機(jī)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(jī)運(yùn)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(qiáng)振發(fā)生，有時透平前后兩端測點(diǎn)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(diǎn)振值較小時和強(qiáng)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(diǎn)。圖1-7 1*軸承的測點(diǎn)頻譜變化趨勢時圖1-8測點(diǎn)振值較小時的波形與頻譜【対啊M圖1-9測點(diǎn)強(qiáng)振時的波形和頻譜 正常時，機(jī)組各測點(diǎn)振動均以工頻成分 (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

2、小但不穩(wěn)定的69.8Hz (相當(dāng)于0.49 X )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(diǎn)出現(xiàn)很大的0.49 X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 X左右的比例關(guān)系。(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(qiáng)振時，軸心軌跡的重復(fù)性明顯變差，說明機(jī)組在某些隨機(jī)干擾因素的激勵下， 運(yùn)行開始失穩(wěn)。(5) 隨著強(qiáng)振的發(fā)生，機(jī)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

3、解到，壓縮機(jī)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(diǎn)，判斷故障原因為油膜渦動。根據(jù)機(jī)組運(yùn)行 情況，建議降低負(fù)荷和轉(zhuǎn)速，在加強(qiáng)監(jiān)測的情況下，維持運(yùn)行等待檢修機(jī)會處理。生產(chǎn)驗證：機(jī)組一直平穩(wěn)運(yùn)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(yùn)行一直正常。例2:催化氣壓機(jī)油膜振蕩某壓縮機(jī)組配置為汽輪機(jī)十齒輪箱+壓縮機(jī)，壓縮機(jī)技術(shù)參數(shù)如下：工作轉(zhuǎn)速：7500r/min出口壓力：I.OMPa 軸功率：1700kW 進(jìn)口流量： 220m3 /min 進(jìn)口壓力：0.115MPa轉(zhuǎn)子第一臨界轉(zhuǎn)速：2960r/min1986年7月，氣壓機(jī)在運(yùn)

4、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(jī)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(jī)前更差。氣壓機(jī)前端軸振動值達(dá)到185卩m其中47Hz幅值為181卩m, 125Hz幅值為42卩m如圖1-10 (a)所示。氣壓機(jī)后端軸振動值為115卩m 其中47Hz幅值為84卩m 125Hz幅值為18卩m,如圖1-10 (b)所示。軸心軌跡為畸形橢圓。氣壓機(jī)前后軸承座水平方向振動劇烈，分別達(dá)到3

5、9卩m 29卩圖1-10氣壓機(jī)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(jī)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47Hz,但振幅非常大，低頻分量為179卩m而工頻分量只有 40卩診斷意見：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

6、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(jī)組損壞，所以必須立即停機(jī)檢修處理。生產(chǎn)驗證：停機(jī)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(jī)組， 47Hz的低頻分量不再出現(xiàn)，油膜振蕩故障消失。_ 7VirZrntnnm loW20(/mm5WUcinn 三潑鷹S*il 60 (nun 更？伽怕 聞l mmT$SO 耐 nun 4 硒fmiBWMr min $丁20 rAnin 也剛伽F -.UUkr/mm 詢 Frrvii JIMJi mm一

7、 -j 亠A-JLIfgq亠川”一-4壬小iiq苗如eoso100 1201401100I io Jffl/Ilf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(jī)組，在檢修后，運(yùn)行了140多天，高壓缸振動突然升到報警值而被迫停車。在機(jī)組運(yùn)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ALS-16000離心式氨壓縮機(jī)組，

8、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3,由軸的不平衡振動引起。55Hz為油膜振蕩頻率Q。當(dāng)轉(zhuǎn)速升至8760r/min(146Hz)時，油膜振蕩頻率Q的幅值巳超過轉(zhuǎn)速頻率幅值，見圖6 22(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 3(146Hz)和Q(56.5Hz)之外，還存在其他頻率成分；這些成分是；主軸振動頻率3和油膜振蕩頻率Q的 一系列和差組合頻率。例4 某公司一臺空氣壓縮機(jī)，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)5055

9、卩m,大大超過允許值 33卩m,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(diǎn)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(jī)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(jī)檢查,發(fā)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0.18

10、mm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(jī)器在運(yùn)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(jī)器投運(yùn)后恢復(fù)正常，低壓缸兩端軸承的總振值下降到20卩m,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) 。? 例 5? 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(jī)開機(jī)不久，發(fā)生陣發(fā)性強(qiáng)烈吼 叫聲，最大振值達(dá) 17mm/s (正常運(yùn)行時不大于 2 mm/s)，嚴(yán)重威脅機(jī)組的正常運(yùn)行。對振動的信號作頻譜分析。正常時，機(jī)組振動以轉(zhuǎn)頻為主。陣發(fā)性強(qiáng)烈吼叫時，振動頻譜圖中出現(xiàn)很大振幅的0.5 X轉(zhuǎn)頻成分，轉(zhuǎn)頻振幅增加不大?；谶@個分析，判定機(jī)組的振動超標(biāo)是軸承油膜渦動所引起，并導(dǎo)致了動靜件的摩擦觸碰?，F(xiàn)場工程技術(shù)人員根據(jù)這個