振动分析案例

1、1,case histories,故障诊断应用实例精选 -(48例)-,2,contents目录,实例no.1某压缩机组振动频谱分析 实例no.2某 30万吨/年乙烯装置裂解气压缩机组转子 动不平衡故障 实例no.3某汽轮机叶片断裂故障 实例no.4某透平膨胀机叶片断裂故障 实例no.5某锅炉风机地脚螺栓松动故障 实例no.6某大型风机轴承座松动故障 实例no.7某油气田平台中甲板压缩机平台振动故障诊断 实例no.8某循环气压缩机管道振动和噪声故障 实例no.9某原油泵进口管道共振故障的诊断和排除 实例no.10某立式泵严重共振引起叶轮轴疲劳断裂故障的诊断 实例no.11某往复式空压机的出口管

2、道共振故障的诊断 实例no.12某锅炉给水泵的流体动力振动故障的诊断 实例no.13某除尘风机组轴承座刚性差及流体动力激振振动故障的诊断 实例no.14某汽轮机转子摩擦和滚动轴承故障 实例no.15某送风机电动机转子与定子相磨故障的诊断 实例no.16某螺杆式压缩机转子磨损故障的诊断,3,contents目录,实例no.17若干压缩机组齿轮箱齿轮摆动频率实测 实例no.18某离心机行星齿轮偏摆振动故障 实例no.19某驱动箱伞齿轮高噪声和振动故障的诊断 实例no.20某电动机转子条故障 实例no.21某纸机滚动轴承外环故障 实例no.22某纸机滚动轴承外环故障 实例no.23某纸机滚动轴承内环

3、故障 实例no.24某纸机滚动轴承滚动体故障 实例no.25某纸机滚动轴承保持架故障 实例no.26某纸机滚动轴承松动故障 实例no.27某纸机滚动轴承同时出现若干故障 实例no.28某纸机滚动轴承松动故障 实例no.29某纸机滚动轴承外环故障 实例no.30某纸机滚动轴承内环故障 实例no.31某纸机滚动轴承外环故障 实例no.32某纸机滚动轴承外环故障,4,contents目录,实例no.33某纸机辊子skf23260滚动轴承外环故障 实例no.34某锅炉给水泵skf7310滚动轴承内环故障 实例no.35某水环式压缩机滚动轴承同时出现若干故障 实例no.36某水环式压缩机滚动轴承内环故障

4、分析诊断 实例no.37某齿轮箱输入齿轮轴承内环严重磨损故障的诊断的诊断 实例no.38某螺杆式压缩机滚动轴承外环严重磨损故障的诊断 实例no.39某引风机 linkbelt22232轴承保持架故障的诊断 实例no.40某电动机 fag6215c3轴承内环和外环故障的诊断 实例no.41一次风机电动机转子与定子之间气隙变化故障的诊断 实例no.42某离心式冷水机(约克)电动机定子偏心或定子绝缘层短路故障诊断 实例no.43某干燥机排风机电动机转子条松动故障的诊断 实例no.44某变速交流感应电动机转子条松动故障的诊断 实例no.45某离心式冷水机(约克)电动机相位故障的诊断 实例no.46某电

5、厂大型引风机电动机多根转子条断裂故障的诊断 实例no.47某往复式空压机的同步电动机线圈松动故障的诊断 实例no.48某直流电动机可控硅整流器 起动卡故障的诊断,5,故 障 诊 断 实 例 分 析 之 一,case history #1 compressor vibration spectrum 某压缩机组振动频谱分析,6,机器状态检修的基础 振动频谱中包含机器零部件的 机械状态信息,7,9999999,case history #1 compressor vibration spectrum 振动频谱中包含机器零部件的机械状态信息,电机转速n0=1480转/分=24.6667赫兹 压缩机转速

6、n1=6854.7转/分=114.245赫兹 小齿轮齿数z0=38 大齿轮齿数z1=176 齿轮啮合频率fm=n0z0 =n1 z =4341.3赫兹 齿轮边带频率fb=fmi n0或 fm i n1,8,振动频谱中包含机器零部件的机械状态信息,某压缩机组振动频谱实例,压缩机,电动机,齿轮箱,振动速度,频率,电动机转子动平衡,电动机与大齿轮轴联轴器对中,压缩机转子动平衡,压缩机与小齿轮轴联轴器对中,齿轮啮合，齿缺陷,电机转速n0=1480转/分=24 . 6667赫兹 压缩机转速n1=6854 .7转/分=114 . 245赫兹 小齿轮齿数z0=38 大齿轮齿数z1=176 齿轮啮合频率fm=

7、n0z0=n1 z1 =4341 . 3赫兹 齿轮边带频率fb=fmi n0或 fm i n1,n0,2n0,3n0,n1,2n1,3n1,fm,n1,n1,n1,n1,n0,n0,n0,n1,n1,n1,高速齿轮左边带族,高速齿轮右边带族,低速齿轮左边带族,低速齿轮右边带族,1,2,3,4,6,5,9,这 个 实 例 的 振 动 频 谱 中 包 含 了 (1)电 动 机 转 子 动 平 衡 (2)电 动 机 转 子 与 定 子 等 小 间 隙 摩 擦 (3)电 动 机 与 低 速 齿 轮 轴 之 间 联 轴 器 对 中 (4)压 缩 机 转 子 动 平 衡 (5)压 缩 机 转 子 与 壳

8、体 间 摩 擦 (6)压 缩 机 与 高 速 齿 轮 轴 之 间 联 轴 器 对 中 (7)齿 轮 啮 合 和 齿 轮 缺 陷 (8)各 轴 承 运 行 状 况 等 等 机 器 主 要 零 部 件 的 机 械 状 态 信 息 等 等,10,故 障 诊 断 实 例 分 析 之 二,case history #2 rotor unbalance 某 30万吨/年乙烯装置裂解气压缩机组转子动不平衡故障,罗克韦尔自动化(厦门 )有限公司大连分公司,11,case history #2 rotor unbalance实例no.2 30万吨/年乙烯装置裂解气压缩机组转子动不平衡故障,1996年11月2日某

9、大型裂解气压缩机中压缸两端轴承座振动突增数倍，诊断为转子严重不平衡!开缸检查证实，因进口过滤器支承块断裂，刮下大量积焦，堆积在转子上造成严重不平衡!经清焦处理，开车证实：振动恢复正常。,12,case history #2 rotor unbalance实例no.2 30万吨/年乙烯装置裂解气压缩机组转子动不平衡故障typical spectrum典型的频谱,typical spectrum shows dominant gmf典型频谱表明转子转速频率突增，这是典型的转子不平衡的特征!,严重不平衡的典型频谱,13,故 障 诊 断 实 例 分 析 之 三,某汽轮机叶片断裂故障 (转子不平衡故障)

10、,罗克韦尔自动化(厦门 )有限公司大连分公司,14,实例no.3 某汽轮机叶片断裂故障,上海石化自备电厂5#汽轮机轴承座振动速度突增至5. 25毫米/ 秒，有效值，而6#机仅为0. 466毫米/秒，有效值；振动速度频谱均为一倍转速频率50赫兹。诊断为转子不平衡，据历史经验，汽轮机叶片又断了!停机检查证实的确断了五片转子叶片!,转子不平衡 !,15,故 障 诊 断 实 例 分 析 之 四,某透平膨胀机叶片断裂故障 (转子不平衡和流体动力激振故障),罗克韦尔自动化(厦门 )有限公司大连分公司,16,实例no.4某透平膨胀机叶轮叶片断裂故障,1989年1月27日某透平膨胀机振动和噪声突增。频谱显示1

11、rpm和8rpm频率分量最大分别达5.91和4.68毫米/秒，有效值，比正常机分别大18和25倍。诊断为转子不平衡，并且已断一片叶片(出口导叶为8片叶片，即静子叶片通过频率为 8 rpm)。,转 子 不 平 衡,17,故 障 诊 断 实 例 分 析 之 四,转 子 不 平 衡！ ！,振动超标 !,转子不平衡 !,18,故 障 诊 断 实 例 分 析 之 四,诊断结论：bpfs静子叶片通过频率证实，离心叶轮断一片叶片!(流体动力激振故障),导 流 叶 片 数 为 8片,19,实例no.4某透平膨胀机叶轮叶片断裂故障,离心叶轮14片转子叶片已断一片叶片的透平膨胀机叶轮照片,断了一片叶片！,20,故

12、 障 诊 断 实 例 分 析 之 五,某锅炉风机 地脚螺栓松动故障,罗克韦尔自动化(厦门 )有限公司大连分公司,21,实例no.5某锅炉风机基础地脚螺栓松动故障,3#和4#测点处地脚螺栓松动,松 动,22,某大型风机 轴承座松动故障,故 障 诊 断 实 例 分 析 之 六,罗克韦尔自动化(厦门 )有限公司大连分公司,23,实例no.6 5#风机轴承座松动故障,汽轮机,轴流式风机,yisa106a(轴水平振动) yisa106b(轴垂直振动),yisa105(轴水平振动 yisa105b(轴垂直振动),yisa103a(轴水平振动) yisa103b(轴垂直振动,yisa102a(轴水平振动)

13、yisa102b(轴垂直振动),1#轴承座振动1h，1v，1a,zisa104(轴向振动),zisa101(轴向振动),2#轴承座振动2h，2v，2a,3#轴承座振动3h，3v，3a,4#轴承座振动4h，4v，4a,5#风机是汽轮机驱动的14级轴流式风机，功率为22，247千瓦，最高转速为4463转/分,24,34v,33v,39v,310v,37v,38v,36v,35v,312v,311v,31v,32v,32a,33a,34a,汽轮机侧,风机侧,35a,36a,31a,37a,38a,39a,310a,311a,31h,32h,33h,34h,35h,36h,汽轮机侧,风机侧,h-水平方

14、向 v-垂直方向 a-轴向方向,3#轴承座,3#轴承座振动监测点位置,实例no. 6武汉钢铁公司5#风机轴承座松动故障,25,实例no. 6武汉钢铁公司5#风机轴承座松动故障,3#轴承座轴向，水平和垂直方向振动监测结果,3#轴承座靠风机侧轴承座，底板垂直振动为7. 2至8. 2毫米/秒有效值；而靠汽轮机侧轴承座，底板垂直振动仅为0. 5至1. 0毫米/秒有效值，两侧振动相差约十倍!导致轴承座轴向振动高达13. 6毫米/秒有效值，远远超过iso10816-3标准规定的极限值7. 1毫米/秒有效值!3#轴承座振动大的故障原因可能是底板与混凝土基础之间的地脚螺栓和垫铁固定不可靠，甚至松动!,8.2m

15、m/s rms,0.7mm/s rms,13.6mm/s rms,7.8mm/s rms,垂直方向振动幅值两者相差约十倍!,此处松动!,26,某油气田平台中甲板压缩机 平台振动故障诊断实例,故 障 诊 断 实 例 分 析 之 七,罗克韦尔自动化(厦门 )有限公司大连分公司,27,某油气田海上平台中甲板压缩机 平台振动故障诊断实例,28,某油气田中甲板设备布置图,天 然 气 压 缩 机 中 甲 板,29,某油气田中甲板压缩机甲板(c3210a/b),天 然 气 压 缩 机 中 甲 板,30,某油气田中甲板压缩机甲板(c3310a/b),天 然 气 压 缩 机 中 甲 板,31,iso10816-

16、6标准规定的往复式压缩机振动测量点位置,往复式压缩机缸体,往复式压缩机缸头,往复式压缩机缸头,32,压缩机制造厂振动速度总量标准,压 缩 机 振 动 超 标 区,33,中甲板振动测点布置位置,34,加固前中甲板振动实测结果,35,中甲板加固布置图,粉 红 粗 线 为 加 固 梁,36,某油气田平台中甲板压缩机平台振动故障诊断实例,37,加固前后甲板振动结果比较,38,故 障 诊 断 实 例 分 析 之 八,case history #8 compressors pipe vibration 已知转速为900rpm,而48600rpm/900rpm=54,可能该电动机转子条数目就是54。(后来，

17、电动机制造厂证实该电动机转子条数目确实是54)。这样，48600rpm就是电动机转子条通过频率rbpf!97200rpm就是2rbpf ! !因此，根据频谱特征2rbpf分量最大，且伴随有2fl边带频率，可以诊断为该电动机的故障是转子条松动 ! !,电源频率 fl=2700rpm,260,某变速交流感应电动机转子条松动故障的诊断,实例 44,振动速度毫米/秒峰值,频率(转/分),2rbpf=97200rpm,7.98mm/s,5.17mm/s,4.17mm/s,更换电动机后,0.38mm/s,更换电动机前,1991年2月28日,1991年4月16日,1991年2月26日,1991年2月25日,

18、电动机转子条松动故障发展过程中转子条通过频率2rbpf分量幅值变化及更换电动机后，2rbpf立即几乎消失。,电动机转子条松动通过频率2rbpf分量幅值迅速增大,振动频谱随时间变化的三维谱,261,故 障 诊 断 实 例 分 析 之 四 十 五 某离心式冷水机(约克) 电动机相位故障的诊断,罗克韦尔自动化(厦门)有限公司 大连分公司,262,某离心式冷水机(约克)电动机相位故障的诊断,1#,2#,3#,4#,电动机,冷水机,1#约克冷水机(压缩机)型号：ytk,实例 45,冷水机组布置示意图,263,某离心式冷水机(约克)电动机相位故障的诊断,实例 45,振动速度毫米/秒峰值,频率(转/分),7

19、200rpm = 2fl ? 26.16mm/s,1989年2月21日,电源频率fl=3600rpm=60hz,定期巡检中发现：7200rpm频率分量的振动幅值高达26.16mm/s 峰值，这是什么？,264,某离心式冷水机(约克)电动机相位故障的诊断,实例 45,0 . 81mm/s 1/3fl=1110rpm,振动速度毫米/秒峰值,0 . 86mm/s fl=3180rpm,1 . 29mm/s (2fl-1/3fl) =5280rpm,5 . 82mm/s 2fl=6390rpm,0 . 56mm/s (2fl+1/3fl)=7470rpm,0 .50mm/s 3fl=9570rpm,1

20、 . 29mm/s (2fl-1/3fl) =5276.2rpm,5.82mm/s 2fl=6371 . 2rpm,1/3fl =1095rpm,频率(转/分),频率(转/分),振动速度毫米/秒峰值,细化谱,为了验证是否电源频率2fl故障，1989年2月21日将电源频率fl调到3180rpm=53hz,再测试，结果证实确实是2fl=2*3185 . 6rpm=6371 . 2rpm!,细化谱精确测定fl=3185 . 6rpm,已知电源频率fl=3180rpm,265,某离心式冷水机(约克)电动机相位故障的诊断,实例 45,振动速度毫米/秒峰值,频率(转/分),0.43mm/s 7200rpm

21、,1989-3-20,26.16mm/s 7200rpm=2fl,1989-2-21,0.27mm/s 7200rpm,1988-11-15,0.48mm/s 7200rpm,1988-9-20,由于冷水机组电动机的电源的一相的接头松动，造成两倍电源频率2fl分量幅值突增。这就是所谓的电气相位故障。,制造厂检查电动机时，开始检查电动机接线箱中电缆连接没有问题，进一步检查才发现电动机壳体内的定子绕组之一的压扁接头松动了，并且可看到打火的痕迹。证实了诊断的结果。,266,故 障 诊 断 实 例 分 析 之 四 十 六 某电厂大型引风机电动机多根转子条断裂故障的诊断,罗克韦尔自动化(厦门)有限公司

22、大连分公司,267,某电厂大型引风机电动机多根转子条断裂故障的诊断,电动机,风机,1#,2#,3#,4#,电动机功率400马力=294 . 2千瓦，标牌转速为885rpm,467安培，460伏，60hz电源 (变速电机)。转子条数为70，内侧和外侧都装skf6222滚动轴承。,2#大型引风机组布置图,利用振动分析和电流分析方法诊断电动机断条故障,实例 46,268,某电厂大型引风机电动机多根转子条断裂故障的诊断,实例 46,振动分析和电流分析两种方法都可以诊断交流感应电动机转子条断裂故障。振动分析研究在一倍转速频率1*rpm两侧的电动机极通过频率fp(电动机极通过频率=滑差频率*电机极对数目)

23、边带；而电流分析则研究在电源频率fl两侧的电动机极通过fp边带。并且注重边带与主频幅值的相对高度(电流分析更强调)。略为不同的是寻找变化的气隙故障。振动分析主要看高幅值的两倍电源频率2fl频率范围，看2fl幅值大小以及它两侧有无电机极通过频率边带。然而，振动分析需研究频率更高的电机转子条通过频率rbpf(电动机转子条通过频率=转子条数目*转速)。主要研究主频率rbpf两侧2fl边带频率。,269,某电厂大型引风机电动机多根转子条断裂故障的诊断,实例 46,1*rpm,2*rpm,7*rpm,8*rpm,9*rpm,10*rpm,11*rpm,22*rpm,23*rpm,24*rpm,25*rp

24、m,26*rpm,振动速度毫米/秒峰值,频率(转/分),22*rpm 23*rpm 24*rpm 25*rpm 26*rpm 转/分 16425 17175 17925 18675 19350 毫米/秒峰值 0 . 16 0 . 17 0 . 27 0 . 22 0 . 13,振动分析：宽带谱中显示丰富的转速频率谐波,12*rpm,270,某电厂大型引风机电动机多根转子条断裂故障的诊断,实例 46,0 . 25mm/s 1*rpm-fp =708rpm,0 . 13mm/s 1*rpm=738 . 75rpm,0 . 12mm/s 1*rpm+fp =769 . 50rpm,2#电动机转速1*

25、rpm=738 . 75rpm 电机极通过频率 fp =30 . 8rpm,振动速度毫米/秒峰值,频率(转/分),fp,fp,振动频谱表明：在一倍转速频率1*rpm的两侧出现明显的电动机极通过频率fp的边带，1*rpm-fp边带频率分量的幅值超过了转速基频分量1*rpm的幅值。说明电动机转子存在严重断条故障。,细化谱,271,某电厂大型引风机电动机多根转子条断裂故障的诊断,实例 46,振动速度毫米/秒峰值,频率(转/分),0 . 03mm/s 2*rpm-fp =1446 . 7rpm,0 . 079mm/s 2*rpm=1477 . 5rpm,0 . 057mm/s 2*rpm+fp =15

26、08 . 3rpm,2#电动机转速1*rpm=738 . 75rpm 2*rpm=1477 . 5rpm电机极通过频率 fp =30 . 8rpm,振动频谱表明：在转速频率二次谐波频率2*rpm的两侧出现明显的电动机极通过频率fp边带频率，这是电动机转子出现严重断条的典型征兆。,fp,fp,细化谱,272,某电厂大型引风机电动机多根转子条断裂故障的诊断,实例 46,振动速度毫米/秒峰值,频率(转/分),22*rpm-2fp,0 . 14mm/s 22*rpm,22*rpm+2fp,23*rpm-2fp,0 . 15mm/s 23*rpm,23*rpm+2fp,24*rpm-2fp,0 . 25

27、mm/s 24*rpm,24*rpm+2fp,25*rpm-2fp,0 . 20mm/s 25*rpm,25*rpm+2fp,2#电动机转速1*rpm=738 . 75rpm 电机极通过频率 fp =30 . 8rpm 2fp =61 . 6rpm,振动频谱表明：在转速的(22*25*)rpm高次谐波频率的两侧出现明显的电动机极通过频率二次谐波2fp频率的边带频率。说明该电动机转子存在严重的转子条断裂故障。,细化谱,273,电动机电流分析可检测的故障及故障症状或频率位置,某电厂大型引风机电动机多根转子条断裂故障的诊断,实例 46,274,某电厂大型引风机电动机多根转子条断裂故障的诊断,实例 4

28、6,电动机电流分析故障严重程度和推荐的修正措施,275,某电厂大型引风机电动机多根转子条断裂故障的诊断,实例 46,0.051a 49.9hz,1.89a 51.023hz,1.89/0.051=37.1 (31.4db),48.85hz,电流log 安培,频率(转/分),电流幅值比=1.89a/0.051a=37.06电流比的对数=20log(1.89a/0.051a)=31.4db 据此查表知，属于6类严重程度，即：说明有多根裂或的转子条或者端环，还有滑环和接头故障等。,电流分析表明：电源主频率fl电流幅值只比其左侧边带fp频率分量电流幅值高37. 1倍，说明电动机转子条断裂故障严重。,2

29、#电动机电流谱,276,某电厂大型引风机电动机多根转子条断裂故障的诊断,实例 46,0.046a 48.924hz,2.02a 50.574hz,2.02/0.046=43.9 (32.9db),48.274hz,电流log 安培,频率(转/分),电流幅值比=2.02a/0.046a=43. 9电流比的对数=20log(2.02a/0.046a)=32. 9db 据此查表知，属于6类严重程度，即：说明有多根裂或的转子条或者端环，还有滑环和接头故障等。,电流分析表明：电源主频率fl电流幅值只比其左侧边带fp频率分量电流幅值高43 . 9倍，说明电动机转子条断裂故障严重。,4#电动机电流谱,52.

30、24hz,53.874hz,277,某电厂大型引风机电动机多根转子条断裂故障的诊断,实例 46,小结：根据以上用振动分析和电流分析两种方法对2#和4#电动机转子条故障诊断的一致意见，经检查证实，2#和4#电动机确实都断裂了一系列转子条，端环已明显损坏。4#电动机的转子铁芯片也已损坏，还有与定子相接触的迹象。由此可见，振动分析和电流分析的诊断结论与实际故障相符。,278,故 障 诊 断 实 例 分 析 之 四 十 七 某往复式空压机的同步电动机线圈松动故障的诊断,罗克韦尔自动化(厦门)有限公司 大连分公司,279,某往复式空压机的同步电动机线圈松动故障的诊断,实例 47,1a,1v,2v,1h,

31、2h,2a,4h(e-w),4a,4v(n-s),3v,3h,3a,同步电动机,一级缸,二级缸,压缩机为英格索兰公司xle24往复式，一级缸和二级缸成90度配置。电动机为通用电气公司同步电动机，型号：5ts850014a3，功率为400马力=294.2千瓦，转速为514转/分=8.57赫兹，电动机极对数目为14，每极对有6个线圈，总计有6*14=84个线圈；,280,某往复式空压机的同步电动机线圈松动故障的诊断,实例 47,振动速度毫米/秒峰值,振动速度毫米/秒峰值,频率(转/分),频率(转/分),43198rpm =84*rpm =cpf, 3.40mm/s,2*rpm =1050rpm 2.26mm/s,转速谐波，可能轴承松动或间隙过大,3#电动机1v测点,细化谱,43200rpm =84*rpm =cpf, 0. 97mm/s,3#电动机1a测点,1*rpm =510rpm,振动频谱表明：电动机线圈通过频率(cpf)十分明显，并且两侧伴有电动机转速频率1*rpm边带，说明电动机定子线圈可能松动。检查结果证实该电动机定子线圈确实松动。用环氧材料灌入