振動(dòng)分析診斷技術(shù)是設(shè)備故障診斷最重要最常用的方法。但在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工作中,常常遇到的最困難的也是最關(guān)鍵的問題是，在使用簡(jiǎn)易診斷儀器〈如振動(dòng)計(jì)〉已經(jīng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在故障的情況下，如何根據(jù)各種振動(dòng)分析儀〈頻譜分析儀〉提供的振動(dòng)波形和頻譜，診斷出設(shè)備的故障類型、部位及嚴(yán)重程度，以便據(jù)此采取相應(yīng)的措施。
一、故障原因
當(dāng)轉(zhuǎn)子質(zhì)量中心偏離轉(zhuǎn)動(dòng)中心時(shí)出現(xiàn)不平衡。造成不平衡的原因通常是：裝配不適當(dāng)、轉(zhuǎn)子上有附加物生成、轉(zhuǎn)子質(zhì)量磨損、轉(zhuǎn)子破裂或丟失部件。
二、頻譜和波形特征
（1）徑向振動(dòng)大
① 基頻有穩(wěn)定的高峰，其他倍頻振幅較小。
② 基頻幅值隨轉(zhuǎn)速增大而增大，這是不平衡的重要特征。
（2）軸向振動(dòng)較小
三、儀器設(shè)置
（1）最高分析頻率。低轉(zhuǎn)速：200Hz。高轉(zhuǎn)速：400Hz。
（2）波形、頻譜、振動(dòng)速度或加速度顯示。
四、診斷
（1）頻域：
① 確認(rèn)頻譜中以穩(wěn)定的基頻分量為主，其他倍頻幅值很小。
② 軸向振動(dòng)比徑向振動(dòng)小得多。
③ 必要時(shí)改變轉(zhuǎn)速，確認(rèn)基頻幅值隨轉(zhuǎn)速增大而增大。
（2）時(shí)域：
① 波形以穩(wěn)定的單一頻率為主，軸每轉(zhuǎn)一周出現(xiàn)一個(gè)峰值。
② 軸向振動(dòng)比徑向振動(dòng)小得多。
五、說明
（1）造成徑向振動(dòng)基頻幅值大的其他故障有：軸不對(duì)中、軸彎曲、機(jī)械松動(dòng)及機(jī)械共振。應(yīng)將它們與不平衡區(qū)分開，在檢測(cè)不平衡之前予以糾正。
（2）若 1×RPM、2×RPM、3×RPM 等分量大，而且垂直方向的振動(dòng)明顯大于水平方向振動(dòng)，可能是基礎(chǔ)松動(dòng)。
（3）若軸向振動(dòng)較大，并且徑向和軸向的 1×RPM、2×RPM、3×RPM 分量較大，可能是軸不對(duì)中。
（4）稍微改變轉(zhuǎn)速，若基頻幅值變化很大，可診斷為機(jī)械共振。
（5）對(duì)于電機(jī)，若基頻幅值大的同時(shí)，其振動(dòng)時(shí)域波形有緩慢調(diào)制現(xiàn)象，可能是機(jī)電
故障，如轉(zhuǎn)子斷條或裂紋。
（6）軸彎曲與不平衡有相似的頻譜特征。區(qū)分的方法是：低速轉(zhuǎn)動(dòng)下檢查轉(zhuǎn)子各部位的徑向跳動(dòng)量，可判斷是否有初始彎曲；在一定轉(zhuǎn)速下改變機(jī)組負(fù)荷，若振動(dòng)隨負(fù)荷和時(shí)間而變化，則可能是局部摩擦、受熱或冷卻不均勻引起的熱彎曲。
實(shí)例 1 離心壓縮機(jī)不平衡
（1）故障情況
某化工廠離心壓縮機(jī)高壓缸的徑向振動(dòng)自 3 月以來呈不斷增長(zhǎng)趨勢(shì)，有的測(cè)點(diǎn)振動(dòng)峰峰值從 27μm 增長(zhǎng)到 50μm，幾乎翻了一番
低壓缸轉(zhuǎn)速為 6446r/min，高壓缸轉(zhuǎn)速為 13175r/min。
（2）診斷
利用監(jiān)測(cè)和診斷系統(tǒng)對(duì)振動(dòng)測(cè)試信號(hào)進(jìn)行分析診斷，振動(dòng)測(cè)點(diǎn)分布高壓缸 5 月 2 日振動(dòng)頻譜。從頻譜圖可以看出，主要頻率分量只有基頻分量一個(gè)，其余倍頻分量均很小，所占比例在 10%以下。軸心軌跡基本上呈圓形，很規(guī)則，波動(dòng)很小，并且為正進(jìn)動(dòng)，即軸心軌跡旋向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同。
為了進(jìn)一步了解情況，將 3 月份以來的轉(zhuǎn)子振動(dòng)數(shù)據(jù)作趨勢(shì)分析，左右軸承大體類似。可以看出，2 倍頻分量振幅基本上沒有變化，振動(dòng)通頻峰-峰值增長(zhǎng)的原因完全是由于基頻振動(dòng)分量的增長(zhǎng)。由該機(jī)器以往的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，引起振動(dòng)增加的原因可能有：①探頭失效，引起測(cè)試數(shù)據(jù)不準(zhǔn)；②轉(zhuǎn)子對(duì)中不良；③壓縮機(jī)高壓缸內(nèi)部氣流不穩(wěn)；④油膜渦動(dòng)；⑤不平衡量增加。
現(xiàn)在根據(jù)上面的分析確定振動(dòng)上升的真正原因。探頭失效不可能造成讀數(shù)增加，因?yàn)楦邏焊姿膫€(gè)徑向振動(dòng)探頭的振幅都有所增加。而且基頻分量明顯增長(zhǎng)的同時(shí) 2 倍頻分量卻保持不變。對(duì)中不良也可排除，因?yàn)閷?duì)中不良的特征是 2 倍頻分量增長(zhǎng)，在振動(dòng)中占較大比重，并且軸心軌跡狹長(zhǎng)。但實(shí)際情況并非如此。壓縮機(jī)內(nèi)部工作氣流不穩(wěn)所激發(fā)的振動(dòng)，一般在頻譜上會(huì)出現(xiàn)一些與轉(zhuǎn)子或其零部件固有頻率有關(guān)的頻率成分，而實(shí)際頻譜上沒有這樣的頻率成分，氣流不穩(wěn)這一條也可排除。又因?yàn)?0.5 倍頻附近沒有明顯的頻率分量，所以也不是
油膜渦動(dòng)。從頻譜上突出的基頻分量，加之圓形軸心軌跡，可以有把握地認(rèn)為，不平衡是振動(dòng)增大的主要原因。另外，趨勢(shì)圖上基頻變化曲線與通頻振動(dòng)峰-峰值變化曲線十分吻合，也表明振動(dòng)增大的原因是不平衡的增大。高壓缸轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高達(dá) 13000r/min 以上，對(duì)轉(zhuǎn)子的微小不平衡量很敏感。根據(jù)以往的運(yùn)行記錄和檢修記錄，認(rèn)為不平衡量增加的可能原因有二：一是轉(zhuǎn)子葉片結(jié)垢或磨損不均勻，當(dāng)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，結(jié)垢或磨損有可能趨于均勻，使振動(dòng)逐漸平緩甚至降低。二是由于機(jī)器基礎(chǔ)熱變形造成轉(zhuǎn)子撓度變形加大，熱變形主要受氣溫影響。綜合上述兩種可能原因，可知振動(dòng)的變化將比較緩慢，不會(huì)突然造成機(jī)器的損壞。診斷結(jié)論為：①振動(dòng)增大主要原因是不平衡量的增加；②振動(dòng)變化比較緩慢，不會(huì)引起突發(fā)事故，只要注意監(jiān)測(cè)，在振幅峰-峰值到達(dá)報(bào)警值以前，不必停車檢修；
③建議下次大修時(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡調(diào)試，以降低振動(dòng)幅值。
三是驗(yàn)證，根據(jù)診斷結(jié)論，機(jī)組繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)了 18 個(gè)月，直至大修。振幅緩慢上升，但未發(fā)生什么故障，未影響生產(chǎn)正常進(jìn)行，監(jiān)測(cè)頻譜中仍只有基頻分量，可見振動(dòng)原因仍是不平衡，未出現(xiàn)新的振源。
實(shí)例 2 壓縮機(jī)不平衡
（1）故障情況
某石化化工廠 C501 機(jī)組壓縮機(jī)大修后進(jìn)行催化劑再生工作時(shí)，振動(dòng)報(bào)警，測(cè)點(diǎn) D位移高達(dá) 68μm，超過允許值 60μm；測(cè)點(diǎn) C（與測(cè)點(diǎn) D 互成 90°）位移在 50～60μm 之間波動(dòng)，測(cè)點(diǎn) A、B（彼此互成 90°）振動(dòng)也較以往增大。
（2）診斷
①用示波器觀察 C、D 及其他測(cè)點(diǎn)振動(dòng)波形，無異常。②用磁帶記錄儀記錄各測(cè)點(diǎn)信號(hào)，進(jìn)行頻譜分析并與運(yùn)行正常時(shí)的頻譜比較，發(fā)現(xiàn)：工頻（255Hz）振幅明顯增大，D 點(diǎn)增大 1.9 倍，C 點(diǎn)增大 1.73 倍。其他頻率分量振幅變化不大，小于工頻的低頻部分和大于工頻部分均未出現(xiàn)新的峰值。據(jù)此診斷為壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)了顯著的不平衡。估計(jì)不平衡由轉(zhuǎn)子上結(jié)垢所致。排除油膜振蕩、不對(duì)中、干磨擦的可能性。
（3）采取措施
①暫不停機(jī)，再維持運(yùn)行 4～5 天，直至催化劑再生工作完成。②密切監(jiān)視振動(dòng)狀態(tài)。③再生完成后解體檢查。
（4）驗(yàn)證
停機(jī)解體檢查證實(shí)，轉(zhuǎn)子和機(jī)殼氣體流道結(jié)垢十分嚴(yán)重，最厚達(dá) 20mm，第一級(jí)吸入口處約 3/4 的流道被堵，垢的主要成分是燒蝕下來的催化劑。清垢后起動(dòng)，各點(diǎn)振動(dòng)值均正常。工廠機(jī)動(dòng)科據(jù)此提出建議：鑒于催化劑再生工作容易產(chǎn)生結(jié)垢，此項(xiàng)工作應(yīng)安排在壓縮
機(jī)大修前進(jìn)行，以避免重復(fù)檢修。
六、對(duì)中故障原因
兩個(gè)相連接的機(jī)器軸線不平行或不重合，一個(gè)或多個(gè)軸承安裝傾斜或偏心，即為不對(duì)中。造成不對(duì)中的原因可以是裝配不當(dāng)，調(diào)整不夠，基礎(chǔ)損壞，熱脹或聯(lián)軸節(jié)鎖死。
七、頻譜和波形特征
（1）軸向振動(dòng)大①1×RPM、2×RPM 甚至 3×RPM 處有穩(wěn)定的高峰，一般達(dá)到徑向振動(dòng)的 50%以上，若與徑向振動(dòng)一樣大或比徑向振動(dòng)更大，表明情況嚴(yán)重。②4～10×RPM 分量小。
（2）徑向振動(dòng)大
①1×RPM、2×RPM 甚至 3×RPM 處有穩(wěn)定的高峰，特別 2×RPM 分量有可能超過 1×RPM 分量。②4～10×RPM 分量小。
（3）時(shí)域波形穩(wěn)定，每轉(zhuǎn)出現(xiàn) 1 個(gè)、2 個(gè)或 3 個(gè)峰，無大的加速度沖擊現(xiàn)象。
八、儀器設(shè)置
（1）最高分析頻率：低轉(zhuǎn)速：200Hz。高轉(zhuǎn)速：1000Hz；
（2）波形，頻譜，振動(dòng)速度或加速度顯示。
九、診斷
（1）頻域①確認(rèn)軸向和徑向在 1×RPM、2×RPM 及 3×RPM 處有穩(wěn)定的高峰，特別注意 2×RPM分量。②4～10×RPM 分量很小。
（2）時(shí)域
確認(rèn)以穩(wěn)定的周期波形為主，每轉(zhuǎn)出現(xiàn) 1 個(gè)、2 個(gè)或 3 個(gè)峰值。沒有大的加速度沖擊現(xiàn)象。若軸向振動(dòng)與徑向振動(dòng)一樣大或比徑向更大，表明問題嚴(yán)重。
十、說明
（1）在確認(rèn)不對(duì)中的若干特征時(shí)，若顯示出下列現(xiàn)象之一，則可能是機(jī)械松動(dòng)：軸向振動(dòng)??；4～10×RPM 分量較大；
時(shí)域波形雜亂，無明顯峰值。
（2）在診斷為不對(duì)中時(shí)，若 1×RPM 分量比其他分量占優(yōu)勢(shì)，可能是角不對(duì)中。
（3）若時(shí)域波形不穩(wěn)定或顯示出有較大沖擊現(xiàn)象，可能是其他故障。
（4）對(duì)于電機(jī)，若基頻及其他倍頻分量大的同時(shí)，其振動(dòng)波形有調(diào)制現(xiàn)象，或基頻處出現(xiàn)邊頻，可能存在機(jī)電方面的故障，如轉(zhuǎn)子斷條或軸承傾斜導(dǎo)致的偏心。
（5）關(guān)于皮帶輪不對(duì)中問題。
實(shí)例 1 壓縮機(jī)組對(duì)中不良
（1）故障情況
某化工廠壓縮機(jī)組。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 1500r/min，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速 7758r/min。3號(hào)測(cè)點(diǎn)位移 150μm，速度峰值 9mm/s，均超過允許值。
（2）診斷
3 號(hào)測(cè)點(diǎn)位于齒輪箱頂蓋上，由于頂蓋不直接壓在軸承蓋上，而且箱蓋剛度不很高，所以傳遞途徑對(duì)振動(dòng)影響較大。為此，將測(cè)點(diǎn)調(diào)整到軸承座的基座 8 號(hào)測(cè)點(diǎn)位置。8 號(hào)測(cè)點(diǎn)的位移和速度頻譜圖，2×RPM（50Hz）分量幅值很大，甚至超過 l×RPM ，3×RPM 幅值也較大，
說明該軸承座振動(dòng)異常。考慮到 8 號(hào)測(cè)點(diǎn)前面有聯(lián)軸節(jié)，故診斷為電機(jī)與齒輪箱的聯(lián)軸節(jié)對(duì)中不良。
（3）驗(yàn)證：
停機(jī)后對(duì)聯(lián)軸節(jié)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，對(duì)中超差甚大，垂直方向兩軸中心偏移達(dá) 0.15mm，電機(jī)中心較高。降低電機(jī)中心后開機(jī)，3 號(hào)點(diǎn)位移減為 6μm，速度峰值減為 3mm/s，其他各點(diǎn)振幅也平均降低 25%。8 號(hào)測(cè)點(diǎn)對(duì)中以后的位移和速度頻譜，可以看到，2×RPM和 3×RPM 分量已基本消失。
（1）故障情況
某煤礦-電機(jī)-發(fā)電機(jī)（M-G）機(jī)組7#軸承處溫度監(jiān)測(cè)指示超標(biāo)，操作者將溫度升高歸因于不平衡增大，要求作現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡。
（2）診斷
①首先用測(cè)振儀測(cè)量總振動(dòng)水平，并與 ISO2372 速度標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照，以確定機(jī)器狀態(tài)。測(cè)量結(jié)果列入。雖然總的振動(dòng)水平并不能表明溫度超標(biāo)的原因，但 7#、8#軸承軸向振動(dòng)大于徑向振動(dòng)，值得注意。
②對(duì)軸承振動(dòng)作頻譜分析。由譜圖可以看出，軸向振動(dòng)各頻率分量分別大于水平振動(dòng)各頻率分量，軸向振動(dòng) 3×RPM 分量甚至超過基頻分量。
綜合以上兩點(diǎn)，診斷結(jié)論為：機(jī)組對(duì)中不良，造成軸承上產(chǎn)生很大的卡緊力，它相當(dāng)于一個(gè)單向載荷，是溫度升高的根源所在。
圖 3-12 機(jī)組軸承振動(dòng)頻譜（工作轉(zhuǎn)速 748r/min）
（3）驗(yàn)證
停機(jī)檢查對(duì)中情況，發(fā)現(xiàn)機(jī)座一端下沉，造成轉(zhuǎn)子軸頸軸線不對(duì)中超標(biāo)。經(jīng)重新對(duì)中后，開機(jī)運(yùn)行正常，7#軸承處溫度超標(biāo)問題得以解除。
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