大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷

1、大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械作為連續(xù)化工生產(chǎn)的單系列心臟設(shè)備，對其運(yùn)行的可靠性有非常高的要求，要求它在裝置的運(yùn)行周期內(nèi)必須穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)。對其進(jìn)行準(zhǔn)確的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷就顯得尤為重要，必須隨時(shí)準(zhǔn)確的掌握其運(yùn)行狀態(tài)，并且在其出現(xiàn)異常時(shí)，能夠準(zhǔn)確的分析出異常原因，找出對策。再不影響其安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上進(jìn)行故障運(yùn)行或進(jìn)行特護(hù)，以優(yōu)化生產(chǎn)與設(shè)備維護(hù)的時(shí)間。本章節(jié)對公司內(nèi)普遍采用的在線及離線狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)作一介紹，并對機(jī)組出現(xiàn)的常見故障作一些介紹，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，教授一些實(shí)際處理問題的方法。第一節(jié)：基本參量與監(jiān)測系統(tǒng)一部運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)器，都伴有振動(dòng)信號的產(chǎn)生，它的變化常常隱含著初期故障特征信號

2、，因此需對振動(dòng)信號進(jìn)行監(jiān)測，這種監(jiān)測方法有以下特點(diǎn)：1. 方便性：利用現(xiàn)代的各種振動(dòng)傳感器及二次儀表，可以很方便的檢測出設(shè)備振動(dòng)的信號。2. 在線性：監(jiān)測可以在現(xiàn)場以及在設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下進(jìn)行。3. 無損性：在監(jiān)測過程中，通常不會(huì)給研究對象造成任何形式的損壞。但是一部機(jī)械是非常復(fù)雜的，僅僅靠振動(dòng)信號來判斷它是否正常，顯然不夠，這就需要對它多方面進(jìn)行了解，亦即需要對多方面的參量進(jìn)行測量。每一種故障在下列參數(shù)上均有不同表現(xiàn)，因此測量以下基本參數(shù)，再通過分析，可以掌握機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。l 基本參量一. 振動(dòng)參量1. 振幅振幅值有三個(gè)單位，即振動(dòng)位移(m)，速度(mm/s)，加速度(mm/s2)，都是

3、振動(dòng)強(qiáng)度的標(biāo)志，用來表明機(jī)器運(yùn)行是否平穩(wěn)，振動(dòng)位移是通過非接觸式的電渦流傳感器直接測量的軸與軸承座（探頭安裝的基礎(chǔ)）的相對位移量。振動(dòng)速度與加速度是通過測量機(jī)殼而得到的振動(dòng)數(shù)據(jù)。振動(dòng)速度是通過慣性式速度傳感器（磁力線圈）測量的，而加速度是通過壓電式加速度傳感器測量的，振動(dòng)位移，速度，加速度三者之間的關(guān)系是微積分關(guān)系D=vdt=adt。三者在實(shí)際應(yīng)用中是相輔相成的，有時(shí)對異常的信號需要對兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行測量，以求精確的掌握機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)。2. 頻率振動(dòng)頻率常表示為機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的倍數(shù)，其原因主要是機(jī)器的振動(dòng)頻率趨向于機(jī)器的整數(shù)倍或分?jǐn)?shù)倍。下面簡單介紹一下幾種振動(dòng)與頻率的關(guān)系。a) 強(qiáng)迫振動(dòng)問題：指由外來確定

4、的擾動(dòng)力應(yīng)起的振動(dòng)問題，而振動(dòng)本身并不反過來影響擾動(dòng)力，比如由于質(zhì)量不平衡引起的強(qiáng)迫振動(dòng)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不均勻磁拉力而引起的強(qiáng)迫振動(dòng)。強(qiáng)迫振動(dòng)問題的特點(diǎn)在于強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率總是等于擾動(dòng)力頻率。由質(zhì)量不平衡力引起的強(qiáng)迫振動(dòng)其頻率恒等于轉(zhuǎn)速。由3000 rpm二極發(fā)電機(jī)不均勻磁拉力引起的強(qiáng)迫振動(dòng)，其頻率為6000rpm即100Hz。b) 自激振動(dòng)問題：第二類是屬于自激振動(dòng)問題。自激振動(dòng)的引起歸之于轉(zhuǎn)子-支承系統(tǒng)中存在某一 機(jī)械能量辦反饋環(huán)節(jié) 。這一反饋環(huán)節(jié) 使轉(zhuǎn)子從轉(zhuǎn)動(dòng)中獲取能量，并轉(zhuǎn)變?yōu)槟骋惶囟l率下的橫向振動(dòng)能量（一般不等于轉(zhuǎn)速），而這一橫向振動(dòng)又通過反饋環(huán)節(jié) 進(jìn)一步從轉(zhuǎn)動(dòng)中取得能量，從而加劇了橫向

5、振動(dòng)，直至獲取的能量等于消耗于阻尼的能量，則振動(dòng)穩(wěn)定在某一極限環(huán)上。實(shí)際上，有時(shí)自激振動(dòng)未到達(dá)極限環(huán)之前，轉(zhuǎn)子已不允許再運(yùn)轉(zhuǎn)或已引起破壞。這些在轉(zhuǎn)子-支承系統(tǒng)中出現(xiàn)的自激振動(dòng)現(xiàn)象有油膜半速渦動(dòng)和油膜振蕩；由于轉(zhuǎn)子的內(nèi)阻而引起的不穩(wěn)定自激振動(dòng)；由于動(dòng)靜部分間的干摩擦而引起的自激振動(dòng)以及由于不均勻蒸汽泄漏所引起的氣隙振蕩（蒸汽輪機(jī)）等等。c) 非定常強(qiáng)迫振動(dòng)問題：第三類是屬于非定常強(qiáng)迫振動(dòng)。這一類問題在性質(zhì)上是屬于強(qiáng)迫振動(dòng)，因?yàn)檎駝?dòng)仍然是由外來擾動(dòng)力所引起的，而且與擾動(dòng)力具有相同的頻率。但不同的是振動(dòng)本身又反過來影響擾動(dòng)力的大小與相位。這樣，它雖屬強(qiáng)迫振動(dòng)，但強(qiáng)迫振動(dòng)的幅值與相位是在變化的。比如轉(zhuǎn)

6、子軸上某一局部出現(xiàn)不均勻熱變形，它相當(dāng)于給轉(zhuǎn)子增添了不平穩(wěn)質(zhì)量，從而使強(qiáng)迫振動(dòng)的幅值和相位都發(fā)生了變化，而當(dāng)強(qiáng)迫振動(dòng)的幅值和相位發(fā)生變化時(shí)，反過來又影響轉(zhuǎn)子軸上局部不均勻熱變形的部位。這樣，表現(xiàn)出來的強(qiáng)迫振動(dòng)，其幅值和相位都在連續(xù)不斷地變化。這里暫且將這類強(qiáng)迫振動(dòng)稱之為不定常強(qiáng)迫振動(dòng)，并單列為一類。3. 相角就是利用鍵相器描述一特定時(shí)刻轉(zhuǎn)子的位置，通過這一相角，可以確定轉(zhuǎn)子的平衡狀態(tài)及轉(zhuǎn)子上殘留的非平衡重的位置。在故障診斷中，相角具有很大作用，在一些不同的故障中，相角有不同的特點(diǎn)，比如在關(guān)于不平衡及不對中的區(qū)分中。有時(shí)相角的測量與比較是影響測量判定效果的直接因素，通過測量同一軸承座各個(gè)方向上的

7、相位角及兩端軸承座上各測點(diǎn)的相位角，為準(zhǔn)確判斷提供了依據(jù)。4. 振動(dòng)形式振動(dòng)形式是顯示在示波器上的原始振動(dòng)波形，有兩種形式：振動(dòng)的時(shí)域波形：軸心軌跡：5. 振型轉(zhuǎn)子在一定轉(zhuǎn)速下，沿軸向的一種變形。二. 位置參量1. 軸在軸承內(nèi)的徑向位置徑向位置是指轉(zhuǎn)子在軸承內(nèi)的徑向位置。在出現(xiàn)重大負(fù)荷情況下，因偏心較大，振幅并不增大，但可能由于偏心太大而發(fā)生故障，在這種情況下必須及時(shí)檢查偏心位置，才能做出早期預(yù)報(bào)，徑向位置的檢查非常簡單，只需察看電渦流傳感器反應(yīng)的間隙電壓即可。2. 軸向位置轉(zhuǎn)子運(yùn)行中的軸向位置關(guān)系到機(jī)器的安全運(yùn)行。在監(jiān)測中對同一監(jiān)測點(diǎn)一般選用兩只以上的探頭同時(shí)監(jiān)測。它能比較容易的反映止推軸承

8、的工作情況。3. 偏心度峰峰值測量轉(zhuǎn)子靜態(tài)時(shí)的彎曲量，特別是發(fā)電用大型蒸汽透平機(jī)，在啟動(dòng)時(shí)必須測量轉(zhuǎn)子靜彎曲量。當(dāng)?shù)陀谠试S的彎曲量時(shí)，可以啟動(dòng)，以防止引起密封件與轉(zhuǎn)子之間的摩擦。另外在往復(fù)式壓縮機(jī)的連桿（水平式）上，有時(shí)安裝探頭，以測量其下降程度，以便監(jiān)測活塞托瓦的磨損量。4. 差漲，機(jī)殼膨脹，對中（各機(jī)殼之間）三. 其他測量參數(shù)1. 機(jī)器的轉(zhuǎn)速用以找出振動(dòng)與轉(zhuǎn)速的關(guān)系。2. 溫度這是機(jī)械的重要參數(shù)，軸承處溫度能直接反映軸承工作狀況。3. 相關(guān)性測量各工藝狀況參數(shù)（T、P、V）及其它一些可能影響機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)的外部參數(shù)，分析它們的相互關(guān)系對優(yōu)化生產(chǎn)維修時(shí)間、幫助決策有很大作用。l 監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測系

9、統(tǒng)分為離線監(jiān)測系統(tǒng)和在線監(jiān)測系統(tǒng)，它們在實(shí)際工作中相輔相成，不可或缺。一. 在線監(jiān)測系統(tǒng)對機(jī)組運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行不間斷監(jiān)測的系統(tǒng)。我們以公司大機(jī)組普遍采用的Bently監(jiān)測系統(tǒng)來進(jìn)行說明。軸承座前置放 大 器 軸其特點(diǎn)是：能夠連續(xù)的監(jiān)測機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，而且與聯(lián)鎖保護(hù)相連；另外，新型號的表還附加了后續(xù)故障診斷系統(tǒng)，但是價(jià)格昂貴；測點(diǎn)固定，監(jiān)測手段固定，時(shí)實(shí)數(shù)據(jù)豐富，分析手段較少，數(shù)據(jù)管理性較差。指示表二. 離線監(jiān)測系統(tǒng)一種巡檢系統(tǒng)，在機(jī)組需要時(shí)進(jìn)行測試，以明確機(jī)組的運(yùn)行狀況或判斷設(shè)備故障。離線狀態(tài)監(jiān)測的分析手段很多，較在線系統(tǒng)有很多優(yōu)點(diǎn)，諸如使用靈活，分析精密，數(shù)據(jù)便于管理等，而與在線監(jiān)測相比則缺少了監(jiān)

10、測的連續(xù)性。下面就介紹一下我公司的離線監(jiān)測儀器及系統(tǒng)。三. 在線監(jiān)測系統(tǒng)與離線監(jiān)測系統(tǒng)的相互關(guān)系我公司的大型機(jī)組，絕大部分帶有Bently監(jiān)測系統(tǒng)，對機(jī)組進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測與保護(hù)。對于出現(xiàn)異常的設(shè)備，采用專用儀器（離線手段）通過在線系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與故障分析。對于特護(hù)的設(shè)備，離線手段可以臨時(shí)實(shí)時(shí)服務(wù)于現(xiàn)場，以監(jiān)測故障部位的運(yùn)行有是用于機(jī)組的開停車，監(jiān)視、采集開停車數(shù)據(jù)。離線手段巡檢在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié) 果故 障 分 析分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)異 常正 常采集數(shù)據(jù)第二節(jié)：大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的診斷及處理方法一. 轉(zhuǎn)子不平衡故障1 轉(zhuǎn)子不平衡的概念及特征眾所周知，旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子由于受材料質(zhì)量和加工技術(shù)等各方面的影響，

11、轉(zhuǎn)子上的質(zhì)量分布相對于旋轉(zhuǎn)中心線不可能絕對地軸對稱的，因此任何一個(gè)轉(zhuǎn)子不可能做到“絕對平衡”，轉(zhuǎn)子質(zhì)量中心和旋轉(zhuǎn)中心線之間總是有一定的偏心距存在，這就使得轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)形成周期性的離心力干擾，在軸承上產(chǎn)生動(dòng)載荷，使機(jī)器發(fā)生振動(dòng)。我們把產(chǎn)生離心力的原因旋轉(zhuǎn)體質(zhì)量沿旋轉(zhuǎn)中心線的不均勻分布叫做“不平衡”，也可以認(rèn)為，不平衡就是指處于平衡狀態(tài)的旋轉(zhuǎn)體上存在多余（或不足）的質(zhì)量。 G RF=MR2轉(zhuǎn)子不平衡式旋轉(zhuǎn)機(jī)械主要的激振源，也是許多種自激振動(dòng)的觸發(fā)因素。不平衡會(huì)引起轉(zhuǎn)子的撓曲和內(nèi)應(yīng)力，實(shí)際其產(chǎn)生振動(dòng)和噪音，加速軸承、氣封等部件的磨損，降低機(jī)器的工作效率，引發(fā)各種事故。因?yàn)樗修D(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備均存在這種不平衡振

12、動(dòng)，只有這種不平衡振動(dòng)超過機(jī)器的設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)，才稱之為不平衡故障。轉(zhuǎn)子不平衡故障特征是：1) 在轉(zhuǎn)子徑向測點(diǎn)的頻譜圖上，轉(zhuǎn)速頻率成分具有突出的峰值；2) 轉(zhuǎn)子頻率的高次諧波幅值很低，因此反映在時(shí)域上的波形很接近于一個(gè)正弦波；3) 除了懸臂轉(zhuǎn)子之外，對于普通兩端支撐的轉(zhuǎn)子，軸向測點(diǎn)上的振值一般并不明顯；4) 垂直與水平的振動(dòng)相位相差90°，在軸心軌跡上表現(xiàn)為近似一個(gè)圓。2 常見不平衡振動(dòng)的機(jī)械原因1) 固有不平衡即使機(jī)組在制造過程中對各個(gè)轉(zhuǎn)子以作了動(dòng)平衡，當(dāng)時(shí)在連接起來的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中還是不可避免的出現(xiàn)某些固有不平衡，其不平衡原因有： a) 各個(gè)轉(zhuǎn)子殘余不平衡的積累結(jié)果；b) 平衡方法、平衡轉(zhuǎn)

13、速不對，于機(jī)器實(shí)際使用情況差別較大；c) 轉(zhuǎn)子由于材質(zhì)不良，熱處理不當(dāng)，安裝、運(yùn)輸過程中的碰撞，運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的碰摩而產(chǎn)生永久性彎曲。2) 葉片飛離 由于缺少質(zhì)量，引起不平衡。3) 轉(zhuǎn)子彎曲a) 永久性彎曲b) 由于轉(zhuǎn)子和靜子之間發(fā)生間歇性的局部摩擦產(chǎn)生熱量引起轉(zhuǎn)子的臨時(shí)性彎曲；轉(zhuǎn)子不均勻受熱所引起的臨時(shí)性彎曲。c) 轉(zhuǎn)子自重或外力影響引起的臨時(shí)性彎曲。3 剛性轉(zhuǎn)子與撓性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡技術(shù)1) 剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡技術(shù)。從轉(zhuǎn)子平衡觀點(diǎn)看，工作中的轉(zhuǎn)子可分為剛性轉(zhuǎn)子和撓性轉(zhuǎn)子兩類。轉(zhuǎn)子在較低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)（一般認(rèn)為工作轉(zhuǎn)速低于其臨界轉(zhuǎn)速的0.5倍），由于離心力產(chǎn)生的動(dòng)撓度變形很小，可以忽略不計(jì)，轉(zhuǎn)子可以看作

14、不發(fā)生變形的“剛體”，這種轉(zhuǎn)子成為剛性轉(zhuǎn)子。但在高速時(shí)（工作轉(zhuǎn)速通過一階臨界轉(zhuǎn)速的0.7倍）,由于分布在軸向不同位置上的不平衡力作用，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生很大的撓度變形，軸向彎矩增大，軸承振動(dòng)也隨之增大，這種轉(zhuǎn)子就不能視為“剛性”，成為撓性。剛性轉(zhuǎn)子因?yàn)椴豢紤]撓曲變形的影響，因而可以在轉(zhuǎn)子上任意選擇一個(gè)或兩個(gè)平衡校正面進(jìn)行不平衡量的校正，經(jīng)過平衡校正后的轉(zhuǎn)子，在最高轉(zhuǎn)速范圍以內(nèi)，其不平衡量都不應(yīng)該有明顯變化。大部分剛性轉(zhuǎn)子按照其厚度不同、結(jié)構(gòu)形式和平衡工藝的要求不同，分為靜平衡和動(dòng)平衡兩種方法，或稱單面平衡和雙面平衡，也有少數(shù)剛性轉(zhuǎn)子（如曲軸一類）采用多面平衡。2) 撓性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡技術(shù)。轉(zhuǎn)子在高速時(shí)（工

15、作轉(zhuǎn)速通過一階臨界轉(zhuǎn)速的0.7倍）,由于分布在軸向不同位置上的不平衡力作用，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生很大的撓度變形，軸向彎矩增大，軸承振動(dòng)也隨之增大，這種轉(zhuǎn)子就不能視為“剛性”，成為撓性。由于撓性轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速超過轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速，這時(shí)轉(zhuǎn)子因撓曲變形而產(chǎn)生的質(zhì)心偏移將增大離心力的作用，而且撓曲變形又是隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化的，因此它的平衡原理不同于剛性轉(zhuǎn)子。由上式看出，轉(zhuǎn)速變化，轉(zhuǎn)子上離心力也跟隨變化，由于轉(zhuǎn)子的撓曲情況不一樣，就不能保證在一種轉(zhuǎn)速下平衡后，其它轉(zhuǎn)速下也能平衡，因此撓性轉(zhuǎn)于的平衡效果不僅和校正質(zhì)量在轉(zhuǎn)子上的軸向位置有關(guān)，也和轉(zhuǎn)速有關(guān)，這就不同于剛性轉(zhuǎn)子平衡。在實(shí)際中，對于撓性轉(zhuǎn)子而言，新轉(zhuǎn)子必

16、須作高速動(dòng)平衡，否則極有可能在低速動(dòng)平衡中起到反作用。4 實(shí)例介紹1） 甲醇車間C/T-6012） 氯堿廠氯氣壓縮機(jī)3） 塑料廠循環(huán)氣壓縮機(jī)二. 轉(zhuǎn)子不對中在此只討論由于聯(lián)軸節(jié)而導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子不對中。在工程中，有以下常見的不對中情況：1） 理想對中 2）平行不對中3） 角度并不對中 4） 組合不對中1轉(zhuǎn)子不對中引起的故障，主要特征如下：（1）由于不對中的原因，改變了軸承中的油膜壓力。聯(lián)軸節(jié)兩側(cè)軸承的支承負(fù)荷有較大變化，負(fù)荷減小的軸承在某些情況下可引起油膜失穩(wěn)。因此不對中所出現(xiàn)的最大振動(dòng)往往表現(xiàn)在緊靠聯(lián)軸節(jié)兩端的軸承上。 （2）不對中引起的振動(dòng)幅值與轉(zhuǎn)子的負(fù)荷有關(guān)，它隨負(fù)荷的增大而增高。 （3）平行

17、不對中主要引起徑向振動(dòng)，如果軸承架在水平和垂直方向上的剛度基本相等，則在軸承兩個(gè)方向上進(jìn)行振動(dòng)測量，顯示振幅最大的方向就是原始不對中方向。當(dāng)然剛度在兩個(gè)方向上不相同時(shí)，不對中方向是要通過測量和計(jì)算分析來確定的。角度不對中主要引起軸向振動(dòng)，對于剛性聯(lián)軸節(jié)，軸向振動(dòng)要大于徑向振動(dòng)。 （4）不對中使聯(lián)軸節(jié)兩側(cè)的轉(zhuǎn)子振動(dòng)產(chǎn)生相位差。平行不對中時(shí)，兩側(cè)軸承徑向振動(dòng)相位差基本上為180°；角度不對中使聯(lián)軸節(jié)兩側(cè)軸承軸向振動(dòng)相位差180°，而徑向振動(dòng)時(shí)同相位的。上述故障特征均指剛性聯(lián)軸節(jié)情況。 （5）從振動(dòng)頻率上分析，不同類型的機(jī)組和不同形式的不對種情況引起的振動(dòng)頻率時(shí)不相同的。對于剛性

18、聯(lián)軸節(jié)，平行不對中易激起兩倍轉(zhuǎn)速頻率的振動(dòng)，同時(shí)也存在工頻（轉(zhuǎn)速頻率）和多倍頻的振動(dòng)成分。角度不對中易激起工頻振動(dòng)，同時(shí)也存在多倍頻振動(dòng)。對于撓性聯(lián)軸節(jié)，按其結(jié)構(gòu)形式不同，安裝和負(fù)荷的狀態(tài)不同，所表現(xiàn)的振動(dòng)方向和振動(dòng)頻率是不相同的。 （6）大型渦輪機(jī)械上多跨轉(zhuǎn)子的不對中，一般因?yàn)榘殡S有其他故障因素，因而振動(dòng)情況更為復(fù)雜。例如，懸臂較長的聯(lián)軸節(jié)，如果懸臂傾斜或聯(lián)軸節(jié)平行不對中，則可引起像平衡一樣的工頻振動(dòng)。 2剛性聯(lián)軸節(jié)的故障特征和診斷方法（1） 剛性聯(lián)軸節(jié)平行不對中的特征頻率： dB 1X 2X 3X 4X 5X 6X Hz Fx=ke/4 Sin2t即水平擾動(dòng)力的頻率為2倍的轉(zhuǎn)速，2倍頻作為

19、判斷不對中的特征之一。對上述概念的簡單理解就是：軸1和軸2半聯(lián)軸節(jié)發(fā)生平行不對中，則在不對中方向上有一對用螺釘連接的螺孔，當(dāng)螺釘拉緊時(shí)，一個(gè)螺孔的旋轉(zhuǎn)半徑受拉伸，另一個(gè)受壓縮。它們在旋轉(zhuǎn)過程中，每轉(zhuǎn)動(dòng)180度，各螺孔旋轉(zhuǎn)半徑拉伸和壓縮交變一次，作用在半聯(lián)軸節(jié)上的力也交變一次；旋轉(zhuǎn)360度，則力交變兩次，是軸在徑向方向上產(chǎn)生兩倍頻振動(dòng)。（2）不對中的診斷方法通過對軸心軌跡的研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)子不對中的全息譜軸心軌跡為“8”字形或香蕉形（電渦流信號）。 全息譜軸心軌跡頻譜分析中，存在2倍頻（占相當(dāng)大成分），還有偶次倍頻，但不對中有時(shí)不會(huì)出現(xiàn)較大的2倍頻，而是以工頻或軸心振動(dòng)增加而表現(xiàn)出來。 對于同時(shí)表現(xiàn)

20、為工頻振動(dòng)的不平衡和不對中的故障可以通過機(jī)器的負(fù)荷調(diào)整來進(jìn)行區(qū)分。在運(yùn)行狀態(tài)下，不平衡振動(dòng)只與轉(zhuǎn)速有關(guān)，而不對中與傳遞的力矩有關(guān)。因此，根據(jù)這種性質(zhì)，我們可以通過調(diào)整機(jī)組的轉(zhuǎn)速（電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)組可以通過調(diào)整負(fù)荷），來確定振幅與轉(zhuǎn)速或振幅與負(fù)荷的關(guān)系。表現(xiàn)為工頻的不平衡和不對中故障的區(qū)分： 不對中不平衡 不平衡不對中Hz 3、診斷實(shí)例 因?yàn)槭艿綑C(jī)械安裝、熱態(tài)和冷態(tài)的狀態(tài)的差別等原因，任何旋轉(zhuǎn)機(jī)械要達(dá)到轉(zhuǎn)子的絕對對中是不可能的，資格就要求在機(jī)組對中時(shí)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行調(diào)整。運(yùn)行后，要看不對中振動(dòng)情況（超標(biāo)或趨勢增加）來判斷機(jī)組是否處于不對中故障。某空壓機(jī)組大修后，處于45m振動(dòng)報(bào)警狀態(tài)，較大修前2

21、0m有明顯增加，而且與負(fù)荷大小有直接關(guān)系，見下列頻譜： 頻譜圖 軸心軌跡圖圖不能說明為不對中故障而類似為不平衡，通過軸心軌跡圖與現(xiàn)場振幅與負(fù)荷的關(guān)系判斷為不對中。停車后，對中復(fù)查結(jié)果驗(yàn)證了以上結(jié)論，用4小時(shí)重新對中后，運(yùn)行狀態(tài)良好。三. 滑動(dòng)軸承故障f渦動(dòng)1、油膜渦動(dòng)及油膜振蕩 油膜渦動(dòng)是軸承的一種不穩(wěn)定的工作狀態(tài)，發(fā)生于圓柱軸承中，振動(dòng)時(shí)頻率為 f渦動(dòng)=（0.43-0.48）n轉(zhuǎn)速有理論得出，f渦動(dòng)=0.5n轉(zhuǎn)速但是在實(shí)際中，其為轉(zhuǎn)速的0.430.48倍。當(dāng)出現(xiàn)油膜渦動(dòng)時(shí)，其渦動(dòng)頻率會(huì)隨轉(zhuǎn)速而變化，當(dāng)機(jī)組的轉(zhuǎn)速達(dá)到2倍的一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)油膜振蕩故障。這是油膜振蕩的頻率不會(huì)改變，穩(wěn)定在

22、一階臨界轉(zhuǎn)速上，是一種自激振蕩，能量非常大，能發(fā)生災(zāi)難性事故。國內(nèi)某電廠機(jī)組因產(chǎn)生油膜振蕩而出現(xiàn)整臺(tái)機(jī)組報(bào)廢的惡性事故。實(shí)例：公司某原料氣循環(huán)氣壓縮機(jī)，在開車氮?dú)膺\(yùn)行升溫時(shí)，振動(dòng)突然增加，有頻譜分析得知，其幅值集中在0.45倍轉(zhuǎn)速頻率的低頻振動(dòng)上。通過作全息軸心軌跡分析得知，機(jī)組運(yùn)行處于一不穩(wěn)定的油膜渦動(dòng)狀態(tài)，兩軸承側(cè)同時(shí)產(chǎn)生相同的渦動(dòng)。此機(jī)組為5油楔軸承，是不應(yīng)該出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)的，那又是什么原因造成的油膜渦動(dòng)呢？機(jī)組為浮環(huán)密封結(jié)構(gòu)，我們認(rèn)為密封環(huán)失去浮動(dòng)作用，成為轉(zhuǎn)子的第二個(gè)支承，產(chǎn)生軸承作用?；谶@種分析，我們要求絕對控制壓縮機(jī)在低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，不能超過其2階臨界轉(zhuǎn)速，待壓縮機(jī)在設(shè)計(jì)的工作介質(zhì)

23、上運(yùn)行時(shí)，機(jī)組軸承會(huì)趨于穩(wěn)定。經(jīng)過一個(gè)運(yùn)行周期，機(jī)組解體后發(fā)現(xiàn)浮環(huán)密封的浮動(dòng)環(huán)磨損嚴(yán)重，證明了我們的分析是正確的。2、滑動(dòng)軸承常見故障（1）巴氏合金松脫 主要是表面巴氏合金（常稱鎢金）與基體金屬結(jié)合不牢引起的，其原因多半是在澆注鎢金前基體金屬清洗不夠，材料鍍錫，澆注溫度不夠。當(dāng)鎢金材料松脫時(shí)，軸承就加速疲勞，部分鎢金可能與基體金屬分離，潤滑油竄入分離面，此時(shí)軸承將很快損壞。（2）巴氏合金磨損 磨損現(xiàn)象是多種多樣的，軸頸在加速起動(dòng)跑合過程中輕微的磨合磨損和配研磨損是屬于正常磨損。但是當(dāng)軸承存在裝配缺陷（如兩半軸瓦錯(cuò)位、軸承對中不良、存在單邊接觸或局部壓力點(diǎn)）、軸承不圓、油膜振蕩或轉(zhuǎn)子失穩(wěn)時(shí)產(chǎn)生的

24、高振幅，就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的異常磨損，鎢金表面減磨層被強(qiáng)烈磨去。還有一些機(jī)器因安裝時(shí)軸承裝反，供油孔錯(cuò)位或轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)而造成供油不足、潤滑不良，也會(huì)發(fā)生嚴(yán)重磨損，有些甚至把鎢金瓦上刮下的金屬粘咬在軸頸上。另外，機(jī)組在停工盤車時(shí)，長時(shí)間盤車因油膜形成不好會(huì)導(dǎo)致軸承下部出現(xiàn)磨損。（3）腐蝕腐蝕損壞主要是由潤滑劑的化學(xué)作用引起的。如果潤滑劑選用不當(dāng)，在工作條件下生成氧化膜和反應(yīng)物，使?jié)櫥瑒┖芸臁袄匣保瑔适櫥阅??；瑒?dòng)性能良好的軸承合金中主要成分鉛是特別容易受到腐蝕的，添加錫和銻的成分可以大大提高耐腐蝕性能。但是如果軸承在工作時(shí)發(fā)生氣蝕、高溫的情況，仍然會(huì)發(fā)生表面層腐蝕。腐蝕損壞和磨損損壞有某些相似，但是從

25、軸瓦表面上看，可發(fā)現(xiàn)腐蝕往往有局部或全部因腐蝕而變色的氧化層，在金相顯微鏡下觀察，可看到一些化學(xué)腐蝕凹坑，凹坑內(nèi)一般有腐蝕沉積物，腐蝕層并不像磨損那樣發(fā)生在油膜承載區(qū)域，它在任意部位上均可能出現(xiàn)。另外，還有因電刷損壞而引起的電腐蝕。（4）氣蝕氣蝕是在軸承內(nèi)油液壓力低的區(qū)域（壓力低于油液的飽和蒸汽壓）生成一個(gè)個(gè)微小的氣泡，這些氣泡帶到高壓區(qū)時(shí)被擠破，擠破瞬間形成的壓力沖擊波沖擊軸承表面，使表面金屬很快產(chǎn)生疲勞裂紋或金屬層剝落。軸承工作時(shí)如果軸頸渦動(dòng)幅度增大，渦動(dòng)速度又高，則間隙中的油液存在很大的壓力差。容易發(fā)生氣蝕；高速軸承在油孔、油槽以及軸承剖分面的接合處，油流發(fā)生強(qiáng)烈的渦流或斷流，容易發(fā)生氣

26、蝕；潤滑油粘度下降或油中混有空氣或水分，也容易發(fā)生氣蝕。減緩氣蝕的方法有：減小油的擾動(dòng)，增加油的粘度，加大供油壓力等措施。 四. 轉(zhuǎn)子的低頻振動(dòng)1. 軸承系統(tǒng)不穩(wěn)定造成的低頻振動(dòng)。（詳見前所述的油膜渦動(dòng)）1) 工藝介質(zhì)的擾動(dòng)。2) 氣流小間隙擾動(dòng)。3) 機(jī)械松動(dòng)。2. 壓縮機(jī)氣流的不穩(wěn)定當(dāng)離心式和軸流式風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)，因操作點(diǎn)遠(yuǎn)離它的設(shè)計(jì)工況點(diǎn)，氣流會(huì)在機(jī)器流道內(nèi)產(chǎn)生嚴(yán)重的壓力脈動(dòng)，導(dǎo)致機(jī)器和管道的強(qiáng)烈振動(dòng)，產(chǎn)生一系列嚴(yán)重后果。本章內(nèi)容簡單介紹原理及在現(xiàn)場的表現(xiàn)及處理實(shí)例。1) 旋轉(zhuǎn)脫離 p 旋轉(zhuǎn)脫離 非穩(wěn) 穩(wěn)定工況 Q當(dāng)氣量減少到一定程度后，進(jìn)入葉輪或擴(kuò)壓器流道的氣流方向發(fā)生變化，氣流向凸面沖

27、擊在凹面產(chǎn)生許多氣流旋渦,這些旋渦的多少、大小與減少的氣量有關(guān)，并且相對于葉輪作反向運(yùn)動(dòng)，這種氣流減速所形成的壓力脈動(dòng)是一種受迫振動(dòng)，它具有一定周期性，如果受迫振動(dòng)頻率與葉柵固有頻率和拍，將引起結(jié)構(gòu)共振，導(dǎo)致機(jī)器的損壞；另外，旋轉(zhuǎn)脫離是喘振的前兆，如果不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，采取措施，一旦發(fā)生喘振會(huì)造成裝置停車，損失巨大。旋轉(zhuǎn)脫離在實(shí)際中有以下特點(diǎn)。a. 由于失速區(qū)內(nèi)部氣流減速流動(dòng)以次在葉輪各個(gè)流道內(nèi)出現(xiàn)，它以葉輪旋轉(zhuǎn)相反方向作環(huán)向移動(dòng)，這就破壞了葉輪內(nèi)部的軸對稱性。是蘇區(qū)內(nèi)因?yàn)閴毫ψ兓瘎×遥蜁?huì)引起葉輪出口和管道內(nèi)的壓力脈動(dòng)發(fā)生機(jī)器和管道的振動(dòng)。b. 旋轉(zhuǎn)失速產(chǎn)生的振動(dòng)基本頻率，葉輪失速在0.50.8轉(zhuǎn)

28、速頻率范圍內(nèi)，擴(kuò)壓器失速在0.10.25轉(zhuǎn)速頻率范圍內(nèi)。在振動(dòng)頻率上既不同于低頻喘振，又不同于較高頻率的不穩(wěn)定進(jìn)口渦流。故可以利用振動(dòng)診斷將這種故障鑒別出來。c. 壓縮機(jī)進(jìn)入旋轉(zhuǎn)失速范圍以后，雖然存在壓力脈動(dòng)，但是機(jī)器的流量基本上是穩(wěn)定的，不會(huì)發(fā)生較大幅度的波動(dòng)，這一點(diǎn)與喘振有根本性的不同。d. 旋轉(zhuǎn)失速引起的振動(dòng)，在強(qiáng)度上比喘振要小，但比不穩(wěn)定進(jìn)口渦流要大得多。此外，由于旋轉(zhuǎn)失速引起的機(jī)器振動(dòng)又不同于其他機(jī)械故障的振動(dòng)，轉(zhuǎn)子的不平衡、不對中可能使轉(zhuǎn)子振幅較高，但在機(jī)殼和管道上并不一定感到明顯的振動(dòng)，而屬于氣流激振一類的旋轉(zhuǎn)失速卻與此不同，有時(shí)在轉(zhuǎn)子上測得的振幅雖然還不太嚴(yán)重，然而機(jī)殼和管道（

29、尤其是排氣管道）卻表現(xiàn)出不可忍受的劇烈振動(dòng)。 實(shí)例：供排水廠空壓機(jī)振動(dòng)監(jiān)測報(bào)告99年9月21 日，現(xiàn)場操作人員發(fā)現(xiàn)空氣壓縮機(jī)入口過濾器箱體有間斷的異音，壓縮機(jī)各運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定。該機(jī)組自身配有Bently 7200系列監(jiān)測儀表，機(jī)組結(jié)構(gòu)簡圖見圖1。C T CCCCCC 1 2 3 4 圖1 空氣壓縮機(jī)組結(jié)構(gòu)簡圖我們通過數(shù)據(jù)采集器和全息數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對軸承殼和電渦流數(shù)據(jù)進(jìn)行了采集分析，得出以下兩條結(jié)論：1 機(jī)組振動(dòng)的通頻振動(dòng)值(包括電渦流數(shù)據(jù)和軸承殼數(shù)據(jù))穩(wěn)定，處于一個(gè)良好的趨勢內(nèi)。圖2是C-3點(diǎn)的振動(dòng)趨勢。 圖2 C-3點(diǎn)振動(dòng)趨勢圖2局部點(diǎn)的頻譜圖和全息軸心軌跡發(fā)生變化。圖3為C-3點(diǎn)的振動(dòng)頻譜圖

30、與軸心軌跡圖。 C-3點(diǎn)是壓縮機(jī)的出口(既高壓)側(cè)，在此處發(fā)現(xiàn)明顯的亞異步振動(dòng)信號，頻率為工頻的0.44倍，在軸承殼測取得振動(dòng)能量與工頻相仿，約0.4mm/s;在C-3點(diǎn)測取的電渦流全息軸心軌跡雜亂，與運(yùn)行正常時(shí)穩(wěn)定的圓形軌跡形成鮮明的對比。以上是壓縮機(jī)發(fā)生氣流旋轉(zhuǎn)脫離明顯的特征，再者，操作者發(fā)現(xiàn)的入口過濾器間斷的異音，也是氣流旋轉(zhuǎn)脫離產(chǎn)生的一個(gè)明顯現(xiàn)象。旋轉(zhuǎn)脫離是壓縮機(jī)處于正常運(yùn)行工況與喘振工況之間的一種異常工況，繼續(xù)發(fā)展就造成壓縮機(jī)發(fā)生喘振，發(fā)生事故停機(jī)，所以必須盡快查出造成氣流發(fā)生旋轉(zhuǎn)脫離的原因。 圖3 C-3點(diǎn)頻譜圖與軸心軌跡圖 p 旋轉(zhuǎn)脫離 由圖4可知，在一定轉(zhuǎn)速下，流量的 非穩(wěn) 減

31、少 ， 會(huì)使壓縮機(jī)向非穩(wěn)區(qū)發(fā)展。 穩(wěn)定工況 Q 圖4 壓縮機(jī)性能曲線示意圖 現(xiàn)場透平調(diào)節(jié)閥開度已經(jīng)達(dá)到最大，既壓縮機(jī)在最高轉(zhuǎn)速上運(yùn)行。此時(shí)儀表測試的轉(zhuǎn)速為9030rpm，而通過對壓縮機(jī)工頻頻率的測量，發(fā)現(xiàn)實(shí)際轉(zhuǎn)速為9480rpm。而壓縮機(jī)的排氣量為9000rpm的排氣量，因此，可以確定壓縮機(jī)的實(shí)際排氣量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)排氣量。 打開過濾箱體的人口，使氣流走短路，撇開過濾網(wǎng)直接進(jìn)入壓縮機(jī)，發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)的排氣量幾乎沒有變化。因此，首先排除了過濾網(wǎng)堵塞的可能。從壓縮機(jī)的運(yùn)行趨勢中可知(圖5)，在夏季壓縮機(jī)氣封齒曾發(fā)生過磨擦現(xiàn)象，可以確認(rèn)機(jī)組的效率已有下降。從該機(jī)組的歷史記錄中得知，壓縮機(jī)運(yùn)行周期一般一年左

32、右。所以，我們得出結(jié)論，由于壓縮機(jī)級間氣封齒的磨損，造成設(shè)備排氣量的降低，使壓縮機(jī)運(yùn)行向非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行區(qū)發(fā)展，現(xiàn)在使壓縮機(jī)處于喘振邊緣上運(yùn)行。必須盡快對壓縮機(jī)進(jìn)行大修處理，更換級間氣封齒，以防出現(xiàn)事故停機(jī)和對設(shè)備造成的損傷。 圖5壓縮機(jī)振動(dòng)幅值趨勢氣封齒的使用壽命不應(yīng)如此短暫，說明過濾器對空氣的過濾質(zhì)量太差，應(yīng)對過濾器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，以提高過濾質(zhì)量。在做好準(zhǔn)備后，水廠于10月7日停車對空氣壓縮機(jī)進(jìn)行搶修(儲(chǔ)滿液氮儲(chǔ)罐，防止公用系統(tǒng)出現(xiàn)問題)。利用4天時(shí)間完成了搶修工作，實(shí)際情況說明，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子高壓級氣封齒磨損已相對嚴(yán)重。 在水廠停車搶修過程中，公用系統(tǒng)的大空分裝置(二化)突然事故停車，幸虧水廠氮?dú)?/p>

33、儲(chǔ)備系統(tǒng)有準(zhǔn)備，否則如果無準(zhǔn)備情況下突然停車，會(huì)造成氮?dú)庀到y(tǒng)的停車，損失將是慘重的。 2) 喘振喘振在離心式和軸流式壓縮機(jī)中已為人們所熟知的一種現(xiàn)象，然而在很多情況下，其他一些不穩(wěn)流動(dòng)所造成的機(jī)器故障，往往也會(huì)錯(cuò)誤地認(rèn)為是機(jī)器發(fā)生了喘振（喘振是突變型失速的進(jìn)一步發(fā)展）當(dāng)氣量進(jìn)一步減小時(shí)，壓縮機(jī)整個(gè)流道為氣流旋渦區(qū)所占據(jù)，這時(shí)壓縮機(jī)出口壓力將突然下降，但是較大容量的管網(wǎng)系統(tǒng)壓力并不馬上下降，出現(xiàn)管網(wǎng)氣體向壓縮機(jī)倒流現(xiàn)象。當(dāng)管網(wǎng)中壓力下降到低于壓縮機(jī)出口壓力時(shí)，氣體倒流才停止，壓縮機(jī)又恢復(fù)向管網(wǎng)輸氣。然而，因?yàn)檫M(jìn)氣量的不足，當(dāng)壓縮機(jī)在倒流氣體排出、管網(wǎng)回復(fù)到原來壓力以后，又會(huì)出現(xiàn)整個(gè)流道內(nèi)的旋渦區(qū)

34、。如此周而復(fù)始，機(jī)器和管道內(nèi)的總流量發(fā)生周期性的忽上忽下變化，機(jī)器進(jìn)出口處的壓力也將出現(xiàn)大幅度脈動(dòng)。由于發(fā)生喘振時(shí)氣體在壓縮機(jī)進(jìn)出口處吞吐導(dǎo)流，并且伴隨有巨大氣流吼聲和劇烈的機(jī)器振動(dòng)。這些現(xiàn)象可以從儀表操作的壓力流量振動(dòng)信號大幅度變動(dòng)的記錄上清楚地反映出來，從操作現(xiàn)場也可以立即發(fā)覺得到。由喘振引起的機(jī)器振動(dòng)頻率、振幅與管網(wǎng)容積大小密切相關(guān)，管網(wǎng)容積越大，喘振頻率越低；振幅就越大，一些大容量的機(jī)器喘振頻率多數(shù)小于1Hz。當(dāng)氣量進(jìn)一步減小，進(jìn)入圖示的非穩(wěn)定工況區(qū)，便發(fā)生喘振，喘振的特征明顯，一般情況下會(huì)損傷機(jī)器造成停工。在軸心軌跡上，表現(xiàn)雜亂。 3) 非接觸式密封中的流體激振在討論氣隙激振的機(jī)理中，認(rèn)為引起轉(zhuǎn)子不穩(wěn)定的根本原因，是轉(zhuǎn)子周圍