故障診斷案例選編

旋轉(zhuǎn)機械常見故障診斷實踐案例選編鄭州恩普特設(shè)備診斷工程有限公司2011年2月1.不平衡類故障1.1風機轉(zhuǎn)子不平衡2007年8月15機組情況轉(zhuǎn)速：850-900rpm功率：1300Kw風機葉片數(shù)：11軸承：雙列滾柱軸承型號：SKF22328C3/W33本案例只列出振動較強烈的風機前端（靠近電機端）的振動譜圖，圖1和圖2為風機前端（靠近電機端）軸承振動的時域波形和頻譜圖，圖3和圖4為該測點垂直方向振動波形和頻譜圖。圖1.水平方向振動時域波形：圖2.水平方向振動頻譜圖圖3.垂直方向振動時域波形：圖4.垂直方向振動頻譜圖⑴分析從以上振動的頻譜圖可以看出：振動中具有強烈的一倍頻成分，據(jù)此可以判斷此風機存在不平衡故障。⑵治理措施鑒于上述的檢測和分析結(jié)果，我們建議甲方立即停機，并進行轉(zhuǎn)子動平衡實驗。于8月⑶動平衡后的振動檢測情況完成了動平衡實驗后，風機振動明顯減小，振動的速度有效值由原來的14mm/s降至2mm/s左右，見圖5和圖6。故障排除，機組回復(fù)正常運行。圖5.治理后振動頻譜圖：圖6.治理后振動時域波形⑷案例解析該案例符合平衡故障判別的特征，如強烈的1X特征，振動幅度的分布特征（靠近不平衡截面的測點振動幅度較大），都是正確診斷的重要依據(jù)。對該機組進行的現(xiàn)場動平衡也非常成功，振動幅度的降低很明顯，達到了預(yù)期的目的，從另一個方面證明了高振的主要原因就是轉(zhuǎn)子的平衡問題。1.2汽輪發(fā)電機組振動2010年⑴機組情況及測試方案機組情況：機組結(jié)構(gòu)簡圖及測點布置圖如下：圖1.機組結(jié)構(gòu)簡圖及測點布置圖汽輪機轉(zhuǎn)速為3000rpm，通過聯(lián)軸器等轉(zhuǎn)速發(fā)電機運轉(zhuǎn)。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，選用吸附式加速度傳感器測量。測點選取如圖：①為汽輪機前端軸瓦；②為汽輪機后端軸瓦；③為發(fā)電機前端軸瓦；④發(fā)電機后端軸瓦。測試結(jié)果如下。⑵測試結(jié)果各測點的振動加速度大小如表1所示。表1各測點振動加速度值（g）測點①②③④水平0.6904.0242.7640.762垂直0.5712.4611.5610.694圖2測點②水平方向波形頻譜圖圖3測點②垂直方向波形頻譜圖圖4測點③水平方向波形頻譜圖圖5測點③垂直方向波形頻譜圖⑶測量結(jié)果分析從測量結(jié)果分析，可以得到以下幾點結(jié)論：①聯(lián)軸器兩端振動比較大，汽輪機前端和發(fā)電機后端振動較小?？梢娬駝拥母磻?yīng)在聯(lián)軸器部分；②聯(lián)軸器兩側(cè)的振動除了具有明顯的一倍頻分量外，其二倍頻分量也較為明顯，可能汽輪機軸存在不平衡質(zhì)量，且聯(lián)軸器對中已經(jīng)超過了要求。⑷處理建議對聯(lián)軸器進行精確對中。對汽輪機轉(zhuǎn)子部件進行動平衡（包括清潔除垢、修補缺損等）。⑸案例解析一般來說，聯(lián)軸器不對中的識別原則是：聯(lián)軸器兩側(cè)的振動較大，且存在較為明顯的二倍頻分量。本案例中符合這項識別原則，聯(lián)軸器汽輪機側(cè)的振動值最大，二倍頻特征最明顯，時間波形呈明顯的“w”型。1.3離心式通風機振動天脊中化高平化工有限公司硫化車間一離心式通風機，自2008年1月以來，該機組電機振動較大，連續(xù)更換兩臺電機均無效，振動直接影響到機組的安全生產(chǎn)。本公司應(yīng)邀于2008年2圖1硫化風機機組監(jiān)測示意圖⑴機組概況和測點布置該風機機組是由三相異步電動機直接拖動，風機為懸臂式風機，結(jié)構(gòu)簡圖及測點布置如圖1所示。機組工作轉(zhuǎn)速為1450r/min，功率為160kw，風機流量為87736m3/h，沒有備機。鋼筋混凝土專用基礎(chǔ)，滾動軸承支承。⑵測量結(jié)果振動測量使用鄭州恩普特設(shè)備診斷有限公司研制的PDES設(shè)備狀態(tài)檢測與安全評價系統(tǒng)，測點分布為圖1所示，每個測點測試包括水平方向、垂直方向和軸向。測點1對應(yīng)于電動機前端，測點2對應(yīng)風機后端，測點3對應(yīng)風機前端，各測點振動記錄如表1所示。表1硫化風機振動測量記錄轉(zhuǎn)速1450rpm振動烈度（mm/srms）方向①②③垂直6.92.03.2水平5.82.93.6軸向4.93.4典型測點的波形圖和頻譜圖如圖2所示。圖2典型測點波形圖與頻譜圖⑶診斷分析通過對本次振動數(shù)據(jù)的提取與分析，結(jié)合機組現(xiàn)場實際條件，得出以下結(jié)論：引起電機處振動大的原因是電動機驅(qū)動端靠背輪問題及風機葉片存在一定的不平衡。⑷結(jié)論2008年2月20日上午開始停機首先對風機進行現(xiàn)場動平衡處理，到下午14：⑸案例解析本案例符合轉(zhuǎn)子平衡問題的基本特征，即振動幅度具有明顯的分布特征，在本例中振動幅度最大點為電動機內(nèi)側(cè)測點，判斷為靠背輪質(zhì)量問題定位準確（并不是對中問題，二倍頻分量較?。?/p>

2.轉(zhuǎn)軸彎曲類故障2.1制氧廠風機電機軸故障2010年09月⑴機組情況機組結(jié)構(gòu)簡圖如圖1。圖1冷卻風機簡圖電機轉(zhuǎn)速為1480rpm，額定功率160KW。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，使用吸附式速度傳感器對電機輸出端徑向和軸向振動、風機的徑向振動、電機的安裝基礎(chǔ)振動分別進行了測量。采集參數(shù)設(shè)置為：自由采集，采樣長度1024，采樣頻率789Hz，傳感器選用速度傳感器磁座安裝，測試儀器為PDES-E，測試結(jié)果如下。⑵測試結(jié)果電機輸出端水平、豎直和軸向的波形頻譜圖如圖2、圖3、圖4所示。圖2電機輸出端水平方向波形頻譜圖圖3電機輸出端豎直方向波形頻譜圖圖4電機輸出端軸向波形頻譜圖圖5風機徑向振動波形頻譜圖圖6電機基礎(chǔ)振動波形頻譜圖⑶結(jié)果分析與處理建議①電機兩端振動均超出振動標準，電機輸出端水平方向振動為5.4mm/s,豎直方向振動為8.1mm/s，軸向振動達到7.1mm/s,振動信號以工頻（24.67Hz）為主。②電機基礎(chǔ)水平方向振動為0.8mm/s,豎直方向為2.5mm/s,其豎直方向的振動大于水平方向的振動，其振動頻率24.67Hz，為電機旋轉(zhuǎn)頻率。可見基礎(chǔ)的振動是由電機的振動而引起。③對風機座用傳感器測其相互垂直的兩個方向振動，發(fā)現(xiàn)其徑向振動分別為2.2mm/s和2.4mm/s,風機振動明顯弱于電機振動。④由以上分析，振動的振源主要是電機的振動，電機振動以一倍頻為主且沒有其它高頻成份存在，排除電機軸承的問題，故障的原因可能是電機轉(zhuǎn)子存在平衡問題，如熱彎曲變形、質(zhì)量分布不均勻、轉(zhuǎn)子構(gòu)件結(jié)構(gòu)缺損或結(jié)垢等問題。因此，建議從電機轉(zhuǎn)子部件查找故障，如更換電機主軸或?qū)χ鬏S進行校直處理。同時基礎(chǔ)因振動而遭到破壞，建議檢修中同時強化基礎(chǔ)，使其恢復(fù)穩(wěn)固。最后廠方?jīng)Q定整體更換電動機。⑷處理結(jié)果更換電機后，測量電機輸出軸端的振動波形頻譜圖如圖7、圖8所示。圖7更換電機后電機輸出端水平方向波形頻譜圖圖8更換電機后電機輸出端豎直方向波形頻譜圖從測量圖像和數(shù)據(jù)可以看出，此時電機水平方向振動為0.07mm/s，豎直方向振動為1.5mm/s。遠遠小于更換電機前的振動值，并且已經(jīng)小于允許振動值范圍內(nèi)，可以滿足正常生產(chǎn)。很好的驗證了以上的分析。⑸案例解析明顯的一倍頻分量和較大的軸向振動是軸彎曲的主要振動特征。3.不對中類故障2008年⑴機組情況及測點布置機組參數(shù)：電機：型號Y100L1-4功率：2.2kW額定轉(zhuǎn)速：1420r/min生產(chǎn)廠家：天津市小型電機廠生產(chǎn)日期：2004年調(diào)速方式：電磁調(diào)速測試實際轉(zhuǎn)速：1250r/min鏈輪軸承：滑動軸承P326（2）測試結(jié)果測試結(jié)果見表1。表1測試結(jié)果匯總表測試方向振動烈度mm/srms12345H1.231.301.551.131.30V0.670.811.372.442.09A0.62//0.72/測點4和測點5的時間波形和頻譜圖見圖2-圖5。圖2測點4水平方向振動圖3測點4垂直方向振動圖4測點5水平方向振動圖5測點5垂直方向振動⑶分析及處理意見從各點振動幅值看，4點垂直方向振動最大，其次是5點垂直方向，結(jié)合波形頻譜圖和機組特點，振動主要表現(xiàn)為不對中的特征，考慮到機組中滑差離合器與電機處于懸臂狀態(tài)，這樣當鋁錠對機組產(chǎn)生一個沖擊作用時，就使懸臂部分產(chǎn)生較大的振動，長期下來，就會降低軸承的使用壽命。因此建議在滑差離合器和電機處加強支承。⑷案例解析除了本例所屬原因，從波形具有明顯的調(diào)制現(xiàn)象看，鋁錠對機組沖擊的作用非常明顯，應(yīng)是振動的主要原因。增加支撐剛度有助于降低振動響應(yīng)，但應(yīng)進行必要的計算。

4.基礎(chǔ)松動類故障4.1．風機基礎(chǔ)松動(1)機組情況8月20日，某水泥廠稱，其所屬的一臺風機振動突然加劇，振動量達到10mm/s2(2)振動測試風機兩端軸承處徑向振動特征見圖1-圖4。圖1水平方向振動波形圖2水平方向振動頻譜圖3垂直方向振動波形圖4垂直方向振動頻譜(3)振動分析從此次振動的波形圖和頻譜圖來看，頻譜圖上具有1X、2X、3X等較多的高倍頻部分，具有基礎(chǔ)松動故障的特征。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，確實有一支地角螺栓損壞，出現(xiàn)滑絲現(xiàn)象，無法緊固。(4)建議措施及處理結(jié)果根據(jù)診斷分析結(jié)果，我們建議廠家更換此壞掉的地腳螺栓，但由于更換地腳螺栓需要拆除地基重新埋置新的地腳螺栓，時間限制，我們不能在現(xiàn)場等待更換地腳螺栓后的情況，也就沒有測量新的振動數(shù)據(jù)。后經(jīng)廠家反映，更換地腳螺栓后振動減低，恢復(fù)到正常狀態(tài)。處理后的振動時域波形和頻譜圖如圖5、圖6所示。圖5水平方向振動波形圖6水平方向振動頻譜⑸案例解析水平方向振動較垂直方向大，說明主要原因是基礎(chǔ)剛度差，而豐富的諧波特征，則是松動的表現(xiàn)。更換地腳螺栓同時加固了基礎(chǔ)，因此振動得以有效的控制。

5.齒輪類故障5.1．球磨機變速箱齒輪故障2009年12月19，武漢鑫凌云水泥廠所屬的一臺水泥磨機出現(xiàn)了較大的振動，要求對其進行檢測和振動分析。(1)機組情況及測點布置機組簡圖和測點布置如圖1所示：圖1磨機簡圖及測點位置(2)測量結(jié)果及分析測試中發(fā)現(xiàn)測點3處振動最大，達到20mm/s.。分析測點3處的振動波形圖和頻譜圖如下。從波形圖上看有明顯的拍現(xiàn)象，頻譜圖上也有明顯的邊頻現(xiàn)象，這是齒輪故障的典型圖譜，是齒輪軸旋轉(zhuǎn)頻率和齒輪嚙合頻率調(diào)制的結(jié)果，所以可以斷定這是變速箱齒輪發(fā)生了故障。但由于不得知具體的變速箱參數(shù)，還難以確定具體的故障部位（哪個齒輪發(fā)生了故障）和故障類型，但這已經(jīng)足夠了，判斷出是變速箱中齒輪發(fā)生了故障，就可以對齒輪箱進行檢修。經(jīng)停機檢修，發(fā)現(xiàn)小齒輪存在均勻磨損情況，經(jīng)更換齒輪后振動大大降低，工作狀態(tài)恢復(fù)正常。⑶案例解析典型的齒輪故障特征：沖擊、調(diào)制、邊頻帶。

6.軸承類故障6.1．云南銅業(yè)股份有限公司鍋爐引風機故障診斷（1）機組概述電收塵車間鍋爐引風機（布袋風機），由電動機通過聯(lián)軸器和軸承座帶動風機葉輪轉(zhuǎn)動，葉片數(shù)12，為典型的懸臂風機，介質(zhì)為煙氣尾氣，支承均為滾動軸承。其相關(guān)參數(shù)如下：電機額定功率：250KW電機額定轉(zhuǎn)速：1477r/min電機端軸承型號：N322（負載端）、6322（風扇端）風機端軸承型號：N322（2）測試方案根據(jù)機組特點，對機組軸承處殼體振動信號進行測量提取，共提取4個測點，9個振動通道。測試儀器為鄭州恩普特設(shè)備診斷工程有限公司的設(shè)備狀態(tài)檢測與安全評價系統(tǒng)PDES-E，傳感器主要為速度傳感器，磁座吸附安裝。測點布置圖如圖1。圖1機組簡圖及測點布置⑶測試數(shù)據(jù)測試數(shù)據(jù)見表1。表1測試數(shù)據(jù)匯總表振動烈度mm/srms測點01020304垂直（V）0.590.671.711.38水平（H）0.490.811.790.93軸向（A）0.81下圖為軸承振動的波形和頻譜圖。從本次測量的振動值大小和頻譜圖來看，機組目前處于良好的工作狀態(tài)，沒有明顯故障成分。但，從該機組運行的歷史可知，該機組的軸承經(jīng)常損壞，壽命很短，說明存在其他損壞軸承的因素。本次所測的數(shù)據(jù)，雖然振動值不大，但也初現(xiàn)軸承故障特征。圖2軸承前端水平方向振動特征⑷案例解析從歷史的角度看問題是故障診斷的基本準則之一。一般來說，變化率或累計變化率都能夠正確判斷機器狀態(tài)的變化。本例中振動烈度雖然較小，但沖擊特征很明顯，滾動軸承故障特征初現(xiàn)，說明軸承處于故障初期，屬輕微的沖擊性局部故障。6.2．焦作電廠鍋爐引風機故障診斷⑴測試與分析概況2006年12月5號，焦作一發(fā)電廠鍋爐引風機振動大，尤其在電機端，振動異常，并有較大噪聲，經(jīng)測試分析發(fā)現(xiàn)，在16Hz處振動值0.3mm/s,而在110Hz處振動達到0.8mm/s。該風機轉(zhuǎn)速為960rpm(16Hz)，分析知道，110Hz是略低于7倍頻的頻率，經(jīng)查，該處軸承為滾子軸承，滾子數(shù)量為14，110Hz的頻率正好接近于1/2*14*fr,⑵案例解析判斷滾動軸承故障的簡易方法是，3倍頻以上非整數(shù)倍轉(zhuǎn)速頻率成份是關(guān)注的重點，如本例中特征頻率為6.875倍轉(zhuǎn)速頻率，在滾動體數(shù)目不詳?shù)那闆r下用此法預(yù)估，完全可以滿足現(xiàn)場診斷的需求。

7.機泵的振動分析2010年11月23日，殼牌中國勘探與生產(chǎn)有限公司長北天然氣處理廠有（1）機組情況及測試方案機組結(jié)構(gòu)簡圖及測點布置圖如圖1。圖1機組簡圖及測點布置電機轉(zhuǎn)速為2980rpm，通過聯(lián)軸器等轉(zhuǎn)速帶動泵體運轉(zhuǎn)。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，選用吸附式加速度傳感器測量。測點選取如圖1：①為電機輸前端基礎(chǔ)；②為電機后端基礎(chǔ)；③為電機輸出端軸承處；④為聯(lián)軸器輸出端軸承處；⑤為泵體前段軸承處；⑥為泵體后端殼體。測試結(jié)果如下。⑵測試結(jié)果各測點的振動加速度大小如表1所示（單位：g）表1振動測量數(shù)據(jù)匯總表機組測點①②③④⑤⑥1#機組水平0.5050.2700.5122.3184.073未測垂直0.3710.4660.4853.8994.593未測2#機組水平1.4371.6761.5594.4934.2654.013垂直1.8942.1921.9655.5894.1774.919如下各圖所示為第二號機組部分測點典型的波形頻譜圖。其余圖略去。圖2二號機組泵體前端（測點5）水平方向振動波形頻譜圖圖3二號機組泵體前端（測點5）垂直方向振動波形頻譜圖⑶測量結(jié)果分析從測量結(jié)果分析，可以得到以下幾點結(jié)論：①振動由電機端到泵體端是逐步增大的，在電機端振動較小，從聯(lián)軸器到泵體端振動較大?？梢娬駝拥母磻?yīng)在聯(lián)軸器到泵體這部分。②振動在低頻部分，一、二、三倍頻都比較明顯。可能的振動原因有二：一是聯(lián)軸器對中不夠良好，存在不良運轉(zhuǎn)情況；二是泵的轉(zhuǎn)子（包括葉片）部分存在不平衡情況。③頻率調(diào)制現(xiàn)象也比較明顯?，F(xiàn)場也反映，滾動軸承損壞較頻繁，經(jīng)常更換滾動軸承，這是由于聯(lián)軸器對中狀態(tài)不好和泵體不平衡造成振動，從而破壞了軸承的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，使軸承壽命降低。④兩臺機組振動情況基本一致，第一臺機組振動略小一些，分析及所附簡圖以第二臺為主，第一臺機組情況與此分析報告完全一致。⑷處理建議①對聯(lián)軸器進行精確對中處理，并對泵體轉(zhuǎn)動部件進行動平衡檢驗（包括清潔除垢、修補缺損等）。②檢查軸承狀態(tài)，包括滾動軸承和滑動軸承。更換損壞的軸承。③在此基礎(chǔ)上可以牢固基礎(chǔ)。⑸案例解析機泵結(jié)構(gòu)雖不復(fù)雜，但振動特征還是比較復(fù)雜的。本例中頻譜有幾個特征：以1X到3X的低頻特征，與轉(zhuǎn)子運行狀態(tài)有關(guān)，屬轉(zhuǎn)子相關(guān)振動的頻帶；以3500Hz到4000多Hz的頻帶為滾動軸承相關(guān)振動頻帶。

7.油膜失穩(wěn)故障2008年08（1）機組簡圖及測點布置：圖1合成氣壓縮機1302B結(jié)構(gòu)簡圖和測點布置簡圖（2）測試結(jié)果表1測試結(jié)果方向測點041042043044X24.728.616.545.9Y23.424.516.646.2Z41.134.6//注：X、Y方向分別表示45°和135°方向（從驅(qū)動機側(cè)觀察）；測試轉(zhuǎn)速：10300rpm；機組報警閾值：62um機組連鎖閾值：76um軸位移閾值：041：-0.19mm；042：-0.16mm部分測點數(shù)據(jù)波形和頻譜圖：圖2041X波形頻譜圖3041Y波形頻譜圖4042X波形頻譜圖5042Y波形頻譜圖6043X波形頻譜圖7043Y波形頻譜圖8044X波形頻譜圖9044Y波形頻譜圖10041A波形頻譜圖11042A波形頻譜從各點振動幅值并結(jié)合振動波形和頻譜圖來看，振動問題主要表現(xiàn)在測點041和042，也即問題應(yīng)該發(fā)生在壓縮機上.從振動頻譜圖上看，測點041的兩個徑向測量方向上除了1X（X表示倍頻）外，還有0.44X、2X、3X等頻率成分，軸心軌跡不太規(guī)則，而其軸向頻譜圖上（041A）1－4X都較大，且有0.46X頻率成分和低于0.46X的頻率簇，這可能與軸承油膜失穩(wěn)、軸承摩擦有關(guān)。⑶分析結(jié)論及處理建議綜上所述，本機故障診斷為軸承油膜失穩(wěn)或軸承摩擦。⑷處理建議根據(jù)以上診斷結(jié)果，建議檢修時重點檢查壓縮機軸承安裝情況，查看軸瓦是否存在摩損，以及軸承間隙是否符合技術(shù)要求。⑸案例解析低頻特征是失穩(wěn)的重要判斷依據(jù)。8.摩擦類故障8.1TRT發(fā)電機組摩擦故障⑴機組概述及測點布置河北前進鋼鐵公司安裝了3套TRT機組，主要由TRT透平轉(zhuǎn)子、發(fā)電機和勵磁機組成，為成都發(fā)電機公司生產(chǎn)制造，機組配備有美國本特利公司3300在線監(jiān)測系統(tǒng)。機組運行半年來，1#機組因發(fā)電機靠近聯(lián)軸器端軸振變化過大，無規(guī)律，有時從13um直接上竄到200um，超過預(yù)設(shè)連鎖值，甚至達到本特利監(jiān)測儀表的滿量程，造成該機組出現(xiàn)多次跳車，不能安全、穩(wěn)定、滿負荷、常周期運行，影響正常生產(chǎn)。該機組TRT轉(zhuǎn)子第一臨界轉(zhuǎn)速3800r/min，為剛性轉(zhuǎn)子，由成都發(fā)電機公司制造；發(fā)電