故障診斷4-旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動監(jiān)測與診斷

0旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動及故障概論4.1、旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動及故障概論1)機(jī)械設(shè)備振動的特點(diǎn)：

4.1.1旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動及故障概論

振動存在的廣泛性；振動監(jiān)測的有效性；振動的可識別性；振動識別的復(fù)雜性。12)振動信號的系統(tǒng)特征

故障振動特征不僅取決于故障，而且還受到系統(tǒng)特性的影響，從系統(tǒng)的觀點(diǎn)來分析，有利于對問題進(jìn)性描述。系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系表達(dá)為：旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動及故障概論24.1.2轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、轉(zhuǎn)子振動和轉(zhuǎn)子故障的分類

按轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在坐標(biāo)平面內(nèi)發(fā)生的振動形式分為如下三種：橫向振動---振動發(fā)生在包括轉(zhuǎn)軸的橫向平面內(nèi)；軸向振動---振動發(fā)生在轉(zhuǎn)軸的軸線方向上；扭轉(zhuǎn)振動---沿轉(zhuǎn)軸軸線發(fā)生的扭振；旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障所激發(fā)的振動多為橫向振動。以臨界轉(zhuǎn)速為分界可把轉(zhuǎn)子系統(tǒng)分為兩種：剛性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)---工作轉(zhuǎn)速在（一階）臨界以下的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)；柔性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)---工作轉(zhuǎn)速在（一階）臨界轉(zhuǎn)速以上的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動及故障概論3

按轉(zhuǎn)子類型及其振動性質(zhì)不同，可將旋轉(zhuǎn)機(jī)械主要故障作以下分類，見下圖：：旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動及故障概論44.2、診斷信息的表達(dá)與分析4.2.1波形分析法

波形分析方法主要是通過觀察振動波形的特征來獲取診斷信息。診斷信息的表達(dá)與分析54.2.2頻譜分析法

頻譜圖是用頻譜分析法提取診斷信息的一種方法，常采用FFT來對采樣序列進(jìn)行計算。診斷信息的表達(dá)與分析61）幅值譜及相位譜振動信號中主要由哪些頻率成分及諧波分量所組成；組成的諧波分量中哪些頻率成分的幅值最為突出，這提示著和故障的某種關(guān)系。診斷信息的表達(dá)與分析72）階比幅值譜將頻譜圖中的頻譜軸（橫坐標(biāo)）改用工作頻率的倍數(shù)來表示，而縱坐標(biāo)仍表示幅值，稱為階比幅值譜。診斷信息的表達(dá)與分析83）(自)功率譜信號自功率譜表示信號樣本中所含能量沿頻率軸的分布狀況。多用于隨機(jī)信號分析中。診斷信息的表達(dá)與分析94.2.3軸心軌跡分析法

1）軸心軌跡的測量采集兩個相互垂直的方向上軸心相對于軸承的位移信號，將信號放大并消除直流分量后即可在示波器上或x-y繪圖儀上合成為軸心軌跡。診斷信息的表達(dá)與分析102）軸心軌跡的分析方法軸心軌跡的形狀軸心軌跡的形狀與機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)及發(fā)生故障的類型有密切關(guān)系，主要包括幾種典型軸心軌跡圖。不平衡--不平衡引起的軸心軌跡理論上應(yīng)為圓形，但由于軸承油膜剛度在x、y方向上的差別，以及其他一些因素的影響，實(shí)際上是一個橢圓。如下圖為汽輪發(fā)電機(jī)過程中的基頻分量的仿真軸心軌跡圖。診斷信息的表達(dá)與分析11不對中--不對中軸心軌跡主要由二倍頻、四倍頻諧波分量由計算機(jī)仿真合成。下圖為存在不同程度不對中缺陷時的軸心軌跡。隨著不對中的增大，軌跡由橢圓變?yōu)橄憬缎?，最后變?yōu)椤?”字形。亞同步振動—由于渦動頻譜并非恰為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率的一半以及內(nèi)摩擦失穩(wěn)等原因造成的。診斷信息的表達(dá)與分析12油膜渦動軸心軌跡再線顯示診斷信息的表達(dá)與分析13油膜渦動軸心軌跡提取

診斷信息的表達(dá)與分析14油膜振蕩軸心軌跡

診斷信息的表達(dá)與分析15轉(zhuǎn)子與靜止部件的碰撞和摩擦--圖a、b、c、d為轉(zhuǎn)子與靜止件產(chǎn)生不同程度的碰撞和摩擦?xí)r的軸心軌跡。診斷信息的表達(dá)與分析16軸心軌跡的旋轉(zhuǎn)方向若軸的旋轉(zhuǎn)方向與軸心軌跡旋轉(zhuǎn)方向一致，稱為正向進(jìn)動；反之，稱為逆向進(jìn)動。一般情況下為正向進(jìn)動。轉(zhuǎn)子和定子之間的干摩擦和某些具有螺旋槳的旋轉(zhuǎn)機(jī)械由于葉片的動力作用，則會產(chǎn)生逆向進(jìn)動。

軸心軌跡的穩(wěn)定性一般情況下，軸心軌跡保持穩(wěn)定。一旦發(fā)生形狀大小的變化或軌跡紊亂，則提示著機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)已發(fā)生了變化或進(jìn)入異常狀態(tài)。

診斷信息的表達(dá)與分析174.2.4轉(zhuǎn)速跟蹤分析方法

轉(zhuǎn)速跟蹤分析方法設(shè)備診斷分析包括：穩(wěn)態(tài)分析方法；轉(zhuǎn)速跟蹤分析法。

1）奈奎斯特(Nyquist)圖和波德(Bode）圖奈奎瑟特圖是極坐標(biāo)表示法，取振動信號基頻分量的幅值為極坐標(biāo)的模，基準(zhǔn)相位角為幅角，構(gòu)成極坐標(biāo)平面上的一個點(diǎn)。波德圖是各轉(zhuǎn)速下基頻分量的幅值和基準(zhǔn)相位角分別繪制在轉(zhuǎn)速-幅值和轉(zhuǎn)速-相位兩個直角對數(shù)坐標(biāo)系的圖上。182）瀑布圖和坎貝爾圖瀑布圖又稱瀑陣圖是將振動信號的功率譜或幅值譜隨著轉(zhuǎn)速的變化疊置而成的三維譜圖。轉(zhuǎn)速跟蹤分析方法19坎貝爾圖是橫坐標(biāo)為轉(zhuǎn)速，縱坐標(biāo)為頻率，斜線為各倍頻分量頻率的階次比f/fr。轉(zhuǎn)速跟蹤分析方法204.2.5統(tǒng)計分析方法

統(tǒng)計分析方法是對振動信號中各頻率分量的綜合影響用統(tǒng)計方法進(jìn)行量化處理的一種方法。

1）常用的診斷指標(biāo)振動峰－峰值（Ρ－Ρ值）：常用的峰－峰值為振動位移和加速度的峰－峰值xp-p和ap-p；統(tǒng)計分析方法21振動烈度（振動速度的均方根，或有效值）vrms。vrms是根據(jù)振動速度曲線的均方根值求出的；

振動烈度表征著振動的威力或破壞能力，故稱振動烈度。它是一種比較敏感的診斷指標(biāo)，廣泛應(yīng)用于各種測振標(biāo)準(zhǔn)中，特別在設(shè)備的簡易診斷中應(yīng)用最為廣泛。統(tǒng)計分析方法22無量綱指標(biāo)。波形指標(biāo)峰值指標(biāo)脈沖指標(biāo)裕度指標(biāo)均方根值樣本的絕對平均值統(tǒng)計分析方法23功率譜圖導(dǎo)出的診斷指標(biāo)譜圖均方值譜圖重心峰值指標(biāo)譜圖方差MS，C及R用于描繪譜圖主峰位置的變化，而V則用于描述譜圖能量分布的分散程度。實(shí)踐表明，計算上述診斷指標(biāo)比計算功率譜快且比較敏感。統(tǒng)計分析方法244.3、旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的簡易診斷方法

簡易法是通過便攜測振儀拾取信號，并直接由信號的某些參數(shù)或統(tǒng)計量構(gòu)成診斷指標(biāo)。

4.3.1振動信號的測定

1）正確地選擇測定方式和測定參數(shù)低頻范圍(10~100Hz):位移參數(shù)（xp-p，xp，xrms

等）；

中頻范圍(10~1000Hz):速度參數(shù)（xrms

等）；

高頻范圍(>1kHz):加速度參數(shù)（arms

，ap-p等）；

簡易診斷方法252）合理地布置測點(diǎn)主要測點(diǎn)布置：反映振動特征最敏感的部位即軸承部位；

輔助測點(diǎn)的布置：可布置在機(jī)殼、箱體、基礎(chǔ)等部位（參看課本p83）；

測定振動時的注意事項(xiàng)：應(yīng)遵循如下原則，即每次測量要在同一測點(diǎn)進(jìn)行，否則會因傳遞通道不同造成結(jié)果誤差；其次，保證工況相同；測量的參數(shù)相同；使用的儀器和測量方法相同。簡易診斷方法263）選擇合適的測定周期高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械（壓縮機(jī)、透平機(jī)）：每月測定；

一般旋轉(zhuǎn)機(jī)械（風(fēng)機(jī)、水泵、機(jī)床等）：每月測定；

測點(diǎn)方向選擇:低頻振動一般都要從徑向水平、徑向垂直和軸向三個方向來評定振動狀況，這是因?yàn)檩d荷的影響和故障的變化，造成測點(diǎn)的三個方向的振動不一樣，總有一個或兩個方向反應(yīng)敏感。簡易診斷方法274.3.2簡易診斷方法原理

1）統(tǒng)計分析法和劣化趨勢圖位移峰－峰值xp-p及振動烈度vrms用得最多。

按規(guī)定的周期，將測定的數(shù)據(jù)（統(tǒng)計量）按時間順序排列即可獲得劣勢趨勢圖，并可識別和預(yù)測設(shè)備的狀態(tài)。簡易診斷方法282）簡易診斷判別標(biāo)準(zhǔn)的制定綠區(qū)：正常使用，狀態(tài)良好；黃區(qū)：過渡狀態(tài)，注意維護(hù)；紅區(qū)：嚴(yán)重危險，隨時停機(jī)。設(shè)備劣化曲線。

簡易診斷方法29絕對標(biāo)準(zhǔn)

將測定的數(shù)據(jù)或統(tǒng)計量直接與標(biāo)準(zhǔn)閾值相比較以判斷設(shè)備所處的狀態(tài)。簡易診斷方法相對標(biāo)準(zhǔn)

相對標(biāo)準(zhǔn)是以正常狀態(tài)的測定值為初值，以當(dāng)前實(shí)測數(shù)據(jù)達(dá)到初值的倍數(shù)為閾值來判斷設(shè)備當(dāng)前所處的狀態(tài)。

相對標(biāo)準(zhǔn)中初值的確定極為重要，一般至少要取六個有效數(shù)據(jù)進(jìn)行平均后作為初值。30類比標(biāo)準(zhǔn)

對同規(guī)格型號、同運(yùn)行工況的若干設(shè)備，在缺乏必要的標(biāo)準(zhǔn)時可采用類比標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行狀態(tài)判別。

類比標(biāo)準(zhǔn)：對數(shù)臺設(shè)備的同一部位進(jìn)行測定，并對測定值進(jìn)行相互比較，而判定某臺設(shè)備是否發(fā)生異常。

類比標(biāo)準(zhǔn)只能用于結(jié)構(gòu)及工況比較簡單的小型機(jī)械上（如水泵）。對于大型高速的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其可比的條件相差很大，不宜采用類比標(biāo)準(zhǔn)。方法優(yōu)先順序：絕對標(biāo)準(zhǔn)>相對標(biāo)準(zhǔn)>類比標(biāo)準(zhǔn)簡易診斷方法31簡易診斷案例：1）設(shè)備簡圖及測點(diǎn)布置：各測點(diǎn)均配置渦流式位移傳感器2）故障簡況：T1發(fā)現(xiàn)中壓氣缸進(jìn)口端測點(diǎn)4表頭顯示軸振動優(yōu)19um增至65um，超過預(yù)設(shè)報警值38um，跳車停機(jī)。為避免貿(mào)然停機(jī)，采用Vm-63便攜式振動計進(jìn)行監(jiān)測。簡易診斷方法323）監(jiān)測方法：

振動計用于監(jiān)測軸承的絕對振動。測量中以中壓缸的進(jìn)口端3，測定餐位為vrms及xp-p，并分別測試垂直（V)和水平（H）兩個方向的數(shù)據(jù)。

根據(jù)監(jiān)測趨勢圖，測點(diǎn)振動數(shù)據(jù)基本保持穩(wěn)定，而未超出給定的閾值。4）趨勢圖分析：

大修檢查結(jié)果：中壓缸止推軸承推力盤磨損，副推力瓦基破裂，因而引起振動。此外，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子與隔板摩擦造成轉(zhuǎn)子失衡而加劇了振動。簡易診斷方法334.4、精密診斷方法與典型故障分析4.4.1精密診斷方法原理

故障診斷需要通過診斷信息所提供的振動特征與典型故障的振動特征相互聯(lián)系才能對故障的類型、性質(zhì)和產(chǎn)生的部位和原因進(jìn)行識別，為診斷決策提供依據(jù)。

精密診斷方法與典型故障34精密診斷方法的核心問題是振動特征的模式識別，通過從診斷信息中提取若干（n個）診斷指標(biāo)（統(tǒng)計量）構(gòu)成一個n維向量，即特征向量。

模式識別基本原理：

模式識別把待檢模式Xt與k種典型故障模式Xi（i=1，2，…,k)進(jìn)行比較、分類的方法。精密診斷方法與典型故障35模式識別方法分類：直接觀察法；

把待檢模式的典型特征與典型模式的特征進(jìn)行直觀的比較、分析后進(jìn)行分類，以確定故障的類型、性質(zhì)、原因和部位等。計算機(jī)輔助診斷法；

模式識別理論基礎(chǔ)—聚類分析法；以計算機(jī)為基礎(chǔ)的新方法主要有：時序診斷法；模糊診斷法；灰色系統(tǒng)診斷法等，主要用于解決模式邊界不太清晰的問題。計算機(jī)自動識別法。

計算機(jī)自動識別法又稱故障診斷專家系統(tǒng)，通過將專家知識和各種故障診斷信息掌握在知識庫中，由計算機(jī)自動識別。精密診斷方法與典型故障36精密診斷方法與典型故障374.4.2旋轉(zhuǎn)機(jī)械的典型故障分析

典型故障的振動特征是旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障模式識別的必要條件。

1）轉(zhuǎn)子不平衡（失衡）及原因材料和結(jié)構(gòu)問題；安裝問題；配合松動；軸彎曲或軸變形（受熱不勻，水平存放過久等)；運(yùn)行過程中旋轉(zhuǎn)零件磨損、腐蝕、剝落或介質(zhì)沉積不勻；旋轉(zhuǎn)零件的斷裂。精密診斷方法與典型故障38精密診斷方法與典型故障轉(zhuǎn)子不平衡的振動分析設(shè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的角速度為ω，則有：因不平衡產(chǎn)生的離心力為：39精密診斷方法與典型故障離心力在x，y軸上的分量分別為：所以，在x，y方向的激振力基本相同，相角相差90。。因此，任選一方向研究即可。振動微分方程式表示為：歸一化后得：40精密診斷方法與典型故障其中：為阻尼系數(shù)；稱為轉(zhuǎn)子系統(tǒng)自振頻率（固有頻率）。方程的通解為：暫態(tài)解穩(wěn)態(tài)解41精密診斷方法與典型故障系統(tǒng)響應(yīng)為：幅頻響應(yīng)函數(shù)：相頻響應(yīng)函數(shù)：42精密診斷方法與典型故障說明：1）幅頻和相頻函數(shù)均受阻尼因數(shù)ξ的影響。阻尼值越大共振峰值越低，當(dāng)ξ=0.7時，共振峰消失。2）當(dāng)臨界轉(zhuǎn)速時，相角ψ與阻尼無關(guān)且ψ

=π/2。當(dāng)轉(zhuǎn)子超越臨界轉(zhuǎn)速運(yùn)行時與低臨界轉(zhuǎn)速時相比，其相角趨于相反。43轉(zhuǎn)子不平衡的振動分析頻率特征振動的激振頻率為單一的旋轉(zhuǎn)頻率（即工作頻率），而無其他倍頻成分；相位特征在工作頻率下相位穩(wěn)定；轉(zhuǎn)速跟蹤動態(tài)特征在單自由度模型情況下，轉(zhuǎn)子啟動時，振幅隨轉(zhuǎn)速之增大而增大。臨界轉(zhuǎn)速出現(xiàn)峰值，超過臨界轉(zhuǎn)速，振幅趨于定值，即偏心值；精密診斷方法與典型故障44精密振動的注意事項(xiàng)注意剛性轉(zhuǎn)子和柔性轉(zhuǎn)子的區(qū)別；注意轉(zhuǎn)子不平衡與基礎(chǔ)共振的區(qū)別；采用渦流式位移傳感器時，區(qū)別軸彎曲及軸頸橢圓度對振幅的影響；2）轉(zhuǎn)子不對中

轉(zhuǎn)子不對中指轉(zhuǎn)子中心與軸承中心不對中，或多轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中各轉(zhuǎn)子的軸線不對中。精密診斷方法與典型故障45轉(zhuǎn)子不對中的類型及不對中的危害導(dǎo)致滾動軸承滾動體載荷的不均而產(chǎn)生振動噪聲、過度磨損或軸承卡死；滑動軸承油膜動壓失穩(wěn)而導(dǎo)致半速渦動和油膜振蕩；嚴(yán)重的不對中直接導(dǎo)致油膜破裂而燒損軸瓦；機(jī)床不對中引起頸項(xiàng)及軸向的振動降低加工精度。精密診斷方法與典型故障46產(chǎn)生不對中原因的分析產(chǎn)生轉(zhuǎn)子不對中的原因主要有以下幾方面轉(zhuǎn)子及支座安裝不良；軸承支座由不均勻膨脹引起變形；地基下沉；由不對中引起的轉(zhuǎn)子振動特征振動形態(tài)的特征平行不對中—頸向振動，角度不對中—徑向和軸向振動；綜合不對中。振動頻率的特征剛性聯(lián)軸器及齒輪聯(lián)軸器，徑向激振頻率以基頻及二倍和四倍頻率為主，尚伴有高次倍頻。轉(zhuǎn)速跟蹤幅值動態(tài)變化特征不對中振動幅值對轉(zhuǎn)速的變化不敏感，因此影響不太明顯。精密診斷方法與典型故障47不對中的診斷方法簡易診斷可以以軸向振動為標(biāo)志進(jìn)行判斷；精密診斷時主要以分析FFT譜或功率譜中二倍頻或四倍頻成分來判定不對中；為區(qū)別與其他故障與不對中二倍頻故障特征，可采用全息譜方法。精密診斷方法與典型故障483）基座或裝配松動

基座或裝配松動常和轉(zhuǎn)子不平衡相伴生，表現(xiàn)為非線性的振動特征。其振動形式以徑向垂直振動為主。從譜分析中可以發(fā)現(xiàn)其激振頻率除基頻fr

外，還存在高次諧波成分3×fr

、5×fr、7×fr

及分?jǐn)?shù)諧波成分（0.3~0.5）×fr

等。當(dāng)增速時振幅變化有跳躍現(xiàn)象，即突然增大或減小。如下圖所示：精密診斷方法與典型故障494）油膜渦動及油膜振蕩油膜失穩(wěn)故障機(jī)理：載荷與油膜動壓平衡與失衡的動態(tài)作用。精密診斷方法與典型故障50油膜渦動特點(diǎn)：渦動理論速度為：Ω=ω/2，實(shí)際渦動速度為：Ω=(0.42-0.48）ω，--半速渦動當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到2倍臨界轉(zhuǎn)速時（ω=2ωc），將發(fā)生渦動共振—渦動頻率與旋轉(zhuǎn)頻率無關(guān)。渦流軌跡呈螺旋線發(fā)散；由于偏心距增加，使油膜剛度進(jìn)入非線性區(qū)導(dǎo)致渦流軌跡形成極限環(huán)。穩(wěn)定渦動時軸心軌跡為封閉的8字形；當(dāng)油膜振蕩時其渦動頻率與轉(zhuǎn)速無關(guān)而等于轉(zhuǎn)子的一階自振頻率。精密診斷方法與典型故障515）旋轉(zhuǎn)失速和喘振故障發(fā)生的機(jī)理：流體機(jī)械，由于工藝參數(shù)調(diào)整不當(dāng)引起；是由于渦流堵塞葉片通道而產(chǎn)生的氣流脈沖振動。

特點(diǎn)：渦流堵塞氣團(tuán)是逐漸發(fā)展和傳播的，其方向與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反。

類型：漸變型和突發(fā)型。當(dāng)突發(fā)型旋轉(zhuǎn)失速進(jìn)一步發(fā)展時，整個出口管道為渦流所堵塞，造成出口壓力突然下降，同時管道內(nèi)氣流向壓縮機(jī)倒流。由此所引起的管網(wǎng)的巨大脈動沖擊和強(qiáng)烈振動所發(fā)出的低頻噪聲，稱為喘振。精密診斷方法與典型故障52

特征：旋轉(zhuǎn)失速的頻率約為0.5~0.8fr；而喘振頻率一般與旋轉(zhuǎn)頻率無關(guān)，而與網(wǎng)管的容積有關(guān)，一般均低于1Hz。精密診斷方法與典型故障53一、軸彎曲分析案例某公司一臺200MW汽輪發(fā)電機(jī)組，型號為C145／N200／130／535／535，型式為超高壓、中間再熱單抽冷凝式。1982年11月投產(chǎn)，1994年首次大修，至高壓轉(zhuǎn)子發(fā)生彎軸故障前，已運(yùn)行近6年，共進(jìn)行過7次小修。在長期的運(yùn)行中，該機(jī)高壓轉(zhuǎn)子振動一直保持在較好范圍，軸承振動小于10μm，軸振動小于100μm。1998年在一次熱態(tài)起動時#2、#3軸、#1、和#2軸承振動出現(xiàn)短時突增，被迫打閘；再次沖車后并網(wǎng)運(yùn)行。并網(wǎng)后，#2軸和#1、#2軸承振動雖然仍處于良好范圍，但其振動有明顯增大趨勢，經(jīng)連續(xù)觀察運(yùn)行近一月，也未能恢復(fù)至以前運(yùn)行時的振動水平。為此，結(jié)合該機(jī)歷史振動數(shù)據(jù)、停機(jī)前后振動數(shù)據(jù)及運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行診斷分析。54圖振動歷史歷程曲線1——停機(jī)前1#軸承振動≤1μm，熱態(tài)啟動后，為6μm曲線2——停機(jī)前2#軸承振動≤6μm，熱態(tài)啟動后，為16～18μm曲線3——停機(jī)前3#軸承振動≤80μm，熱態(tài)啟動后，為120～140μm(1)振動趨勢歷史數(shù)據(jù)55在長期運(yùn)行中，該機(jī)l#／2#軸承振動分別為<2μm及<10μm，2#軸振為80～90μm。為便于突出比較，停機(jī)前振動選取4月2～5日，熱態(tài)起動后數(shù)據(jù)選取4月6～9日，作該期間的振動趨勢記錄曲線。見圖。該趨勢記錄曲線表明長期運(yùn)行時高壓轉(zhuǎn)子的軸及軸承振動均處于優(yōu)秀范圍，熱態(tài)起動后高壓轉(zhuǎn)子軸承及軸振動仍然在優(yōu)良范圍以內(nèi)。(1)振動趨勢歷史數(shù)據(jù)56

1998年4月5日因處理鍋?zhàn)o(hù)隱患而停機(jī)，停機(jī)時主要參數(shù)及振動數(shù)如下：

1)停機(jī)前各軸承和軸振動數(shù)據(jù)如表6—1所示，停機(jī)前各軸承和軸振動均在良好范圍，其中，#1、#2軸及軸承振動均處于優(yōu)秀標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，反映高壓轉(zhuǎn)子停機(jī)前狀態(tài)良好。

2)停機(jī)時的臨界振動數(shù)據(jù)查一周振動趨勢記錄，2#、3#軸停機(jī)臨界振動值均未超過230μm，處于良好范圍。

3)停機(jī)主要參數(shù)

(4月5日)：停機(jī)過程的電流、各點(diǎn)振動、溫度等均屬正常。

4)熱起動(4月6日)主要參數(shù)與振動數(shù)據(jù)：

主汽參數(shù)：壓力2.2MPa，溫度412℃，再熱汽溫度392℃，真空77kPa，大軸撓度值30μm，主機(jī)潤滑油溫40℃。

4：25沖車：低速(500r／min)、10min，摩擦檢查。

4：25升速至1600r／min，此時1#軸承振動達(dá)120μm，2#軸承振動達(dá)65μm，2#、3#軸振動達(dá)到監(jiān)測表的滿量程（即軸振動值已>400μm），運(yùn)行人員采取緊急打閘措施停機(jī)。

(2)停機(jī)前后數(shù)據(jù)57

5：05轉(zhuǎn)子靜止投盤車，大軸撓度值增大為120μm，盤車電流32A。

6：40再次起動，快速沖車至3000r／min定速，然后并入電網(wǎng)。從熱態(tài)啟動數(shù)據(jù)知：在起動過程中，機(jī)組1#、2#軸承及2#、3#軸振動異常增大，緊急打閘停機(jī)后，電動盤車時杌組大軸撓度值增加較大，盤車電流略有增加。

5)熱態(tài)起動運(yùn)行后的振動數(shù)據(jù)自再次起動并網(wǎng)后，機(jī)組高壓轉(zhuǎn)子軸和軸承振動均未能恢復(fù)歷史振動水平，盡管#1、#2軸承振動均小于20μm，仍處于優(yōu)秀振動標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，但與歷史數(shù)據(jù)比較均有所增大。尤其是#2軸的振動增大顯著。從頻率成分來看，主要是一倍頻成分增加，其余頻率的振動成分無變化。

6)運(yùn)行近一月后，停機(jī)時臨界振動數(shù)據(jù)

4月30日，該機(jī)因電網(wǎng)調(diào)峰轉(zhuǎn)為備用停機(jī)。在機(jī)組停機(jī)惰走降速過程中，2#軸和l#、2#軸承臨界振動值比歷史數(shù)據(jù)有成倍的增加，其振動成分是1倍頻。(2)停機(jī)前后數(shù)據(jù)58綜合數(shù)據(jù)及起動前后運(yùn)行參數(shù)分析，可得出下列分析結(jié)論：

1)探頭所在處的轉(zhuǎn)子跳動值從30μm增加至120μm，比起動前增大了4倍，反映出高壓轉(zhuǎn)子撓曲程度加劇，提示可能已產(chǎn)生轉(zhuǎn)子彎曲。

2)從振動頻率以及振值隨轉(zhuǎn)速變化的情況來看。其癥狀和轉(zhuǎn)子失衡極為相似。但停機(jī)前運(yùn)行一直很正常，只是在機(jī)組停車后再次起動中振動異常，且在并網(wǎng)后一直維持較大振值，缺乏造成轉(zhuǎn)子失衡的理由或轉(zhuǎn)子零部件飛脫的因素，故可排除轉(zhuǎn)子失衡的可能。

3)綜合二次起動及并網(wǎng)運(yùn)行一個月后停機(jī)惰走振動情況，表明機(jī)組在第一次起動時即存在較大的熱彎曲，而停車后間隔l.5h再次起動，盤車時間不足，極易造成轉(zhuǎn)子永久性彎曲。(3)數(shù)據(jù)分析59①在第一次熱態(tài)起動時，高壓轉(zhuǎn)子的軸及軸承振動急劇增加(轉(zhuǎn)速剛達(dá)1600r／min時，軸振動即已超滿量程值，即至少已大于400μm，表明在第一次起動時，轉(zhuǎn)子存在較大的熱彎曲，而停車1.5h后再次起動，盤車時間嚴(yán)重不足，極易造成轉(zhuǎn)子永久性彎曲。②機(jī)組起動并網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行近一月，其振動一直處于穩(wěn)定狀態(tài)。#1、#2軸承和#2軸振幅在熱態(tài)起動后比歷史數(shù)據(jù)有明顯的增大。并且振幅增大的主要原因是一倍頻振幅增大。工頻振幅的增大反映出轉(zhuǎn)子彎曲程度的增大，振幅的穩(wěn)定反映出彎曲量的大小基本恒定。③查起動后運(yùn)行近一月的頻譜圖，除一倍頻振動和#2軸處的少量二倍頻振動成分外，無其它振動頻率成分。少量二倍頻振動成分的產(chǎn)生，則分析認(rèn)為是高壓轉(zhuǎn)子彎曲后與中壓轉(zhuǎn)子的對中性變差所造成的。④中、低壓轉(zhuǎn)子各軸承及各軸的振動與歷史數(shù)據(jù)相比基本無變化，反映出故障的發(fā)生部位主要是在高壓轉(zhuǎn)子。(3)數(shù)據(jù)分析60盡管該機(jī)高壓轉(zhuǎn)子振動仍在良好范圍以內(nèi)，但從各種參數(shù)的綜合分析來看，均表明高壓轉(zhuǎn)子上已發(fā)生了轉(zhuǎn)子彎曲故障。而無論是轉(zhuǎn)子彎曲引起機(jī)組過臨界振動過大或是存在圍帶損傷等事故隱患，均對該機(jī)組安全運(yùn)行構(gòu)成極大的威脅。因此，診斷分析的結(jié)論是：該機(jī)立即進(jìn)行提前大修，解體查明故障并予以消除。

解體大修檢查情況：

5月4日，該機(jī)提前轉(zhuǎn)入大修。經(jīng)揭缸解體檢查證實(shí)，高壓轉(zhuǎn)子前汽封在距調(diào)速級180mm處彎曲0.08mm，中壓轉(zhuǎn)子在19級處彎曲0.055mm．，高壓汽封、圍帶、隔板汽封和中壓汽封、隔板汽封及圍帶均有不同程度的摩擦損傷，其中中壓19級近半圈圍帶前緣已磨壞，為此高壓轉(zhuǎn)子采取直軸、中壓轉(zhuǎn)子采取低速動平衡處理，同時對損傷的圍帶也進(jìn)行了相應(yīng)的處理，經(jīng)大修處理后高壓轉(zhuǎn)子振動重新恢復(fù)到優(yōu)秀標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。(4)診斷結(jié)論61二、不對中分析案例例1：主風(fēng)機(jī)對中不當(dāng)造成的故障某冶煉廠一臺新上的煙機(jī)一主風(fēng)機(jī)組于1997年5月中旬投用。機(jī)組配置及測點(diǎn)如圖所示。

首先，該機(jī)組在不帶負(fù)荷的情況下試運(yùn)了3天，振動約50μm，5月20日2：05開始帶負(fù)荷運(yùn)行，各測點(diǎn)振值均有所上升，尤其是2#測點(diǎn)的振動由原來的55μm上升至70μm以上，運(yùn)行至16：54機(jī)組發(fā)生突發(fā)性強(qiáng)振，現(xiàn)場的本特利監(jiān)測儀表指示振動滿量程，同時機(jī)組由于潤滑油壓低而聯(lián)鎖停機(jī)。停機(jī)后，惰走的時間很短，大約只l～2min，停車后盤不動車。電動機(jī)增速箱風(fēng)機(jī)煙機(jī)654321圖機(jī)組配置及測點(diǎn)圖62機(jī)組事故停機(jī)前振動特點(diǎn)如下：1)20日16：54之前，各測點(diǎn)的通頻振值基本穩(wěn)定，其中煙機(jī)2#軸承的振動大于其余各測點(diǎn)的振動。20日16；54前后，機(jī)組振值突然增大，主要表現(xiàn)為聯(lián)軸器兩側(cè)軸承,即2#、3#軸承振值顯著增大，如表所示。

表強(qiáng)振前后各軸承振動比較

注意：2#軸承與3#軸承變化最大，約3倍，說明最接近故障點(diǎn)。2)20日14—31之前，各測點(diǎn)的振動均以轉(zhuǎn)子工頻、二倍頻為主，同時存在較小的3×、4×、5×、6×等高次諧波分量，2#測點(diǎn)的合成軸心軌跡很不穩(wěn)定，有時呈香蕉形，有時呈“8”字形，圖6-5是其中一個時刻的時域波形和合成軸心軌跡(1×、2×)。

部位1#軸承2#軸承3#軸承4#軸承強(qiáng)振前振值26762820強(qiáng)振時振值502327322例1：主風(fēng)機(jī)對中不當(dāng)造成的故障63圖6-52#測點(diǎn)的合成軸心軌跡圖(1×、2×)3)20日14：31時，機(jī)組振動狀態(tài)發(fā)生顯著變化。從時域波形上看，機(jī)組振動發(fā)生跳變，其中2#、3#軸承的振動由大變小（如，煙機(jī)后H方向由65.8μm降至26.3μm，如圖6-6所示），而1#與4#的振動則由小變大（如煙機(jī)前V方向由14.6μm升至43.8μm，如圖6-7所示），說明此時各軸承的載荷分配發(fā)生了顯著的變化，很有可能是由于聯(lián)軸器的工作狀況改變所致。同時，2#軸承V方向出現(xiàn)很大的0.5×成分，并超過工頻幅值，H方向除有很大的0.5×成分外，還存在突出的78Hz成分及其它一些非整數(shù)倍頻率分量，如圖6—8所示。煙機(jī)前78Hz成分也非常突出。這說明此時機(jī)組動靜碰摩加劇。例1：主風(fēng)機(jī)對中不當(dāng)造成的故障64頻譜圖及故障現(xiàn)象4)機(jī)組運(yùn)行至20日16：54前后，機(jī)組振值突然急劇上升，煙機(jī)后V方向和H方向的振值分別由45μm、71μm上升至153μm和232μm，其中工頻幅值上升最多。且占據(jù)絕對優(yōu)勢（V方向和H方向工頻幅值分別為120μrn和215μm），同時0.5×及高次諧波幅值也有不同程度的上升。這說明，此時煙機(jī)轉(zhuǎn)子已出現(xiàn)嚴(yán)重的轉(zhuǎn)子不平衡現(xiàn)象。5)開機(jī)以來，風(fēng)機(jī)軸向振動一直較大，一般均在80μm以上，煙機(jī)的軸向振動也在30～50μm之間。20日16：54達(dá)最大值115μm，其頻譜以1×為主，軸向振動如此之大，這也是很不正常的。不對中故障的特征之一就是引發(fā)1X倍頻的軸向竄動。圖6—82#軸承振動頻譜圖65綜上所述，可得出如下結(jié)論：1)機(jī)組投用以來，風(fēng)機(jī)與煙機(jī)間存在明顯不對中現(xiàn)象，且聯(lián)軸器工作狀況不穩(wěn)定。2)20日14：31左右，一聯(lián)軸器工作狀況發(fā)生突變，呈咬死狀態(tài)，煙機(jī)氣封與軸套碰摩加劇。其直接原因是對中不良，或聯(lián)軸器制造缺陷。3)20日16：54，由于煙機(jī)氣封與軸套發(fā)展為不穩(wěn)定的全周摩擦，產(chǎn)生大量熱量，引起氣封齒與軸套熔化，導(dǎo)致煙機(jī)轉(zhuǎn)子突然嚴(yán)重失衡，振值嚴(yán)重超標(biāo)。因此分析認(rèn)為造成本次事故的主要原因是機(jī)組對正曲線確定不當(dāng)。例1：主風(fēng)機(jī)對中不當(dāng)造成的故障66

事故后解體情況發(fā)現(xiàn)：1)煙機(jī)前瓦(1#測點(diǎn))瓦溫探頭導(dǎo)線破裂；2)付推力瓦有磨損，但主推力瓦正常；3)二級葉輪輪盤裝配槽部位法蘭過熱，有熔化痕跡及裂紋；4)氣封套熔化、嚴(yán)重磨損，熔渣達(dá)數(shù)公斤之多；5)上氣封體拆不下來；6)煙機(jī)——主風(fēng)機(jī)聯(lián)軸節(jié)咬死，煙機(jī)側(cè)有損傷。機(jī)組修復(fù)后，在8月底煙機(jī)進(jìn)行單機(jī)試運(yùn)時，經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)煙機(jī)軸承箱中分面向上膨脹0.80mm，遠(yuǎn)高于設(shè)計給出的膨脹量0.37mm。而冷態(tài)下當(dāng)時現(xiàn)場找正時煙機(jī)比風(fēng)機(jī)反而高0.396mm，實(shí)際風(fēng)機(jī)出口端軸承箱中分面僅上脹0.50mm，故熱態(tài)下煙機(jī)比風(fēng)機(jī)高了：0.80＋0.396—0.50=0.696mm，從而導(dǎo)致了機(jī)組在嚴(yán)重不同軸的情況下運(yùn)行，加重下聯(lián)軸器的咬合負(fù)荷，引起聯(lián)軸器相互咬死，煙機(jī)發(fā)生劇振。例1：主風(fēng)機(jī)對中不當(dāng)造成的故障67例2：不對中故障的診斷圖機(jī)組簡圖和測點(diǎn)布置

2000年4月上旬某廠催化主風(fēng)機(jī)檢修后，開機(jī)運(yùn)行，電動機(jī)軸承溫度和振值都較正常(振值為9μm)。但是，半小時后電動機(jī)聯(lián)軸器端軸承溫度持續(xù)增加，振值從原9μm一直升到53μm，已經(jīng)超出電動機(jī)制造廠出廠標(biāo)準(zhǔn)。

2000年4月17日和18日對該機(jī)組進(jìn)行了全面的測試。鑒于故障的發(fā)生位置主要在電動機(jī)側(cè)，所以測試主要集中在電動機(jī)側(cè)。68測點(diǎn)頻譜圖圖a測點(diǎn)2#垂直方向頻譜圖圖c測點(diǎn)2#水平方向頻譜圖圖b測點(diǎn)3#垂直方向頻譜圖圖d測點(diǎn)3#水平方向頻譜圖圖a到圖b都是在聯(lián)機(jī)狀態(tài)下，圖a中1階轉(zhuǎn)頻的振幅很低，2X頻振幅最高，對應(yīng)的3#點(diǎn)垂直方向（圖b）1X、2X、3X倍頻幅值都存在。水平方向2#、3#點(diǎn)主要振動都是1X、2X倍頻的振幅（圖c、圖d）。這是不對中的特征。電動機(jī)軸和增速齒輪箱輸入軸在垂直方向存在著嚴(yán)重的不對中。69

解體后發(fā)現(xiàn)：

1)電動機(jī)軸和齒輪箱低速軸在垂直方向，相差100μm，已大大超過維修規(guī)范所要求的限值。

2)電動機(jī)的軸承室原刷鍍層（修復(fù)的部位）發(fā)生變形，使軸承室產(chǎn)生了一定