设备故障诊断技术实用教案

1、设备故障诊断技术的含义设备故障诊断技术的含义在设备运行中或基本不拆卸全部设备的情况下，掌握在设备运行中或基本不拆卸全部设备的情况下，掌握(zhngw)设备的运行状态，判定产生故障的部位和设备的运行状态，判定产生故障的部位和原因，并预测预报未来状态的技术。是防止事故的有效措施，也是设备维修的重要依据。原因，并预测预报未来状态的技术。是防止事故的有效措施，也是设备维修的重要依据。第1页/共208页第一页，共208页。第2页/共208页第二页，共208页。 振动是物体运动的一种形式，通常是指物体经过其平衡位置而往复变化的过程。 振动有时对人类是有害的，但有时人们可以(ky)利用振动来为我们服务。 只

2、要是运转的机器，都或多或少地发生振动，因此，振动诊断在各种诊断方法中所占的比例最大，一般可达60%-70%。第3页/共208页第三页，共208页。机械振动低频(dpn)振动：f 1000 Hz第4页/共208页第四页，共208页。第5页/共208页第五页，共208页。 构成一个确定性振动有3个基本要素，即振幅d、频率f 和相位。 当然，振幅不仅用位移，还可以用速度和加速度。要特别说明一个与振动有关的量就是速度有效值 ，也常被称为速度均方根值。这是一个经常用到的振动测量参数(cnsh)。目前许多振动标准都是采用 作为判别参数(cnsh)，因为它最能够反映振动的烈度。 第6页/共208页第六页，共

3、208页。第7页/共208页第七页，共208页。 幅值反映振动的强度，振幅的平方常与物质振动的能量成正比，振动诊断标准都是用振幅来表示(biosh)的。 同样的振幅其频率越高，对机组损坏程度越大，因此不同转速的机组定义的振动标准值不同。 当频率和频率一定时，相位的大幅偏移就是故障（异常）的征兆。第8页/共208页第八页，共208页。所谓(suwi)振动信号处理，就是对振动波形进行加工处理，抽取与设备运行状态有关的特征，以便对设备状态实施有效的判别。第9页/共208页第九页，共208页。第10页/共208页第十页，共208页。 时域分析又包含有：波形图，自相关，互相关，轴心轨迹(guj)、轴心位

4、置等。齿轮故障波形图具有(jyu)明显的冲击特征第11页/共208页第十一页，共208页。频域分析(fnx)又包含有：幅值谱, 功率谱, 倒频谱等。幅值谱分析是故障诊断的基本(jbn)工具第12页/共208页第十二页，共208页。倒谱上的谱线是幅值谱中的周期性谱线族第13页/共208页第十三页，共208页。相域分析(fnx)包含有：相位谱等第14页/共208页第十四页，共208页。另外，还有三维功率谱，细化谱等等 三维功率谱又叫三维谱阵、转速谱图、功率谱场、瀑布(pb)图等。是机器在起动或停车过程中，不同转速下功率谱图的迭加。纵坐标为机器的转速，自零升到额定转速（起动）、或从额定转速降到零（停

5、车）；横坐标为频率；竖坐标为振幅。三维功率谱是描述机器瞬态过程的有利工具。对机器振动做三维功率谱分析，可以了解机器通过临界转速的振动情况，用来确定监测对象的固有频率判定是否存在不平衡等故障。 第15页/共208页第十五页，共208页。三维谱阵图是分析机组转子支撑系统(xtng)动力学特性和非稳定区域监测的主要工具。第16页/共208页第十六页，共208页。所谓细化谱，就是把一般频谱图上的某部分频段沿频率所谓细化谱，就是把一般频谱图上的某部分频段沿频率轴进行放大后所得到的频谱。采用细化谱分析的目的是轴进行放大后所得到的频谱。采用细化谱分析的目的是为了为了(wi le)提高图象的分辨率。从功能上看

6、，细化谱的提高图象的分辨率。从功能上看，细化谱的作用类似于机械制图中的作用类似于机械制图中的“局部放大图局部放大图”。一般(ybn)(ybn)的频谱图其某频段(pn dun)(pn dun)的细化谱第17页/共208页第十七页，共208页。现场测试现场测试(csh)诊断的诊断的实施步骤实施步骤 诊断步骤概括为准备工作、诊断实施和决策诊断步骤概括为准备工作、诊断实施和决策验证等验证等3个环节，具体分为个环节，具体分为6个步骤来介绍。个步骤来介绍。 一一. 了解被诊断的对象了解被诊断的对象了解被诊断的对象是开展现场诊断的第一步。概了解被诊断的对象是开展现场诊断的第一步。概括起来，对一台被列为诊断对

7、象的设备要着重括起来，对一台被列为诊断对象的设备要着重(zhuzhng)掌握掌握4个方面的内容：个方面的内容：设备的结构组成设备的结构组成 1）搞清楚设备的基本组成部分及其联接关系。）搞清楚设备的基本组成部分及其联接关系。一台完整的设备一般由三大部分组成，即：原动一台完整的设备一般由三大部分组成，即：原动机（也叫做辅机，大多数采用电动机，也有用内机（也叫做辅机，大多数采用电动机，也有用内燃机、汽轮机、水轮机）、工作机（也叫做主机）燃机、汽轮机、水轮机）、工作机（也叫做主机）和传动系统。要分别查明它们的型号、规格、性和传动系统。要分别查明它们的型号、规格、性能参数及联接的形式，画出结构简图。能参

8、数及联接的形式，画出结构简图。第18页/共208页第十八页，共208页。原动机（电动机）传动系统工作(gngzu)机（引风机）、电动机滚动轴承、引风机滚动轴承第19页/共208页第十九页，共208页。 2） 必须查明各主要零部件（特别是运动零件）的型号、规格、结构参数及数量等，并在结构图上表明或另予说明。这些(zhxi)零件包括：轴承型式、滚动轴承型号、齿轮的齿数，叶轮的叶片数、带轮直径、联轴器型式等。第20页/共208页第二十页，共208页。第21页/共208页第二十一页，共208页。第22页/共208页第二十二页，共208页。第23页/共208页第二十三页，共208页。 二二. . 确定诊

9、断方案确定诊断方案 在此基础上，接下来就要确定具体的诊断方案。在此基础上，接下来就要确定具体的诊断方案。诊断方案应包括以下几方面的内容。诊断方案应包括以下几方面的内容。 1. 1. 选择选择(xunz)(xunz)测点测点 测点就是机器上被测量的部位，它是获取诊断测点就是机器上被测量的部位，它是获取诊断信息的窗口。诊断方案正确与否关系到能否所需要的信息的窗口。诊断方案正确与否关系到能否所需要的真实完整的设备状态信息，只有在对诊断对象充分了真实完整的设备状态信息，只有在对诊断对象充分了解的基础上才能根据诊断目的恰当地选择解的基础上才能根据诊断目的恰当地选择(xunz)(xunz)测测点，具体要求

10、如下：点，具体要求如下： 第24页/共208页第二十四页，共208页。第25页/共208页第二十五页，共208页。第26页/共208页第二十六页，共208页。 有些设备的振动(zhndng)特征有明显的方向性，不同方向的振动(zhndng)信号也往往包含着不同的故障信息。即水平方向（H）、垂直方向（V）和轴线方向（A）。 水平(shupng)垂直(chuzh)轴向一般来说水平振动幅值大于垂直方向幅值，当轴承盖松动时就会出现垂直方向幅值大的现象，并伴随着高次频率成份。第27页/共208页第二十七页，共208页。第28页/共208页第二十八页，共208页。第29页/共208页第二十九页，共208页

11、。第30页/共208页第三十页，共208页。4. 4. 选择诊断仪器选择诊断仪器 测振仪器的选择除了重视质量和可靠性外，最主要测振仪器的选择除了重视质量和可靠性外，最主要的还要考虑两条：的还要考虑两条： 1 1）仪器的频率范围要足够的宽，要求能记录下信）仪器的频率范围要足够的宽，要求能记录下信号内所有重要的频率成分，一般来说要在号内所有重要的频率成分，一般来说要在10-10000Hz10-10000Hz或更宽一些。对于预示故障来说，高频成分是一个重要或更宽一些。对于预示故障来说，高频成分是一个重要信息，机械早期故障首先在高频中出现，待到低频段出信息，机械早期故障首先在高频中出现，待到低频段出现

12、异常时，故障已经发生现异常时，故障已经发生(fshng)(fshng)了。所以仪器的频率了。所以仪器的频率范围要能覆盖高频低频各个频段。范围要能覆盖高频低频各个频段。 2 2）要考虑仪器的动态范围。要求测量仪器在一定）要考虑仪器的动态范围。要求测量仪器在一定的频率范围内能对所有可能出现的振动数值，从最高到的频率范围内能对所有可能出现的振动数值，从最高到最低均能保证一定的显示精度。这种能够保证一定精度最低均能保证一定的显示精度。这种能够保证一定精度的数值范围称为仪器的动态范围。对多数机械来说，其的数值范围称为仪器的动态范围。对多数机械来说，其振动水平通常是随频率变化的。振动水平通常是随频率变化的

13、。 第31页/共208页第三十一页，共208页。第32页/共208页第三十二页，共208页。6. 6. 做好其它相关事项的准备做好其它相关事项的准备测量前的准备工作一定要仔细。为了防止测量失误，测量前的准备工作一定要仔细。为了防止测量失误，最好在正式测量前做一次模拟测试，以检验仪器是否最好在正式测量前做一次模拟测试，以检验仪器是否正常，准备工作是否充分。比如检查正常，准备工作是否充分。比如检查(jinch)(jinch)仪器仪器的电量是否充足，这看似小事，但也决不能疏忽，在的电量是否充足，这看似小事，但也决不能疏忽，在现场常常发生因仪器无电而使诊断工作不得不终止的现场常常发生因仪器无电而使诊断

14、工作不得不终止的情况。各种记录表格也要准备好，真正做到情况。各种记录表格也要准备好，真正做到“万事俱万事俱备备”。 第33页/共208页第三十三页，共208页。第34页/共208页第三十四页，共208页。第35页/共208页第三十五页，共208页。 四四. . 实施状态判断实施状态判断 根据测量数据和信号分析所得到的特征信息，对根据测量数据和信号分析所得到的特征信息，对设备的运行状态做出判断。首先，判断机器是否处于设备的运行状态做出判断。首先，判断机器是否处于正常状态，然后对存在异常的设备做进一步的分析，正常状态，然后对存在异常的设备做进一步的分析，指出指出(zh ch)(zh ch)故障的原

15、因，部位和程度。故障的原因，部位和程度。 第36页/共208页第三十六页，共208页。第37页/共208页第三十七页，共208页。第38页/共208页第三十八页，共208页。常见故障特征分析常见故障特征分析 设备诊断实质上就是一种比较分类，在判断故障时，我们是将故障待检模式与故障样板模式相比较，把一个具体的故障（待检模式）归入到某种故障类型（样板模式）中去，如下图所示。任何(rnh)一种机械故障，都具有自己的特征，故障特征是构成故障样板模式的基本要素。所以，对每种故障的表现形式要全面的了解和掌握，对一个故障与其它故障在表现形式上的相同点和区别要有清晰的认识，因为掌握各种常见故障的基本特征是判断

16、设备故障的基础（先决条件）。第39页/共208页第三十九页，共208页。输以其它(qt)方法故 障样板(yngbn)模式对 象待检模式(msh)比较判别故障标准设备（或零部件）类型部位程度故障诊断的基本方法第40页/共208页第四十页，共208页。一一. . 旋转机械旋转机械(jxi)(jxi)故障诊断的特点故障诊断的特点 旋转机械旋转机械(jxi) (jxi) 指那些功能是由旋转指那些功能是由旋转运动完成的机械运动完成的机械(jxi)(jxi)。尤其指那些旋转速度较高。尤其指那些旋转速度较高的机械的机械(jxi)(jxi)，如电动机、离心式压缩机、汽轮发，如电动机、离心式压缩机、汽轮发电机、

17、以及离心式鼓风机、离心式水泵、真空泵等，电机、以及离心式鼓风机、离心式水泵、真空泵等，都属于旋转机械都属于旋转机械(jxi)(jxi)的范围。在对它们进行诊断的范围。在对它们进行诊断时，必须注意它的以下几个特点。时，必须注意它的以下几个特点。 第41页/共208页第四十一页，共208页。第42页/共208页第四十二页，共208页。第43页/共208页第四十三页，共208页。故障特征频率与转频的三种关系故障特征频率与转频的三种关系 1 1） 同步振动同步振动 同步振动同步振动转子振动频率等于转子转速或倍频。强转子振动频率等于转子转速或倍频。强迫振动迫振动多表现为同步振动。转子不平衡属典型的同步振

18、动，联轴器多表现为同步振动。转子不平衡属典型的同步振动，联轴器不对不对中一般也表现为同步振动。中一般也表现为同步振动。 2 2）亚同步振动）亚同步振动 亚异步振动亚异步振动其主要其主要(zhyo)(zhyo)振动成分的频率低于振动成分的频率低于转频，为转频的转频，为转频的分数倍谐波。这多属自激振动，如滑动轴承的油膜振荡，涡分数倍谐波。这多属自激振动，如滑动轴承的油膜振荡，涡轮机轮机械的喘振等等。械的喘振等等。 3 3）超异步振动）超异步振动 超异步振动超异步振动其主要其主要(zhyo)(zhyo)振动成分的频率高于振动成分的频率高于转频。如齿轮损转频。如齿轮损坏时的啮合频率，叶轮叶片振动的通过

19、频率即属此类。坏时的啮合频率，叶轮叶片振动的通过频率即属此类。 注意：实际机组的振动往往是同时存在以上三种振动。注意：实际机组的振动往往是同时存在以上三种振动。第44页/共208页第四十四页，共208页。获取旋转机械故障信号的主要途径：获取旋转机械故障信号的主要途径： 1 1） 振动频率分析振动频率分析 旋转机械的每一种故障都各自的特征频率，在现场对旋转机械的每一种故障都各自的特征频率，在现场对其振其振动信号做频率分析是诊断旋转机械故障最有效的方法。动信号做频率分析是诊断旋转机械故障最有效的方法。 2 2）分析振幅的方向特征）分析振幅的方向特征 在有些情况下，旋转机械不同的故障类型在振动表现在

20、有些情况下，旋转机械不同的故障类型在振动表现上有上有比较明显的方向特征。所以只要条件允许比较明显的方向特征。所以只要条件允许(ynx)(ynx)，对其，对其测点进行振动测测点进行振动测量时，都应该测量量时，都应该测量3 3个方向，因为不同的方向表现出不同个方向，因为不同的方向表现出不同的故障的故障特征。特征。 3 3） 分析振幅随转速变化的关系分析振幅随转速变化的关系 旋转机械有相当一部分故障的振动幅值与转速变化有旋转机械有相当一部分故障的振动幅值与转速变化有密切密切的关系，所以现场测量时，在必要的时候，要尽量创造条的关系，所以现场测量时，在必要的时候，要尽量创造条件，在件，在改变转速的过程中

21、测量机器的振幅值。改变转速的过程中测量机器的振幅值。第45页/共208页第四十五页，共208页。表表1 1 旋转机械故障的来源旋转机械故障的来源(liyun)(liyun)及主要原因及主要原因故障来源主 要 原 因设计、制造1. 设计不当，动态特性不良，运行时发生强迫 振动或自激振动2. 结构不合理，有应力集中3. 工作转速接近或落入临界转速区4. 运行点接近或落入运行非稳定区5. 零部件加工制造不良，精度不够6. 零件材质不良，强度不够，有制造缺陷7. 转子动平衡不符合技术要求第46页/共208页第四十六页，共208页。故障来源主 要 原 因安装、维修1.机器安装不当，零部件错位，预负荷大2

22、.轴系对中不良（对轴系热态对中考虑不够）3.机器几何参数（如配合间隙、过盈量及相对位置）调整位置不当4.管道压力大，机器在工作状态下改变了动态特性和安装精度5.转子长期放置不当，破坏了动平衡精度6.安装或维修工程破坏了机器原有的配合性质和精度运行操作1.机器在非设计状态下运行（如超转速、超负荷或低负荷运行），改变了机器工作特性2.润滑或冷却不良3.旋转体局部损坏或结垢4.工艺参数（如介质的温度、压力、流量、负荷等）不当，机器运行失稳5.启动、停机或升降速过程操作不当，暖机不够，热膨胀不均匀或在临界区停留时间长第47页/共208页第四十七页，共208页。故障来源主 要 原 因机器恶劣1.长期运行

23、，转子挠度增大2.旋转体局部损坏、脱落或产生裂纹3.零、部件磨损、点蚀或腐蚀等4.配合面受力劣化，产生过盈不足或松动等，破坏了配合性质和精度5.机器基础沉降不均匀，机器壳体变形第48页/共208页第四十八页，共208页。表2 转子质量偏心(pinxn)的振动特征12345678特征频率 常伴频率 振动稳定性 振动方向 相位特征轴心轨迹 进动方向矢量区域1稳定径向稳定椭圆正进动不变表3 转子质量偏心的敏感(mngn)参数123456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法明显不明显不变不变不变低速时振幅趋于零第49页/共208页第四十九页，共208页。1

24、2345678特征频率 常伴频率 振动稳定性 振动方向 相位特征轴心轨迹 进动方向矢量区域1突发性增大后稳定径向突变后稳定椭圆正进动突变后稳定表4 转子部件(bjin)缺损的振动特征表5 转子部件(bjin)缺损的敏感参数123456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法明显不明显不变不变不变振幅突然增加第50页/共208页第五十页，共208页。表6 转子质量偏心(pinxn)的故障原因故障来源1234设计、制造安装、维修运行、操作机器劣化主要原因结构不合理，制造误差大，材质不均匀，动平衡精度低转子上零件安装错位转子回转体结垢（例如压缩机流道内结垢）

25、转子上零件配合松动故障来源1234设计、制造安装、维修运行、操作机器劣化主要原因结构不合理，制造误差大，材质不均匀转子有较大预负荷1.超速、超负荷运行2.零件局部损坏脱落转子受腐蚀疲劳，应力集中表7 转子部件缺损的故障(gzhng)原因第51页/共208页第五十一页，共208页。12345678特征频率 常伴频率 振动稳定性 振动方向相位特征轴心轨迹进动方向矢量区域12稳定径向、轴向稳定椭圆正进动矢量起始点大，随运行继续增大表8 转子弓形弯曲(wnq)的振动特征123456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法明显不明显不变不变不变1.机器开始升速运

26、行时，在低速阶段振动幅值就较大2.刚性转子两端相位差180表9 转子弓形(n xn)弯曲的敏感参数第52页/共208页第五十二页，共208页。12345678特征频率常伴频率振动稳定性振动方向相位特征轴心轨迹进动方向矢量区域1稳定径向、轴向稳定椭圆 正进动升速时矢量逐渐增大，稳定运行后矢量减小表10 转子(zhun z)临时性弯曲的振动特征表11 转子临时性弯曲的敏感(mngn)参数123456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法明显不明显不变不变不变升速过程振幅大，往往不能正常启动第53页/共208页第五十三页，共208页。故障来源1234设计、

27、制造安装、维修运行、操作机器劣化主要原因结构不合理，制造误差大，材质不均匀1.转子长期存放不当，发生永久弯曲变形2.轴承安装错位，转子有较大预负荷高速、高温机器，停车后未及时盘车转子热稳定性差，长期运行后自然弯曲表12 转子(zhun z)弓形弯曲的故障原因故障来源1234设计、制造安装、维修运行、操作机器劣化主要原因结构不合理，制造误差大，材质不均匀转子有较大预负荷升速过快，加载太大转子稳定性差表13 转子临时性弯曲的故障(gzhng)原因第54页/共208页第五十四页，共208页。12345678特征频率 常伴频率 振动稳定性 振动方向 相位特征轴心轨迹 进动方向矢量区域21、3稳定径向、

28、轴向较稳定双环椭圆正进动不变表14 转子(zhun z)不对中的振动特征表15 转子不对中的敏感(mngn)参数123456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法明显明显有影响有影响有影响1.转子轴向振动较大2.联轴器相邻轴承处振动较大3.随机器负荷增加，振动增大4.对环境温度变化敏感第55页/共208页第五十五页，共208页。故障来源1234设计、制造安装、维修运行、操作机器劣化主要原因对机器热膨胀量考虑不够，给定的安装对中技术要求不准1.安装精度未达到技术要求2.对热态时转子不对中变化量考虑不够1.超负荷运行2.机组保温不良，轴系各转子热变形不同

29、1.机器基础或机座沉降不均匀 ，时不对中超差2.环境温度变化大，机器热变形不同表16 转子不对中的故障(gzhng)原因第56页/共208页第五十六页，共208页。表17 油膜轴承故障(gzhng)的主要原因 轴承故障 主 要 原 因巴氏合金松脱 轴瓦表面巴氏合金与基体金属结合不牢 轴瓦磨损1.转子对中不良2.轴承安装缺陷，两半轴瓦错位，单边接触3.润滑不良，供油不足4.油膜振荡或转子失稳时，由于异常振动的大振幅造成严重磨损 疲劳损坏（疲劳裂纹）1.轴承过载，轴瓦局部应力集中2.润滑不良，承载区油膜破裂3.轴承间隙不适当4.轴承配合松动，过盈不足5.转子异常振动，在轴承上产生交变载荷第57页/

30、共208页第五十七页，共208页。 腐 蚀 润滑剂的化学作用 气 蚀1.转子涡动速度高，发生异常振动2.润滑油粘度下降或油中混有客气和水分等，使轴承内的油液在低压区产生微小汽泡，在高压区被挤破而形成压力冲击波冲击轴承表面，产生疲劳裂纹或金属剥落表18 油膜涡动的振动(zhndng)特征12345678特征频率 常伴频率 振动稳定性 振动方向 相位特征轴心轨迹进动方向 矢量区域 1较稳定径向稳定双环椭圆正进动改变21第58页/共208页第五十八页，共208页。123456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法明显不明显明显不变不变涡动频率随工作角频率升

31、降，保持表19 油膜涡动的敏感(mngn)参数故障来源1234设计、制造安装、维修运行、操作机器劣化主要原因轴承设计或制造不符合技术要求1.轴承间隙不当2.轴承壳体配合过盈不足3.轴瓦参数不当1.润滑油不良2.油温或油压不当轴承磨损，疲劳损坏，腐蚀及气蚀等表20 油膜涡动的故障(gzhng)原因21第59页/共208页第五十九页，共208页。表21 油膜振荡(zhndng)的振动特征12345678特征频率 常伴频率 振动稳定性 振动方向 相位特征 轴心轨迹 进动方向矢量区域 （0.430.48)组合频率不稳定径向 不稳定（突变）扩散不规则正进动改变表22 油膜振荡的敏感(mngn)参数123

32、456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法振动发生后，升高转速，振动不变不明显明显不变不变1.工作角频率等于或高于 时突然发生2.振动强烈，有低沉吼叫声3.振荡发生前发生油膜涡动4.异常振动有非线性特征n221第60页/共208页第六十页，共208页。故障来源1234设计、制造安装、维修运行、操作机器劣化主要原因轴承设计或制造不符合技术要求1.轴承间隙不当2.轴承壳体配合过盈不足3.轴瓦参数不当1.润滑油不良2.油温或油压不当轴承磨损，疲劳损坏，腐蚀及气蚀等表23 油膜振荡的故障(gzhng)原因第61页/共208页第六十一页，共208页。表24

33、旋转(xunzhun)失速的振动特征12345678特征频率 常伴频率 振动稳定性 振动方向 相位特征轴心轨迹进动方向 矢量区域 及 的成对次谐波组合频率振幅大幅度波动径向、轴向不稳定杂乱正进动突变s）（s表25 旋转(xunzhun)失速的敏感参数123456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法明显很明显不变很明显变化1.机器出口压力波动大2.机器入口气体压力及流量波动第62页/共208页第六十二页，共208页。表26 旋转失速的故障(gzhng)原因故障来源1234设计、制造安装、维修运行、操作机器劣化主要原因机器的各级流道设计不匹配1.入口滤

34、清器堵塞2.叶轮流道或气流流道堵塞机器的工作介质流量调整不当，工艺参数不匹配机器气体入口或流道有异物堵塞表27 区别(qbi)旋转失速与油膜振荡的主要方法区别内容 旋转失速 油膜振荡振动特征频率与工作转速的关系振动特征频率随转子工作转速而变油膜振荡发生后，振荡特征频率不随工作转速变化振动特征频率与机器进口流量的关系振动强烈程度随流量改变而变化振动强烈程度不随流量变化压力脉动频率的特点压力脉动频率与工作流速频率相等压力脉动频率与转子固有频率接近第63页/共208页第六十三页，共208页。表28 喘振的振动(zhndng)特征12345678特征频率 常伴频率振动稳定性 振动方向 相位特征轴心轨迹

35、进动方向 矢量区域超低频（0.520Hz）1不稳定径向不稳定紊乱正进动突变表29 喘振的敏感(mngn)参数123456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法改变改变改变明显改变 明显改变1.振动剧烈2.出口压力和进口流量波动大3.噪声大，低沉吼叫，声音异常第64页/共208页第六十四页，共208页。表30 喘振的故障(gzhng)原因故障来源1234设计、制造安装、维修运行、操作机器劣化主要原因设计制造不当，实际流量小于喘振流量，压缩机工作点离防喘线太近1.入口滤清器堵塞2.叶轮流道或气流流道堵塞1.压缩机的实际运行流量小于喘振流量2.压缩机出口压

36、力低于管网压力3.气源不足，进气压力太低，进气温度或气体相对分子质量变化大，转速变化太快及升压速度过快、过猛1.管道阻力增大2.管网阻力增加3.管路逆止阀失灵等第65页/共208页第六十五页，共208页。表31 转子与静止件径向摩擦(mc)的振动特征12345678特征频率常伴频率振动稳定性振动方向相位特征轴心轨迹进动方向矢量区域高次谐波、低次谐波及其组合频率1 不稳 径向1.连续摩擦：反向位移、跳动、突变2.局部摩擦：反向位移1.连续摩擦：扩散2.局部摩擦：紊乱1.连续摩擦：反进动2.局部摩擦：正进动突变第66页/共208页第六十六页，共208页。表32 转子与静止件径向摩擦(mc)的敏感参

37、数123456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法不明显不明显不变不变 不变时域波形严重削波表33 转子与静止件径向摩擦(mc)的故障原因故障来源1234设计、制造安装、维修运行、操作机器劣化主要原因转子与静止件（如为轴承、密封、隔板等）的间隙不当1.转子与定子偏心2.转子对中不良3.转子动挠度大1.机器运行时热膨胀严重不均匀2.转子位移基础或壳体变形大第67页/共208页第六十七页，共208页。表表34 34 转子转子(zhun z)(zhun z)系统出现各次谐波的系统出现各次谐波的可能性可能性振动频率（040）（4050）（50100）不规则

38、出现的可能性（）40401010 表35 转子过盈配合(pih)件过盈不足的振动特征12345678特征频率常伴频率振动稳定性振动方向相位特征轴心轨迹进动方向矢量区域 1（次谐波）1不稳径向杂乱不稳定正进动改变第68页/共208页第六十八页，共208页。表表36 36 转子转子(zhun z)(zhun z)过盈配合件过盈不足的敏过盈配合件过盈不足的敏感参数感参数123456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法有变化有变化不变不变不变1）转子失稳涡动频率2）振动大小与转子不平衡量成正比nt第69页/共208页第六十九页，共208页。表表37 37

39、转子过盈配合件过盈不足的故障转子过盈配合件过盈不足的故障(gzhng)(gzhng)原因原因故障来源1234设计、制造安装、维修运行、操作机械劣化主要原因转轴与旋转体配合面过盈不足1）转子多次拆卸，破坏了转轴与旋转体原有的配合性质2）组装方法不当超转速、超负荷运行配合件蠕变第70页/共208页第七十页，共208页。表表38 转子支承转子支承(zh chn)系统联接松动系统联接松动的振动特征的振动特征12345678特征频率 常伴频率振动稳定性振动方向相位特征轴心轨迹进动方向矢量区域基频及分数谐波2，3不稳定。工作转速达到某阈值时，振幅突然增大或减小松动方向振动大不稳定紊乱正进动变动第71页/共

40、208页第七十一页，共208页。表表39 转子支承系统转子支承系统(xtng)联接松动的敏感参联接松动的敏感参数数123456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法很敏感敏感不变不变不变非线性振动特征表40 转子(zhun z)支承系统联接松动的故障原因故障来源1234设计、制造安装、维修运行、操作机械劣化主要原因配合尺寸加工误差大，改变了设计所要求的配合性质支承系统配合间隙过大或紧固不良、防松动措施不当超负荷运行支承系统配合性质改变，机壳或基础变形，螺栓松动第72页/共208页第七十二页，共208页。表表41 密封和间隙密封和间隙(jin x)动力

41、失稳的振动特动力失稳的振动特征征12345678特征频率常伴频率振动稳定性振动方向相位特征轴心轨迹进动方向矢量区域小于（1/2）的次谐波1、（1/n)及n不稳定强烈振动径向不稳定紊乱并扩散正进动突变第73页/共208页第七十三页，共208页。表表42 密封密封(mfng)和间隙动力失稳的故障和间隙动力失稳的故障原因原因123456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法在某阈值矢稳很敏感明显改变不变有影响1）分数谐波及组合频率2）工作转速达到某阈值时突然振动剧烈第74页/共208页第七十四页，共208页。表表43 43 密封和间隙密封和间隙(jin x

42、)(jin x)动力失稳的故障原因动力失稳的故障原因故障来源1234设计、制造安装、维修运行、操作机械劣化主要原因制造误差造成密封或叶轮在内腔的间隙不均匀转子或密封安装不当，造成密封或叶轮在内腔的间隙不均匀操作不当，转子升降速过快，升降压过猛，超负荷运行转轴弯曲或轴承磨损产生偏隙第75页/共208页第七十五页，共208页。表表44 转轴具有横向裂纹转轴具有横向裂纹(li wn)的振动特的振动特征征 1 2 3 4 5 6 7 8特征频率 常伴频率振动稳定性振动方向 相位特征 轴心轨迹 进动方向 矢量区域半临界点的22、3等高频谱波不稳定径向、轴向不规则变化双椭圆或不规则正进动改变第76页/共2

43、08页第七十六页，共208页。表表45 转轴转轴(zhunzhu)具有横向裂纹的敏感具有横向裂纹的敏感参数参数123456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法 变化不规则变化不变不变不变非线性振动。过半临界点2谐波有共振峰值第77页/共208页第七十七页，共208页。表表46 转轴具有转轴具有(jyu)横向裂纹的故障原因横向裂纹的故障原因故 障来 源1234设计、制造安装、维修运行、操作机器劣化主 要 原 因材质不良、应力集中检修时未能发现潜在裂纹及其频繁启动，升速、升压过猛，转子长期受交变力轴产生疲劳裂纹第78页/共208页第七十八页，共208页

44、。转子不平衡产生转子不平衡产生(chnshng)的原因的原因及频率特征及频率特征旋转机械常见故障的振动诊断及实例旋转机械常见故障的振动诊断及实例(shl)转子不平衡转子不平衡不平衡不平衡(pnghng)(pnghng)类类 型型不平衡频不平衡频 谱谱第79页/共208页第七十九页，共208页。实例实例1： 某公司有一台电动机，额定转速某公司有一台电动机，额定转速3000r/min，运行中发现振动异常，测取轴承，运行中发现振动异常，测取轴承部位的振动信号作频谱分析，其谱图如右下图部位的振动信号作频谱分析，其谱图如右下图所示。以电动机转频（所示。以电动机转频（50Hz）最为突出）最为突出(t ch

45、)，判断电动机转子存在不平衡。在作动平，判断电动机转子存在不平衡。在作动平衡测试时，转子不平衡量达衡测试时，转子不平衡量达5000g.cm，远远，远远超过标准允许值超过标准允许值。经动平衡处理后，。经动平衡处理后，振动状态达到正常。振动状态达到正常。 这个实例，故障典型，过程完整。它的价值这个实例，故障典型，过程完整。它的价值在于印证了不平衡故障的一个最重要特征，激在于印证了不平衡故障的一个最重要特征，激振频率等于转频，又通过动平衡测试处理进一振频率等于转频，又通过动平衡测试处理进一步验证了诊断结论的正确性。步验证了诊断结论的正确性。转子转子(zhun z)不平衡不平衡第80页/共208页第八

46、十页，共208页。不平衡故障的典型(dinxng)频谱特征是工频分量占主导地位第81页/共208页第八十一页，共208页。实例实例2： 某 卷 烟 厂 的 锅 炉 引 风 机 ， 型 号某 卷 烟 厂 的 锅 炉 引 风 机 ， 型 号(xngho)Y2805-4型，转速型，转速1480r/min，功率功率75kW，结构简图见图。，结构简图见图。、引风机轴承(zhuchng)测点电机测点第82页/共208页第八十二页，共208页。测点方位H20.01526Hz4.62.52.4V5.53.41.04.5A3.72.41.6锅炉(gul)引风机振动速度有效值（mm/s rms）H H、V V、A

47、 A分别代表水平分别代表水平(shupng)(shupng)、垂直和轴向、垂直和轴向第83页/共208页第八十三页，共208页。测点水平(shupng)方向频谱第84页/共208页第八十四页，共208页。转子转子(zhun z)不对中不对中联轴器不对中轴承(zhuchng)不对中带轮不对中第85页/共208页第八十五页，共208页。平行(pngxng)不对中角度(jiod)不对中第86页/共208页第八十六页，共208页。实例：实例： 某厂一台离心压缩机，结构如图所示。某厂一台离心压缩机，结构如图所示。电动机转速电动机转速1500r/min1500r/min（转频为（转频为25Hz25Hz）。

48、）。该机自更换减速机后振动增大该机自更换减速机后振动增大(zn d)(zn d)，A A点水平方向振动烈度值为点水平方向振动烈度值为6.36mm/s6.36mm/s，位，位移移D=150mD=150m，超出正常水平。，超出正常水平。 第87页/共208页第八十七页，共208页。明显(mngxin)的2X特征重新(chngxn)对中后2X基本消失第88页/共208页第八十八页，共208页。地脚松动引起振动(zhndng)的方向特征及频率结构机械机械(jxi)松动松动第89页/共208页第八十九页，共208页。实例实例(shl)(shl) 某发电厂某发电厂1 1发电机组，结构如图。发电机组，结构如

49、图。 1-汽轮机 2-减速机3-发电机 4-励磁机后轴承(zhuchng) 前轴承(zhuchng)第90页/共208页第九十页，共208页。汽轮机前后轴承(zhuchng)振动值 um PPum PPH8530V156A2828第91页/共208页第九十一页，共208页。第92页/共208页第九十二页，共208页。第93页/共208页第九十三页，共208页。摩擦摩擦(mc)高次谐波(xi b)及其分数倍谐波(xi b)是摩擦的主要频谱特征第94页/共208页第九十四页，共208页。实例实例1 1： 某科研单位在双盘转子试验台上作振动试验。当转某科研单位在双盘转子试验台上作振动试验。当转速速(

50、zhun s)(zhun s)升到升到12000r/min12000r/min时，转子开始发生油时，转子开始发生油膜振荡，振动值突然升高。其时在膜振荡，振动值突然升高。其时在686872Hz72Hz频率处频率处出现高幅值，并可以看到转轴与保护架内孔因发生强出现高幅值，并可以看到转轴与保护架内孔因发生强烈摩擦而发出强烈火花。这时振动信号的主要频率成烈摩擦而发出强烈火花。这时振动信号的主要频率成分及其位移幅值时域波形和频谱如图所示，各频率所分及其位移幅值时域波形和频谱如图所示，各频率所对应的幅值见表。对应的幅值见表。 从波形图上可以看到，近似正弦波形在波峰处被从波形图上可以看到，近似正弦波形在波峰

51、处被“截断截断”，呈典型的，呈典型的“截头状截头状”。在复杂的频率结构。在复杂的频率结构中，由于转子强烈摩擦而激起的转子多阶自振频率和中，由于转子强烈摩擦而激起的转子多阶自振频率和转速转速(zhun s)(zhun s)倍频占据着主导作用。这是一个感官倍频占据着主导作用。这是一个感官观察（目视摩擦火花）与信号分析统一的典型的摩擦观察（目视摩擦火花）与信号分析统一的典型的摩擦实例，对我们理解摩擦的本质特征很有参考价值。实例，对我们理解摩擦的本质特征很有参考价值。第95页/共208页第九十五页，共208页。12345678910频率3672108109145181217253289362幅值875

52、112018224314533219213813196倍频关系1阶自振频率2阶自振频率转频3阶自振频率4阶自振频率2倍转频各特征频率幅值及其倍频(bi pn)关系第96页/共208页第九十六页，共208页。实例实例2 2： 某厂一台某厂一台3W3W1B11B1型高压水泵的电动机，型高压水泵的电动机，转速转速1485r/min1485r/min，泵轴转速，泵轴转速225r/min225r/min，水泵的轴承为滑动轴承，设备运行中发现水水泵的轴承为滑动轴承，设备运行中发现水泵轴承的垂直方向（泵轴承的垂直方向（V V）振动强烈。其振动）振动强烈。其振动信号的时域波形、频谱如图所示。信号的时域波形、频

53、谱如图所示。 水泵轴承垂直方向的振动波形成单边水泵轴承垂直方向的振动波形成单边“截截头头”状，频谱结构主要是转频及其高次谐波，状，频谱结构主要是转频及其高次谐波，都呈典型的摩擦特征。后经检查发现，该轴都呈典型的摩擦特征。后经检查发现，该轴承由于润滑油路堵塞而形成干摩擦。如此可承由于润滑油路堵塞而形成干摩擦。如此可见，频率分析结合波形观察，是诊断见，频率分析结合波形观察，是诊断(zhndun)(zhndun)摩擦故障的有效方法。摩擦故障的有效方法。第97页/共208页第九十七页，共208页。波形(b xn)出现“削顶”丰富(fngf)的高次谐波第98页/共208页第九十八页，共208页。 实例

54、某化肥厂的二氧化碳压缩机组，从1987年开始振动渐增，至9月4日高压缸振动突然升到报警值而被迫(bi p)停车。 机组运行过程中，在故障发生的前后，均对高压缸转子的径向振动作了频谱分析，谱图如图所示。故障发生前，振动信号中只有转频（fr）成分，故障发生时，谱图中除转频外，还有明显的半倍频成分。 油膜振荡(zhndng)第99页/共208页第九十九页，共208页。故障(gzhng)发生前故障发生后注意(zh y)0.5X的出现第100页/共208页第一百页，共208页。 实例 某冶炼厂一台用于余热发电的小型汽轮发电机组，汽轮机转速5550r/min（转频92.5Hz），发电机转速1500r/mi

55、n（转频25Hz）。减速器小齿轮(chln)（主动齿轮(chln)）齿数z1=27，大齿轮(chln)（被动齿轮(chln)）齿数z2=100，齿轮(chln)啮合频率fm2497.5Hz，机组结构简图如图所示。综合(zngh)故障第101页/共208页第一百零一页，共208页。 机组于1998年1月初检修后，在试运行过程中振动一直不正常，到1月23日汽轮机测点轴承温度(wnd)持续上升，操作工告急。为查明原因，对其进行了振动测量分析。 汽轮机测点、轴承部位的振动值见表47。其中测点垂直方向（V）的振动最大，且呈上升趋势。采用振通904数据采集器对该点作振动信号分析，水平（H）垂直（V）和轴向

56、（A）三个方向的频谱图如图所示，其幅值参数为速度峰值。在三个方向的频谱图上都存在90Hz（近似于转频92.5Hz）振动和50Hz分频振动以及大量高次谐波，其中垂直方向振动最为强烈。频谱结构显示测点轴承振动信号存在严重的非线性问题。根据这些情况判断测点轴承轴瓦存在松动，并由松动而引起摩擦，处于松动与摩擦并存状态。 第102页/共208页第一百零二页，共208页。41.907.49第103页/共208页第一百零三页，共208页。水平(shupng)方向轴向频谱垂直(chuzh)方向第104页/共208页第一百零四页，共208页。 1998年1月26日拆机检查，发现测点轴承下轴瓦表面巴氏合金局部龟裂

57、脱落，有摩擦烧伤痕迹所示。分析产生这种情况的原因在于轴瓦没有正确定位，运行中与瓦座之间发生相对摩擦，引起轴承发热，致使巴氏合金在高温高压下碎裂，由此又进一步加大了摩擦，使振动日益增大。 在处理故障(gz hng)时，更换了轴瓦，重新调整了轴承间隙，紧固了各联结部位，刮研了轴瓦接触表面使之保持良好 的 接 触 。 机 组 于2月18日投入运行，3月4日进行了复测，测点轴承的振动值垂直方向的速度有效值较处理前降低了3倍，位移峰峰值降低了近4倍。其频谱结构如图所示。 这时，转频分量（90Hz）大为减弱，低频分量（50Hz）已经消失，高次谐波成分减少，且幅值显著降低。第105页/共208页第一百零五页

58、，共208页。水平(shupng)方向垂直(chuzh)方向轴向第106页/共208页第一百零六页，共208页。 这是一个比较典型的实例，类似这样的情况在现场诊断中经常会碰到。机器上有些配合件的松动故障往往与摩擦故障联系在一起，它们之间存在着因果关系。由于配合件松动，机器在运行中常引起零件的相对移动而产生摩擦，所以在频谱上常出现类似两种故障频率的复杂情况。在这里松动是原发故障，摩擦属引发故障。掌握了其中的规律，对我们(w men)作现场故障分析很有助益。第107页/共208页第一百零七页，共208页。1. 滚动轴承信号的频率结构 滚动轴承主要振动频率有：（1）通过频率 当滚动轴承元件出现局部损

59、伤时（如图中轴承的内外圈或滚动体出现疲劳(plo)剥落坑），机器在运行中就会产生相应的振动频率，称为故障特征频率，又叫轴承通过频率。 各元件的通过频率分别计算如下： 滚动轴承故障的振动滚动轴承故障的振动(zhndng)(zhndng)诊断及实例诊断及实例 第108页/共208页第一百零八页，共208页。 1）内圈通过(tnggu)频率( )，即内圈上的某一损伤点与滚动体接触过程中产生的频率： （44） 2）外圈通过(tnggu)频率( )，即外圈上的某一损伤点与滚动体接触过程中产生的频率： （45）3）滚动体通过(tnggu)频率( )，即滚动体上某一损伤点与内圈或外圈接触过程中产生的频率：

60、（46）滚动轴承故障的振动(zhndng)(zhndng)诊断及实例 if1(1cos)2irdffD0f01(1cos)2rdffDbf2211 () cos2brDdffdD第109页/共208页第一百零九页，共208页。4）保持架通过频率（ ）： 式中 滚动(gndng)轴承内圈的回转频率（Hz）， n/60, n为内圈的转速； 滚动(gndng)体直径（mm）； 轴承节径（mm）； 滚动(gndng)体个数； 压力角（又称接触角，有时用 表示）。以上这些参数值，可以在有关设计手册或轴承手册中查到。滚动轴承(gndngzhuchng)(gndngzhuchng)故障的振动诊断及实例cf1