將同一軸承兩個方向的振動進(jìn)行合成，得到提純軸心軌跡。正常時，軸心軌跡穩(wěn)定，強振時，軸心軌跡的重復(fù)性明顯變差，說明機組在某些隨機干擾因素的激勵下，運行開始失穩(wěn)。       (5)隨著強振的發(fā)生，機組聲響明顯異常，有時油溫也明顯升高。       診斷意見：根據(jù)現(xiàn)場了解到，壓縮機第一臨界轉(zhuǎn)速為3362r/min，透平的第一臨界轉(zhuǎn)速為8243r/min，根據(jù)上述振動特點，判斷故障原因為油膜渦動。根據(jù)機組運行情況，建議降低負(fù)荷和轉(zhuǎn)速，在加強監(jiān)測的情

5、況下，維持運行等待檢修機會處理。       生產(chǎn)驗證：機組一直平穩(wěn)運行至當(dāng)年大檢修。檢修中將軸瓦形式由原先的圓筒瓦更改為橢圓瓦后，以后運行一直正常。       例2：催化氣壓機油膜振蕩       某壓縮機組配置為汽輪機十齒輪箱壓縮機，壓縮機技術(shù)參數(shù)如下：       工作轉(zhuǎn)速：7500r/min出口壓力：1.OMPa 軸功率：1700kW 進(jìn)口流量：220m3 /min 進(jìn)口壓力：

6、0.115MPa轉(zhuǎn)子第一臨界轉(zhuǎn)速：2960r/min       1986年7月，氣壓機在運行過程中軸振動突然報警，Bently 7200系列指示儀表打滿量程，軸振動值和軸承座振動值明顯增大，為確保安全，決定停機檢查。       揭蓋檢查，零部件無明顯損壞，測量轉(zhuǎn)子對中數(shù)據(jù)、前后軸承的間隙、瓦背緊力和轉(zhuǎn)子彎曲度，各項數(shù)據(jù)均符合要求。對轉(zhuǎn)子進(jìn)行低速動平衡后重新安裝投用，振動狀況不但沒有得到改善，反而比停機前更差。氣壓機前端軸振動值達(dá)到185m，其中47Hz幅值為181m, 125Hz幅

7、值為42m，如圖1-10（a）所示。氣壓機后端軸振動值為115m，其中47Hz幅值為84m，125Hz幅值為18m，如圖1-10（b）所示。軸心軌跡為畸形橢圓。氣壓機前后軸承座水平方向振動劇烈，分別達(dá)到39m、29m。                                

8、0;      圖1-10  氣壓機軸承振動頻譜       為進(jìn)行故障識別，又一次進(jìn)行升速試驗，記錄振動與轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系，氣壓機升速過程三維譜圖，如圖1-11所示。       前后軸承振動頻譜圖均發(fā)現(xiàn)有47Hz低頻峰值存在，觀察三維譜圖可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)升速至4260r/min時出現(xiàn)半速渦動，隨著轉(zhuǎn)速的上升，渦動頻率和振幅不斷增加，當(dāng)渦動頻率達(dá)到47Hz時不再隨轉(zhuǎn)速而上升，轉(zhuǎn)速提高到7500r/min工作轉(zhuǎn)速時，振動頻率仍為47H

9、z，但振幅非常大，低頻分量為179m，而工頻分量只有40m。       診斷意見：對轉(zhuǎn)子一支承系統(tǒng)進(jìn)行核算，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子第一臨界轉(zhuǎn)速為：2820r/min（47Hz）。       據(jù)此進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，其振動特征及變化規(guī)律與典型的高速輕載轉(zhuǎn)子的油膜振蕩故障現(xiàn)象完全吻合。因此可以判定其故障原因為油膜振動。       由于油膜振蕩故障危害極大，可能在短時間內(nèi)造成機組損壞，所以必須立即停機檢修處理。    

10、60;  生產(chǎn)驗證：停機后解體檢查發(fā)現(xiàn)，軸瓦巴氏合金表面發(fā)黑，上瓦有磨損并伴有大量小氣孔，前軸承巴氏合金有部分脫落。更換新的可傾瓦軸承后，再次啟動機組，47Hz的低頻分量不再出現(xiàn)，油膜振蕩故障消失。圖1-11  前軸承升速過程振動瀑布圖某化肥廠的二氧化碳壓縮機組，在檢修后，運行了140多天，高壓缸振動突然升到報警值而被迫停車。 在機組運行過程中及故障發(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6-21，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

11、定高壓缸轉(zhuǎn)子軸承發(fā)生油膜渦動。例3 某公司國產(chǎn)30萬噸合成氨裝置，其中一臺ALS16000離心式氨壓縮機組，在試車中曾遇到軸承油膜振蕩。圖622(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，140.5Hz(8430/min)是軸的轉(zhuǎn)速頻率，由軸的不平衡振動引起。55Hz為油膜振蕩頻率。當(dāng)轉(zhuǎn)速升至8760rmin(146Hz)時，油膜振蕩頻率的幅值巳超過轉(zhuǎn)速頻率幅值，見圖622(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(146Hz)和(56.5Hz)之外，還存在其他頻率成分；這些成分是；主軸振動頻率和油膜振蕩頻率的一系列和差組合頻率。 例4某公司一臺空氣壓

12、縮機，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)5055m，大大超過允許值33m，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623(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。對該機組振動信號的分析認(rèn)為：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；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。 停機檢查，發(fā)

13、現(xiàn)如下問題：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)；5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0.135，降低了軸承工作穩(wěn)定性。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，使機器在運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生附加的不對中力。 對上述發(fā)現(xiàn)的問題分別作了修正，機器投運后恢復(fù)正常，低壓缸兩端軸承的總振值下降到20m，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623(c)、(d)。Ø 例5Ø 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開機不久，發(fā)生陣發(fā)性強烈吼叫聲，最大振值達(dá)17mm/s（正常運行時不大于2 mm/s），嚴(yán)重威脅機組的正常運行。對振動的信號作頻譜分析。正常時