石大机器维修工程学讲座：设备状态监测与故障诊断

设备状态监测与故障诊断1、故障诊断的定义机械设备状态监测与故障诊断是同一科学的两个不同层次，它们既有联系，又有区别，有时为了方便起见统称为机械设备故障诊断。机械设备故障诊断是识别机械设备（机器或机组）运行状态的一门综合性应用科学和技术，它主要研究机械设备运行状态的变化在诊断信息中的反映。具体的讲，它是通过测取设备状态信号，并结合其历史状况对所测信号进行处理、分析、提取特征，从而定量诊断（识别）机械设备及其零部件的运行状态（正常、异常、故障），进一步预测将来状态，最终确定需要采取的必要对策的一门技术。其主要内容包括对机械设备运行状态的监测、诊断（识别）和预测三个方面。一、绪论2、故障诊断的目的机械设备故障诊断的根本目标是要保证设备的安全、可靠、和高效、经济运行，其主要目的为：（1）及时、正确、有效地对设备的各种异常状态或故障状态做出诊断，预防或消除故障；同时对设备的运行维护进行必要的指导，确保设备运行中的可靠性、安全性和有效性。（2）制定合理的检（监）测维修制度，保证设备工作时能发挥最大的设计能力，同时在允许的条件下充分挖掘设备潜力，延长其服役期及使用寿命，降低设备全寿命周期费用。（3）通过检测监视、故障分析、性能评估等，为设备修改结构、优化设计、合理制造及生产过程提供数据和信息。3、故障诊断的任务机械设备故障诊断的基本任务包括三个大方面，即：监视设备的运行状态，判断其是否正常；诊断设备的故障，预测将来的发展趋势，并提供消除故障思路；指导设备的管理和维修。（1）状态监测状态监测是指通过一定的途径了解和掌握设备的运行状态，包括利用监测与分析仪器设备（定时的或非定时的，在线的或离线的，定期的或连续的），采用各种检测、测量、监视、分析和判别方法，结合设备的历史和现状，在考虑环境因素的条件下，对设备当前的运行状态做出评估，判断设备所处状态属于正常还是异常，对异常状态及时做出报警，并为进一步进行故障分析、性能评估等提供信息和数据。（2）故障诊断故障诊断是指根据状态监测所获得的信息，结合已知的设备结构特性和参数、环境条件及其运行历史（包括运行记录，故障维修记录等）对设备有可能要发生的故障进行预报和分析，或对设备已经发生的故障进行分析、判断，确定故障的性质、类别、程度、原因、部位等，指出故障发生和发展的趋势及其后果。（3）指导设备管理维修根据故障诊断的结果，提出控制故障继续发展和消除故障的调整、维修、治理的对策和措施，并加以实施，最终使设备复原到正常状态。从改革维修制度的角度，为从当前普遍采用的定期维修分式逐步过渡到视性维修的状态维修分式提供依据，促使设备管理、维修工作上升到一个新的水平。4、开展设备故障诊断工作的意义现代设备运行的安全性与可靠性主要取决于两个方面，其一是设备在设计与制造中各项技术指标的有效实现，为此需要有可靠、优良的设计方法，加工制造中的技术保证；其次是要有确保设备正确安装、运行、管理、维修和诊断的具体措施，并付诸实施。概括起来，开展机械设备故障诊断工作具有如下三方面意义：（1）有利于提高设备管理水平（2）避免巨大事故的发生，减少事故的危害性（3）可以获得潜在的巨大经济效益和社会效益二、设备维修与现代化管理机械设备是现代化生产的物质基础，设备管理则是企业管理中的重要领域，因此，企业管理的现代化必然要以设备管理的现代化作为它的重要组成部分。在今天，设备管理现代化是一个十分重要的问题，它是提高设备投资的主要环节，是固定资产保值、增值的有效途径，它能够降低设备使用的费用，提高生产经济效益、从而增强企业的竞争能力和发展能力。我国目前设备管理的基本任务是：以改革为动力，以提高经济效益为中心，积极推进设备管理现代化，依靠技术进步，促进生产发展的预防为主。设备管理当中应当坚持：“设计、制造与使用维修相结合”，“维护与计划检修相结合”，“修理、改造与更新相结合”，“专业管理与群众管理相结合”，“技术管理与经济管理相结合”。设备管理现代戏化主要包括五个方面的内容（1）管理理论的现代化；（2）管理组织与体制的现代化；（3）管理方法的现代化；（4）管理手段现代化；（5）管理人才的现代化。在这些内容中，先进的设备和技术起着重要的作用，并促进着上层建筑、管理体制的进一步变革，其中设备诊断技术就是重要的一环，推广和应用设备诊断技术可以达到如下目的：（1）保障设备安全、正常运行，防止突发故障；（2）保证设备精度，提高产品质量；（3）实施状态维修，节约维修费用；（4）避免设备事故带来的环境污染；（5）给企业部门带来较大的经济效益。因此，不论是历内还是在国外，设备故障诊断技术在设备管理现代化国占有重要的地位，并发挥着积极的作用。在我国，设备故障诊断技术正在改变着传统维修管理的被动局面，并向可靠性维修以及质量维修的新方式前进，以求更好地达到设备寿命周期费用最经济和综合效率最高的目的。五种维修体制的特点

工业企业由于其性质、设备状况和生产条件的不同，在实施维修策略，确定设备维修方式时，要区别各类设备在生产中所处的地位和对生产的影响程度，要相应地采取不同的维修方式，因而在一个企业内可以有几种设备维修方式同时并存。维修方式有多种多样，但综合归纳起来主要有三种，即改善维修（CM）、事后维修（BM）和预防维修（PM）。而预防维修又包括视性维修、状态维修和计划（定期）维修三种形式。上述五种维修方式的结构如图下所示。1改善维修（CM，CorrectiveMaintenance）改善维修是为了消除设备的先天性缺陷或频发故障，对设备的局部结构或零件的设计加以改善并结合修理进行改装，以提高设备的可靠性和维修性的措施。改善维修方式是一种值得提倡的维修方式，它通过检查和修理实践，对设备容易出故障的薄弱环节进行改进，从而改善设备的技术性能，达到从根本上减少设备故障，提高设备工作效率的目的。2事后维修(BM,Break-downWaintenance

)这是一种当设备故障已经发生,或设备的性能、精度已降低到合格水平以下时所采取的非计划性维修方式，故称为事后维修。事后维修适用于一般非重点设备、简单和低值设备、利用率低或有备用设备，以及那些即使停机也不至于影响生产的设备。3视性维修（OM，On-ConditionMaintenance）这种维修方式是在人为的事先规定了一些界限的情况下，通过人的感官或仪表进行检查，当发现潜在的问题开始暴露，并能确定何时将有可能超过给定的界限值，认为设备有必要进行修理而采取的一种维修措施。4状态维修（CBM，Condition-Basedmaintenance）这是一种以设备运行状态为基础的预防维修方式，亦称预知或预测维修。它根据设备的日常点检、定期检查、状态监测和故障诊断等所提供的信息，经过数据处理和分析，从而判断设备的劣化程度，并在故障发生之前有计划地进行适当的维修。5定期维修(TBM,TimeBasedMaintenance)这是一种以时间为基础的预防维修方式，也称计划预修或计划维修．

以可靠性为中心的维护简介三、设备状态监测的基本概念1设备关键性分类机器按其在工艺中的重要性分为：关键设备、重要设备和一般设备。2监测参数的确定确定监测参数的原则是根据不同类型的机器而设定的。一般来说，除机器本体的振动、位移、速度等参数需要监测外，与机器运行状态密切相关的参数也应尽量纳入监测计划，包括过程参数。过程参数：包括温度、压力、流量。机械振动转子振动：转子相对于轴承的运动（相对运动）转子相对于自由空间的运动（绝对运动）。非旋转部件振动：一般采用惯性式传感器测量，属于绝对振动。

结构振动：轴承、轴承座、机器壳体、管线以及基础等。相位角测量：键相、光电传感器转速测量：一般测量驱动机位置测量：轴位移、差胀、壳胀、轴径向位置振动的三要素位移是：幅值、频率、相位（1）振幅（位移、速度、加速度）是衡量振动强度的指标，机器的运行状态平稳与否，与机器表现出的振幅有关。位移单位：um（P-P)；速度:mm/s(有效值）；加速度：mm/ss(单峰值）（2）频率分析的最大贡献在于揭示了振动的组成，因此可以于许多机器常见故障或异常进行对应（并非简单的一一对应），使得诊断故障成为可能。同时也弥补了单纯振动幅值来衡量振动对机器的影响，结合幅值和频率可以更全面地计量振动。频率单位：Hz;rpm（3）相位：状态监与故障诊断技术中所用的相位是有特定物理意义。一般来说，相位概念比较多，如绝对相位、相对相位、相位差等等。用于平衡目的的相位信息必须是绝对相位。相位单位：度动刚度的基本概念振动是力与刚度(约束)的比值。换言之，当机器受力保持不变时，若系统刚度（约束）较大，则响应（振动）就较小，反之，振动值则较大；若系统刚度不变，受力增大或减小，同样会导致系统响应振动值变大或变小。四、传感器使用基础传感器是能够感受物体运动并将运动转换为模拟电信号的一种灵敏的换能元件。传感器的种类很多，主要有下面三种：（1）速度传感器：以振动体的振动速度为测量目标的传感器称为速度传感器。速度传感器为接触式传感器，适用于测量壳体和轴的绝对振动。（2）加速度传感器：加速度传感器是以测量振动加速度为目标的测振传感器，常见的有压电式加速度传感器和应变式加速度传感器，测振以前者为最常用。（3）非接触式电涡流传感器是目前应用最广泛的振动传感器，可以测量振动状况的各种参数，尤其适用于旋转机械轴振动，轴位移及轴的轨迹测量等。常用机械选择传感器的方法机器类型传感器建议安装位置使用滑动轴承的蒸气轮机、压缩机及大型机泵非接触式位移传感器轴承径向互成90°安装，并在每一机器推力轴承安装轴向位移传感器（一般为双传感器），在每一转速段安装键相传感器。中型机泵位移或速度传感器在轴承径向水平、垂直方向安装。使用滑动轴承的电机或风机位移或速度传感器在每一轴承径向安装，并最少安装一个轴向位移传感器来检测轴向压力磨损。使用滚动轴承的电机、泵、压缩机速度或加速度传感器可在每一轴承水平、垂直、轴向三个方向安装，尽可能安装在最大受力处。使用滚动轴承的齿轮箱加速度传感器传感器的安装尽可能接近每一个轴承。使用滑动轴承的齿轮箱非接触式位移传感器轴承径向互成90°安装，并在推力轴承侧安装轴向位移传感器五、设备故障的评定标准1判断标准为了对设备的状态作出判断，确定是否存在故障及故障的严重程度，必须对表征机器状态的测量值与规定的标准值进行比较。常用的有三种判断标准：（1）绝对判断标准：它要求在设备的同一部位或按一定的要求测得的表征机器设备状态的值与某种相应的判断标准比较，以评定设备的状态。（2）相对判断标准：采用这种判断标准时，要求对设备的同一部位（同一工况）同一种量值进行测定，将设备正常工作情况的值定为初始值，按时间先后将实测值与初始值进行比较来判断设备状态。（3）类比判断标准：若有数台机型相同、规格相同的设备，在相同条件下对它们进行测定，经过相互比较作出判断，用这种方法对机器设备的状态进行评定而制订的标准称作类比判断标准。旋转机械振动的评定除按轴承振动烈度作为评定值外，也可以按轴承振幅进行评定。（1）按轴承振幅的评定标准轴承振幅测量是早期振动测量的基本手段，因此按轴承振幅评定机器运行状态一直沿用至今。1969年国际电工委员会（IEC）推荐了电厂汽轮机组的振动标准，如下表：转速（r/min）10001500180030003600600012000在轴承上测量值（μm）7550422521126在靠近轴承的轴上测量值（μm）1501008450422512我国原水电部规定的振动标准转速（r/min）优良合格150030以下50以下70以下300020以下30以下50以下有关轴承座与轴振动评定标准的几点说明：（1）根据ISO2372及ISO7919的规定，应用中应注意以下两个准则：准则一：在额定转速下整个负荷范围内的稳定工况下运行时，各轴承座和轴振动不超过某个规定的限值。准则二：即使轴承座或轴的振动幅值合格，但变化量超过报警限值的25%，且不论变大还是变小都要报警。因为振动变化大意味着机组可能有故障，特别是振动变化大，变化较快时更应注意。（2）根据我国情况，功率在50MW以下的机组一般只测量轴承座振动，不要求测量轴振动。功率在200MW以上的机组要求同时测量轴承座振动和轴振动。功率大于50MW、小于200MW以上的机组，要求测量轴承振动，而在有条件情况下或在新机组启动及时对机组故障分析时，则测量轴振动。（3）轴承座振动与轴振动之间一般不存在一种固定的比例关系。（4）关于机组振动限值的规定，英、美、德、瑞典等国曾做过大量机组现场振动普查工作。我国根据ISO标准结合我国具体情况，也制订了相应标准。六、旋转机械振动及常见故障分析（一）概述旋转机械的种类繁多，有发电机、汽轮机、离心式压缩机等，这类机械的主要功能都是由旋转动作完成的，统称为机器。旋转机械故障是指机器的功能失常，即其动态性能劣化，不符合技术要求。例如，机器运行失稳，机器发生异常振动和噪声，机器的工作转速、输出功率发生变化，以及介质的温度、压力、流量异常等。机器发生故障的原因不同，所产生的信息也不一样，根据机器特有的信息，可以对机器进行诊断，但是机器发生故障的原因往往不是单一的因素，特别对于机械系统中的旋转机械故障，往往是多种故障因素的耦合结果，所以对旋转机械进行故障诊断，必须进行全面的综合分析研究。旋转机械的故障诊断过程，类似于医生对患者的治疗。对于旋转机械的故障诊断，首先要求诊断者，在通过监测获取大量信息的基础上，基于机器故障机理，从中提取故障特征，进行周密的分析判断，才能确定故障的原因，作出符合实际的诊断结论，提出治理措施。旋转机械故障的来源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可自激振动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）转子动平衡不符合要求安装、维修1）机器安装不当，零部件错位，预负荷大2）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）调整不当4）管道应力大，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）安装或维修过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机器劣化1）长期运行，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（二）转子不平衡的故障机理与诊断转子不平衡包括转子系统的质量偏心及转子部件出现缺损。转子质量偏心是由于转子的制造误差、装配误差、材质不均匀等原因造成的，称此为初始不平衡。转子部件缺损是指转子在运行中由于腐蚀、磨损、介质结垢以及转子受疲劳力的作用，使转子的零部件（如叶轮、叶片等）局部损坏、脱落、碎块飞出等，造成的新的转子不平衡。转子质量偏心及转子部件缺损是两种不同的故障，但其不平衡振动机理却有共同之处。转子部件出现缺损故障的主要振动特征如下：1）振动的时域波形为正弦波。2）频谱图中，谐波能量集中于基频3）当Ω＜时，振幅随Ω（转子旋转角速度）的增加而增大；当Ω＞

后Ω增加时振幅趋于一个较小的稳定值；当Ω接近于时发生共振，振幅具有最大峰值。4）当工作转速一定时，相位稳定。5）转子的轴心轨迹为椭圆。6）转子的进动特征为同步进动。7）振动的强烈程度对工作转速的变化很敏感。8）质量扁心的矢量域稳定于某一允许的范围内，而转子发生部件缺损故障时，其矢量域在某一时刻突变。1转子质量偏心的诊断方法（1）振动特征转子质量偏心的振动特征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（2）敏感参数转子质量偏心的敏感参数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低速时振幅趋于零2转子部件缺损的诊断方法（1）振动特征转子部件缺损的振动特征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×突发性增大后稳定径向突发性增大后稳定椭圆正进动突变后稳定（2）敏感参数转子部件缺损的敏感参数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低速时振幅趋于零3转子质量偏心的故障原因及措施1）故障原因转子质量偏心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）转子上零件配合松动2）治理措施a转子除垢，进行修复。b按技术要求对转子进行动平衡。

4转子部件缺损的故障原因及治理措施1）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）转子上零件配合松动2）治理措施修复转子，重新动平衡，正确操作。（三）转子弯曲的故障机理与诊断转子弯曲包括转子弓形弯曲和临时性弯曲两种故障。转子弓形弯曲是指转子轴呈弓形，它是由于轴结构不合理、制造误差大、材质不均匀、转子长期存放不当等，发生永久弯曲变形或由于热停机时未及时盘车、热稳定性差、长期运行后转轴自然弯曲加大等原因造成的。转子临时性弯曲是指转子的转轴有较大预负荷、开机运行时暖机不足、升速过快、加载太大、转轴热变形不均匀等原因造成的。转轴弓形弯曲与转轴临时性弯曲是两种不同的故障，但其故障机理相同。1振动机理旋转轴弯曲时，由于弯曲所产生的力和转子不平衡所产生的力相位不同，两者之间相互作用有所抵消，转轴的振幅将在某个速度下减小。当弯曲的作用小于不平衡时，振幅的减小发生临界转速以下；当弯曲的作用大于不平衡时，振幅的减小高精尖发生在临界转速以上。转子无论发生弓形弯曲还是临时性弯曲，它都要产生与质量偏心类似的旋转矢量激振力，同时在轴向发生与角频率相等的振动。这两种故障的机理与转子质量偏心相同。2诊断方法及治理措施转子弓形弯曲和转子临时性弯曲的故障诊断，与转子质量偏心诊断方法基本相同。其不同之处是，具有转子弓形弯曲故障的机器，开机起动时振动就较大；而转子临时性弯曲的机器，是随着开机升速过程振幅在到某一值后振幅有所减小。1）振动特征转子弓形弯曲的振动特征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1×2×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2）敏感参数转子弓形弯曲的敏感参数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1）机器开始升速运行时，在低速阶段振动幅值就较大2）刚性转子两端相位差180°2转子临时性弯曲的诊断方法1）振动特征转子临时性弯曲的振动特征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、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2）敏感参数转子临时性弯曲的敏感参数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升速过程振幅大，往往不能正常启动故障来源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，停机后未及时盘车转子热稳定性差，长期运行后自然弯曲3转子弓形弯曲的故障原因及治理措施1）故障原因转子弓形弯曲的故障原因2）治理措施a正确存放转子，科学管理。b校直转子。c按技术要求进行动平衡。4转子临时性弯曲故障原因及治理措施1）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2）治理措施a重新开机启动。b将转子转动90°再启动。（四）转子不对中的故障机理与诊断机组各转子之间由联轴器联接构成轴系，传递运动和转矩。由于机器安装误差，承载后的变形以及机器基础的沉降不均匀等，造成机器工作状态时各转子轴线之间产生轴线平行位移，轴线角度位移或综合位移等对中变化误差，统称为转子不对中。转子系统机械故障的60%是由不对中引起的，具有不对中故障的轴子系统在其运转过程中将产生一系列有害于设备的动态效应，如引起机器联轴偏转、轴承早期损坏、油膜失稳和轴的挠曲变形等，导致机器发生异常振动，危害极大。1振动机理转子不对中的轴系，不仅改变了转子轴颈与轴承的相互位置和轴承的工作状态，同时也降低了轴系的固有频率。轴系由于转子不对中，使转子受力及支承所受的附加力是转子发生异常振动和轴承早期损坏的重要原因。a齿式联轴器联接不对中的振动机理。b刚性联轴器联接转子不对中的故障机理。2诊断方法及治理措施1）振动特征

转子不对中的振动特征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2×1×、3×稳定径向、轴向较稳定双环椭圆正进动不变2）敏感参数转子不对中时，转子受力及轴承所受的附加力直接与联轴器所传递的转矩成正比，即转子不对中所发生的异常振动随机器的负荷增加而增大。转子的热态对中状态对机器的基础变形、热膨胀不均匀及环境温度的突然变化等因素比较敏感。转子不对中的敏感参数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明显有影响有影响有影响1）转子轴向振较大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3）故障原因转子不对中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1）机器基础或机座不均匀，使不对中超差2）环境温度变化大，机器热变形不同4）治理措施a转子冷态对中时，应考虑到热态不对中变化量。b按技术要求调整轴系转子对中量，重新对中。（五）油膜涡动和油膜振荡的故障机理与诊断油膜涡动和油膜振荡是由滑动轴承油膜力学特性引起的自振荡。1振动机理油膜振荡是自激振动，其主要特点如下：1）自激振动（即涡动）只有当角频率Ω高于第一阶临界角频率时才有可能发生2）大多数情况下，自激振动的频率大致等于转子的固有频率。3）自激振动不是共振现象，在多数情况下，它在转速的大范围内随时可能出现，而且实际上往往不能确定这范围的上限。4）自激振动能否出现的界限主要取决于员工设计，在最不利的情况下，这一界限即失稳转速的下限，约为临界转速的2倍。5）自激振动是非常激烈的，它的振幅往往不平衡质量引起的共振振幅还要大。6）自激振动是正向涡动，与转子的转动方向相同。7）当转速逐渐升高时，自激振动往往要推迟发生，即它不一定在转速达到失稳转速的下限时就发生，而是在大于此下限时发生。升速越快，自激振动越要推迟。8）当自激振动已经发生后，如果降低转速，则它可以保持到低于升速时开始发生的转速，即使在升速缓慢而自激振动没有推迟的时候也这样。2油膜轴承的常见故障和原因油膜涡动和油膜振荡是力学特性引发的自激振动，它是轴承损坏的主要原因，但是造成油膜轴承损坏、发生故障的原因不有多种，因此在诊断油膜轴承故障时需进行全面分析。油膜轴承故障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空气和水分等，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3油膜涡动的诊断方法及治理措施油膜涡动和油膜振荡是即有密切联系，又有区别的两种不同现象。轴承发生油膜涡动时，尽管其振幅较小，对轴承的润滑和工作影响不大，但是它所产生的附加动力勒荷，易使机器零部件发生松动和疲劳失效等。1）振动特征油膜涡动的振动特征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×较稳定径向、轴向稳定双环椭圆正进动改变2）敏感参数油膜涡动的敏感参数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明显不变不变涡动频率随工作角频率升降，保持ω≤Ω3）故障原因油膜涡动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4）治理措施a按技术要求安装轴承b增加轴承比压c调整润滑油温。d控制轴瓦负荷。e更换符合技术要求的轴承。4油膜振荡的诊断及治理措施油膜振荡是转子的涡动频率与转子固有频率接近时发生的自激振动，而且来势很猛，振幅突然大幅升高，剧烈振动，振撼整个机器和基础，并伴随低沉的吼叫声，会严重损坏轴承的转子，损坏机器，发生恶性事故。但是，在工作转速之半与转子固有频率接近发生异常振动，并不一定是油膜振荡造成的，还有可能是气体激振、密封动力失稳、转子与静止件发生摩擦等原因产生的，而且油膜振荡与转子过临界转速的振动也不一样，其主要特征为：1）油膜振荡是自激产生的，其振动具有非线性振动特征，特征频率有基频与涡动频率的组合频率；振动的发生和消失突发性。2）发生油膜振荡之前一般不会有油膜涡动现象。3）油膜振荡发生后，继续升高转速，振幅不下降。油膜振荡的振动特征及诊断方法如下：1）振动特征油膜振荡的振动特征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＜×（0.43～

0.48×)组合频率不稳定径向不稳定(突变)扩散不规则正进动改变2）敏感参数油膜振荡的敏感参数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2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3）故障原因油膜振荡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4)治理措施a工作转速避开油膜共振区。b按技术要求安装轴承。c增加轴承比压。d控制轴瓦预负荷。e调整润滑油温。f更换轴承或润滑油。（六）旋转失速的故障机理与诊断旋转失速是流体机械的常见故障之一，它是由于流体特性发生的自激振动。1振动机理2诊断方法及治理措施1）振动特征旋转失速的振动特征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（Ω-）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2）敏感参数旋转失速的敏感参数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3）故障原因旋转失速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机器的各级流道设计不匹配1）入口滤清器堵塞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4）治理措施a开大机器回流阀，增加压缩机入口流量。b检查各段进口分离器液位是否正常。c检查冷却器出口气体温度是否过低。d调整机器转速。e对无害安全介质，可采取放空的办法，增加压缩机入口流量。3旋转失速与油膜振荡的区别方法当机器两个脱离团激励转子发生旋转失速时，旋转失速角频率Ω，因而有可能由于接近转子的固有频率而发生共振。另一方面，其振动特征往往由于易与油膜涡动或油膜振荡故障混淆而对诊断工作造成困难。区别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度随转子工作转速而变油膜振荡发生后，振动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相近（七）喘振的故障机理与诊断喘振是透平压缩机特有的现象。喘振不仅引起生产效率下降，而且会对机器造成严重危害。喘振常常导致机器内部密封件、涡轮导流板、轴承等损坏；喘振幅度较大时常常导致转子弯曲、联轴器及齿轮箱损坏；机器横向大幅摆动还会造成与机器相联的管网系统及测试仪表等外部设备损坏等。1振动机理透平压缩机发生喘振的主要特征如下：1）透平压缩机接近或进入喘振式况时，机体和轴承都发生强烈的振动，其振幅要比平常正常运行时大大增加，透平压缩机的喘振频率一般为0.5～20Hz。2）透平压缩机在稳定工况下运行时，其出口压力和进口流量的变化是不大的，有规律的，且所得的数据在平均值附近摆动，变动的幅度很小。当接近或进入喘振工况时，二者的变化都很大，发生了周期性大幅的振动，有时甚至可发现有气体从压缩机进口处被倒推出来。3）透平压缩机在稳定运转的正常工况下，其噪声较小且是连续性的，当接近喘振工况时，由于整个系统产生气流周期性的振荡，因而在出气管道中，气流发生的噪声也时高时低，产生周期性变化。当进入喘振工况时，噪声立即增剧，甚至有爆音出现。2诊断方法及治理措施1）振动特征

喘振的振动特征

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超低频（0.5～20Hz)1×不稳定径向不稳定紊乱正进动突变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2)敏感参数喘振的敏感参数3)故障原因喘振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设计或制造不当，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，