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

4.1.1旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)及故障概論

振動(dòng)存在的廣泛性；振動(dòng)監(jiān)測(cè)的有效性；振動(dòng)的可識(shí)別性；振動(dòng)識(shí)別的復(fù)雜性。12)振動(dòng)信號(hào)的系統(tǒng)特征

故障振動(dòng)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(lái)分析，有利于對(duì)問(wèn)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(dòng)及故障概論24.1.2轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、轉(zhuǎn)子振動(dòng)和轉(zhuǎn)子故障的分類(lèi)

按轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在坐標(biāo)平面內(nèi)發(fā)生的振動(dòng)形式分為如下三種：橫向振動(dòng)---振動(dòng)發(fā)生在包括轉(zhuǎn)軸的橫向平面內(nèi)；軸向振動(dòng)---振動(dòng)發(fā)生在轉(zhuǎn)軸的軸線方向上；扭轉(zhuǎn)振動(dòng)---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(dòng)多為橫向振動(dòng)。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(dòng)及故障概論3

按轉(zhuǎn)子類(lèi)型及其振動(dòng)性質(zhì)不同，可將旋轉(zhuǎn)機(jī)械主要故障作以下分類(lèi)，見(jiàn)下圖：：旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)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(guò)觀察振動(dòng)波形的特征來(lái)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(lái)對(duì)采樣序列進(jìn)行計(jì)算。診斷信息的表達(dá)與分析61）幅值譜及相位譜振動(dòng)信號(hào)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(lái)表示，而縱坐標(biāo)仍表示幅值，稱(chēng)為階比幅值譜。診斷信息的表達(dá)與分析83）(自)功率譜信號(hào)自功率譜表示信號(hào)樣本中所含能量沿頻率軸的分布狀況。多用于隨機(jī)信號(hào)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(cè)量采集兩個(gè)相互垂直的方向上軸心相對(duì)于軸承的位移信號(hào)，將信號(hào)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(lèi)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(gè)橢圓。如下圖為汽輪發(fā)電機(jī)過(guò)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(duì)中--不對(duì)中軸心軌跡主要由二倍頻、四倍頻諧波分量由計(jì)算機(jī)仿真合成。下圖為存在不同程度不對(duì)中缺陷時(shí)的軸心軌跡。隨著不對(duì)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(dòng)—由于渦動(dòng)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(dòng)軸心軌跡再線顯示診斷信息的表達(dá)與分析13油膜渦動(dòng)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(chēng)為正向進(jìn)動(dòng)；反之，稱(chēng)為逆向進(jìn)動(dòng)。一般情況下為正向進(jìn)動(dòng)。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(dòng)力作用，則會(huì)產(chǎn)生逆向進(jìn)動(dòng)。

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(dòng)信號(hào)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(gè)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(gè)直角對(duì)數(shù)坐標(biāo)系的圖上。182）瀑布圖和坎貝爾圖瀑布圖又稱(chēng)瀑陣圖是將振動(dòng)信號(hào)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(wàn)/fr。轉(zhuǎn)速跟蹤分析方法204.2.5統(tǒng)計(jì)分析方法

統(tǒng)計(jì)分析方法是對(duì)振動(dòng)信號(hào)中各頻率分量的綜合影響用統(tǒng)計(jì)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(dòng)峰－峰值（Ρ－Ρ值）：常用的峰－峰值為振動(dòng)位移和加速度的峰－峰值xp-p和ap-p；統(tǒng)計(jì)分析方法21振動(dòng)烈度（振動(dòng)速度的均方根，或有效值）vrms。vrms是根據(jù)振動(dòng)速度曲線的均方根值求出的；

振動(dòng)烈度表征著振動(dòng)的威力或破壞能力，故稱(chēng)振動(dòng)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(cè)振標(biāo)準(zhǔn)中，特別在設(shè)備的簡(jiǎn)易診斷中應(yīng)用最為廣泛。統(tǒng)計(jì)分析方法22無(wú)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(duì)平均值統(tǒng)計(jì)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(jì)算上述診斷指標(biāo)比計(jì)算功率譜快且比較敏感。統(tǒng)計(jì)分析方法244.3、旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的簡(jiǎn)易診斷方法

簡(jiǎn)易法是通過(guò)便攜測(cè)振儀拾取信號(hào)，并直接由信號(hào)的某些參數(shù)或統(tǒng)計(jì)量構(gòu)成診斷指標(biāo)。

4.3.1振動(dòng)信號(hào)的測(cè)定

1）正確地選擇測(cè)定方式和測(cè)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(jiǎn)易診斷方法252）合理地布置測(cè)點(diǎn)主要測(cè)點(diǎn)布置：反映振動(dòng)特征最敏感的部位即軸承部位；

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

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

測(cè)點(diǎn)方向選擇:低頻振動(dòng)一般都要從徑向水平、徑向垂直和軸向三個(gè)方向來(lái)評(píng)定振動(dòng)狀況，這是因?yàn)檩d荷的影響和故障的變化，造成測(cè)點(diǎn)的三個(gè)方向的振動(dòng)不一樣，總有一個(gè)或兩個(gè)方向反應(yīng)敏感。簡(jiǎn)易診斷方法274.3.2簡(jiǎn)易診斷方法原理

1）統(tǒng)計(jì)分析法和劣化趨勢(shì)圖位移峰－峰值xp-p及振動(dòng)烈度vrms用得最多。

按規(guī)定的周期，將測(cè)定的數(shù)據(jù)（統(tǒng)計(jì)量）按時(shí)間順序排列即可獲得劣勢(shì)趨勢(shì)圖，并可識(shí)別和預(yù)測(cè)設(shè)備的狀態(tài)。簡(jiǎn)易診斷方法282）簡(jiǎn)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(guò)渡狀態(tài)，注意維護(hù)；紅區(qū)：嚴(yán)重危險(xiǎn)，隨時(shí)停機(jī)。設(shè)備劣化曲線。

簡(jiǎn)易診斷方法29絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)

將測(cè)定的數(shù)據(jù)或統(tǒng)計(jì)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(jiǎn)易診斷方法相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)

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

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

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

類(lèi)比標(biāo)準(zhǔn)：對(duì)數(shù)臺(tái)設(shè)備的同一部位進(jìn)行測(cè)定，并對(duì)測(cè)定值進(jìn)行相互比較，而判定某臺(tái)設(shè)備是否發(fā)生異常。

類(lèi)比標(biāo)準(zhǔn)只能用于結(jié)構(gòu)及工況比較簡(jiǎn)單的小型機(jī)械上（如水泵）。對(duì)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(lèi)比標(biāo)準(zhǔn)。方法優(yōu)先順序：絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)>相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)>類(lèi)比標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)易診斷方法31簡(jiǎn)易診斷案例：1）設(shè)備簡(jiǎn)圖及測(cè)點(diǎn)布置：各測(cè)點(diǎn)均配置渦流式位移傳感器2）故障簡(jiǎn)況：T1發(fā)現(xiàn)中壓氣缸進(jìn)口端測(cè)點(diǎn)4表頭顯示軸振動(dòng)優(yōu)19um增至65um，超過(guò)預(yù)設(shè)報(bào)警值38um，跳車(chē)停機(jī)。為避免貿(mào)然停機(jī)，采用Vm-63便攜式振動(dòng)計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。簡(jiǎn)易診斷方法323）監(jiān)測(cè)方法：

振動(dòng)計(jì)用于監(jiān)測(cè)軸承的絕對(duì)振動(dòng)。測(cè)量中以中壓缸的進(jìn)口端3，測(cè)定餐位為vrms及xp-p，并分別測(cè)試垂直（V)和水平（H）兩個(gè)方向的數(shù)據(jù)。

根據(jù)監(jiān)測(cè)趨勢(shì)圖，測(cè)點(diǎn)振動(dòng)數(shù)據(jù)基本保持穩(wěn)定，而未超出給定的閾值。4）趨勢(shì)圖分析：

大修檢查結(jié)果：中壓缸止推軸承推力盤(pán)磨損，副推力瓦基破裂，因而引起振動(dòng)。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(dòng)。簡(jiǎn)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(guò)診斷信息所提供的振動(dòng)特征與典型故障的振動(dòng)特征相互聯(lián)系才能對(duì)故障的類(lèi)型、性質(zhì)和產(chǎn)生的部位和原因進(jìn)行識(shí)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(wèn)題是振動(dòng)特征的模式識(shí)別，通過(guò)從診斷信息中提取若干（n個(gè)）診斷指標(biāo)（統(tǒng)計(jì)量）構(gòu)成一個(gè)n維向量，即特征向量。

模式識(shí)別基本原理：

模式識(shí)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(lèi)的方法。精密診斷方法與典型故障35模式識(shí)別方法分類(lèi)：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(lèi)，以確定故障的類(lèi)型、性質(zhì)、原因和部位等。計(jì)算機(jī)輔助診斷法；

模式識(shí)別理論基礎(chǔ)—聚類(lèi)分析法；以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的新方法主要有：時(shí)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(wèn)題。計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別法。

計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別法又稱(chēng)故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)，通過(guò)將專(zhuān)家知識(shí)和各種故障診斷信息掌握在知識(shí)庫(kù)中，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)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(dòng)特征是旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障模式識(shí)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(wèn)題；安裝問(wèn)題；配合松動(dòng)；軸彎曲或軸變形（受熱不勻，水平存放過(guò)久等)；運(yùn)行過(guò)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(dòng)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(dòng)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(chēng)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(shuō)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(shí)，共振峰消失。2）當(dāng)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，相角ψ與阻尼無(wú)關(guān)且ψ

=π/2。當(dāng)轉(zhuǎn)子超越臨界轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)與低臨界轉(zhuǎn)速時(shí)相比，其相角趨于相反。43轉(zhuǎn)子不平衡的振動(dòng)分析頻率特征振動(dòng)的激振頻率為單一的旋轉(zhuǎn)頻率（即工作頻率），而無(wú)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(dòng)態(tài)特征在單自由度模型情況下，轉(zhuǎn)子啟動(dòng)時(shí)，振幅隨轉(zhuǎn)速之增大而增大。臨界轉(zhuǎn)速出現(xiàn)峰值，超過(guò)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(dòng)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(shí)，區(qū)別軸彎曲及軸頸橢圓度對(duì)振幅的影響；2）轉(zhuǎn)子不對(duì)中

轉(zhuǎn)子不對(duì)中指轉(zhuǎn)子中心與軸承中心不對(duì)中，或多轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中各轉(zhuǎn)子的軸線不對(duì)中。精密診斷方法與典型故障45轉(zhuǎn)子不對(duì)中的類(lèi)型及不對(duì)中的危害導(dǎo)致滾動(dòng)軸承滾動(dòng)體載荷的不均而產(chǎn)生振動(dòng)噪聲、過(guò)度磨損或軸承卡死；滑動(dòng)軸承油膜動(dòng)壓失穩(wěn)而導(dǎo)致半速渦動(dòng)和油膜振蕩；嚴(yán)重的不對(duì)中直接導(dǎo)致油膜破裂而燒損軸瓦；機(jī)床不對(duì)中引起頸項(xiàng)及軸向的振動(dòng)降低加工精度。精密診斷方法與典型故障46產(chǎn)生不對(duì)中原因的分析產(chǎn)生轉(zhuǎn)子不對(duì)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(duì)中引起的轉(zhuǎn)子振動(dòng)特征振動(dòng)形態(tài)的特征平行不對(duì)中—頸向振動(dòng)，角度不對(duì)中—徑向和軸向振動(dòng)；綜合不對(duì)中。振動(dòng)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(dòng)態(tài)變化特征不對(duì)中振動(dòng)幅值對(duì)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(duì)中的診斷方法簡(jiǎn)易診斷可以以軸向振動(dòng)為標(biāo)志進(jìn)行判斷；精密診斷時(shí)主要以分析FFT譜或功率譜中二倍頻或四倍頻成分來(lái)判定不對(duì)中；為區(qū)別與其他故障與不對(duì)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(dòng)

基座或裝配松動(dòng)常和轉(zhuǎn)子不平衡相伴生，表現(xiàn)為非線性的振動(dòng)特征。其振動(dòng)形式以徑向垂直振動(dòng)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(shí)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(dòng)及油膜振蕩油膜失穩(wěn)故障機(jī)理：載荷與油膜動(dòng)壓平衡與失衡的動(dòng)態(tài)作用。精密診斷方法與典型故障50油膜渦動(dòng)特點(diǎn)：渦動(dòng)理論速度為：Ω=ω/2，實(shí)際渦動(dòng)速度為：Ω=(0.42-0.48）ω，--半速渦動(dòng)當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到2倍臨界轉(zhuǎn)速時(shí)（ω=2ωc），將發(fā)生渦動(dòng)共振—渦動(dòng)頻率與旋轉(zhuǎn)頻率無(wú)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(dòng)時(shí)軸心軌跡為封閉的8字形；當(dāng)油膜振蕩時(shí)其渦動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)速無(wú)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(dòng)。

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(lèi)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(shí)，整個(gè)出口管道為渦流所堵塞，造成出口壓力突然下降，同時(shí)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(dòng)沖擊和強(qiáng)烈振動(dòng)所發(fā)出的低頻噪聲，稱(chēng)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(wú)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(tái)200MW汽輪發(fā)電機(jī)組，型號(hào)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(guò)7次小修。在長(zhǎng)期的運(yùn)行中，該機(jī)高壓轉(zhuǎn)子振動(dòng)一直保持在較好范圍，軸承振動(dòng)小于10μm，軸振動(dòng)小于100μm。1998年在一次熱態(tài)起動(dòng)時(shí)#2、#3軸、#1、和#2軸承振動(dòng)出現(xiàn)短時(shí)突增，被迫打閘；再次沖車(chē)后并網(wǎng)運(yùn)行。并網(wǎng)后，#2軸和#1、#2軸承振動(dòng)雖然仍處于良好范圍，但其振動(dòng)有明顯增大趨勢(shì)，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(shí)的振動(dòng)水平。為此，結(jié)合該機(jī)歷史振動(dòng)數(shù)據(jù)、停機(jī)前后振動(dòng)數(shù)據(jù)及運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行診斷分析。54圖振動(dòng)歷史歷程曲線1——停機(jī)前1#軸承振動(dòng)≤1μm，熱態(tài)啟動(dòng)后，為6μm曲線2——停機(jī)前2#軸承振動(dòng)≤6μm，熱態(tài)啟動(dòng)后，為16～18μm曲線3——停機(jī)前3#軸承振動(dòng)≤80μm，熱態(tài)啟動(dòng)后，為120～140μm(1)振動(dòng)趨勢(shì)歷史數(shù)據(jù)55在長(zhǎng)期運(yùn)行中，該機(jī)l#／2#軸承振動(dòng)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(dòng)選取4月2～5日，熱態(tài)起動(dòng)后數(shù)據(jù)選取4月6～9日，作該期間的振動(dòng)趨勢(shì)記錄曲線。見(jiàn)圖。該趨勢(shì)記錄曲線表明長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)高壓轉(zhuǎn)子的軸及軸承振動(dòng)均處于優(yōu)秀范圍，熱態(tài)起動(dòng)后高壓轉(zhuǎn)子軸承及軸振動(dòng)仍然在優(yōu)良范圍以?xún)?nèi)。(1)振動(dòng)趨勢(shì)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(shí)主要參數(shù)及振動(dòng)數(shù)如下：

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

2)停機(jī)時(shí)的臨界振動(dòng)數(shù)據(jù)查一周振動(dòng)趨勢(shì)記錄，2#、3#軸停機(jī)臨界振動(dòng)值均未超過(guò)230μm，處于良好范圍。

3)停機(jī)主要參數(shù)

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

4)熱起動(dòng)(4月6日)主要參數(shù)與振動(dòng)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(rùn)滑油溫40℃。

4：25沖車(chē)：低速(500r／min)、10min，摩擦檢查。

4：25升速至1600r／min，此時(shí)1#軸承振動(dòng)達(dá)120μm，2#軸承振動(dòng)達(dá)65μm，2#、3#軸振動(dòng)達(dá)到監(jiān)測(cè)表的滿(mǎn)量程（即軸振動(dòng)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(pán)車(chē)，大軸撓度值增大為120μm，盤(pán)車(chē)電流32A。

6：40再次起動(dòng)，快速?zèng)_車(chē)至3000r／min定速，然后并入電網(wǎng)。從熱態(tài)啟動(dòng)數(shù)據(jù)知：在起動(dòng)過(guò)程中，機(jī)組1#、2#軸承及2#、3#軸振動(dòng)異常增大，緊急打閘停機(jī)后，電動(dòng)盤(pán)車(chē)時(shí)杌組大軸撓度值增加較大，盤(pán)車(chē)電流略有增加。

5)熱態(tài)起動(dòng)運(yùn)行后的振動(dòng)數(shù)據(jù)自再次起動(dòng)并網(wǎng)后，機(jī)組高壓轉(zhuǎn)子軸和軸承振動(dòng)均未能恢復(fù)歷史振動(dòng)水平，盡管#1、#2軸承振動(dòng)均小于20μm，仍處于優(yōu)秀振動(dòng)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(dòng)增大顯著。從頻率成分來(lái)看，主要是一倍頻成分增加，其余頻率的振動(dòng)成分無(wú)變化。

6)運(yùn)行近一月后，停機(jī)時(shí)臨界振動(dòng)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(guò)程中，2#軸和l#、2#軸承臨界振動(dòng)值比歷史數(shù)據(jù)有成倍的增加，其振動(dòng)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(dòng)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(dòng)值從30μm增加至120μm，比起動(dòng)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(dòng)頻率以及振值隨轉(zhuǎn)速變化的情況來(lái)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(chē)后再次起動(dòng)中振動(dòng)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(dòng)及并網(wǎng)運(yùn)行一個(gè)月后停機(jī)惰走振動(dòng)情況，表明機(jī)組在第一次起動(dòng)時(shí)即存在較大的熱彎曲，而停車(chē)后間隔l.5h再次起動(dòng)，盤(pán)車(chē)時(shí)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(dòng)時(shí)，高壓轉(zhuǎn)子的軸及軸承振動(dòng)急劇增加(轉(zhuǎn)速剛達(dá)1600r／min時(shí)，軸振動(dòng)即已超滿(mǎn)量程值，即至少已大于400μm，表明在第一次起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子存在較大的熱彎曲，而停車(chē)1.5h后再次起動(dòng)，盤(pán)車(chē)時(shí)間嚴(yán)重不足，極易造成轉(zhuǎn)子永久性彎曲。②機(jī)組起動(dòng)并網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行近一月，其振動(dòng)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(dòng)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(dòng)后運(yùn)行近一月的頻譜圖，除一倍頻振動(dòng)和#2軸處的少量二倍頻振動(dòng)成分外，無(wú)其它振動(dòng)頻率成分。少量二倍頻振動(dòng)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(duì)中性變差所造成的。④中、低壓轉(zhuǎn)子各軸承及各軸的振動(dòng)與歷史數(shù)據(jù)相比基本無(wú)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(dòng)仍在良好范圍以?xún)?nèi)，但從各種參數(shù)的綜合分析來(lái)看，均表明高壓轉(zhuǎn)子上已發(fā)生了轉(zhuǎn)子彎曲故障。而無(wú)論是轉(zhuǎn)子彎曲引起機(jī)組過(guò)臨界振動(dòng)過(guò)大或是存在圍帶損傷等事故隱患，均對(duì)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(jí)180mm處彎曲0.08mm，中壓轉(zhuǎn)子在19級(jí)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(jí)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(dòng)平衡處理，同時(shí)對(duì)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(dòng)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(duì)中分析案例例1：主風(fēng)機(jī)對(duì)中不當(dāng)造成的故障某冶煉廠一臺(tái)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(cè)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(dòng)約50μm，5月20日2：05開(kāi)始帶負(fù)荷運(yùn)行，各測(cè)點(diǎn)振值均有所上升，尤其是2#測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)由原來(lái)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(chǎng)的本特利監(jiān)測(cè)儀表指示振動(dòng)滿(mǎn)量程，同時(shí)機(jī)組由于潤(rùn)滑油壓低而聯(lián)鎖停機(jī)。停機(jī)后，惰走的時(shí)間很短，大約只l～2min，停車(chē)后盤(pán)不動(dòng)車(chē)。電動(dòng)機(jī)增速箱風(fēng)機(jī)煙機(jī)654321圖機(jī)組配置及測(cè)點(diǎn)圖62機(jī)組事故停機(jī)前振動(dòng)特點(diǎn)如下：1)20日16：54之前，各測(cè)點(diǎn)的通頻振值基本穩(wěn)定，其中煙機(jī)2#軸承的振動(dòng)大于其余各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)。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(dòng)比較

注意：2#軸承與3#軸承變化最大，約3倍，說(shuō)明最接近故障點(diǎn)。2)20日14—31之前，各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)均以轉(zhuǎn)子工頻、二倍頻為主，同時(shí)存在較小的3×、4×、5×、6×等高次諧波分量，2#測(cè)點(diǎn)的合成軸心軌跡很不穩(wěn)定，有時(shí)呈香蕉形，有時(shí)呈“8”字形，圖6-5是其中一個(gè)時(shí)刻的時(shí)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(shí)振值502327322例1：主風(fēng)機(jī)對(duì)中不當(dāng)造成的故障63圖6-52#測(cè)點(diǎn)的合成軸心軌跡圖(1×、2×)3)20日14：31時(shí)，機(jī)組振動(dòng)狀態(tài)發(fā)生顯著變化。從時(shí)域波形上看，機(jī)組振動(dòng)發(fā)生跳變，其中2#、3#軸承的振動(dòng)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(dòng)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(shuō)明此時(shí)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(shí)，2#軸承V方向出現(xiàn)很大的0.5×成分，并超過(guò)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(shuō)明此時(shí)機(jī)組動(dòng)靜碰摩加劇。例1：主風(fēng)機(jī)對(duì)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(duì)優(yōu)勢(shì)（V方向和H方向工頻幅值分別為120μrn和215μm），同時(shí)0.5×及高次諧波幅值也有不同程度的上升。這說(shuō)明，此時(shí)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(kāi)機(jī)以來(lái)，風(fēng)機(jī)軸向振動(dòng)一直較大，一般均在80μm以上，煙機(jī)的軸向振動(dòng)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(dòng)如此之大，這也是很不正常的。不對(duì)中故障的特征之一就是引發(fā)1X倍頻的軸向竄動(dòng)。圖6—82#軸承振動(dòng)頻譜圖65綜上所述，可得出如下結(jié)論：1)機(jī)組投用以來(lái)，風(fēng)機(jī)與煙機(jī)間存在明顯不對(duì)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(duì)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(duì)正曲線確定不當(dāng)。例1：主風(fēng)機(jī)對(duì)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(cè)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(jí)葉輪輪盤(pán)裝配槽部位法蘭過(guò)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(lái)；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(shí)，經(jīng)測(cè)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(jì)給出的膨脹量0.37mm。而冷態(tài)下當(dāng)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)找正時(shí)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(duì)中不當(dāng)造成的故障67例2：不對(duì)中故障的診斷圖機(jī)組簡(jiǎn)圖和測(cè)點(diǎn)布置

2000年4月上旬某廠催化主風(fēng)機(jī)檢修后，開(kāi)機(jī)運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)軸承溫度和振值都較正常(振值為9μm)。但是，半小時(shí)后電動(dòng)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(dòng)機(jī)制造廠出廠標(biāo)準(zhǔn)。

2000年4月17日和18日對(duì)該機(jī)組進(jìn)行了全面的測(cè)試。鑒于故障的發(fā)生位置主要在電動(dòng)機(jī)側(cè)，所以測(cè)試主要集中在電動(dòng)機(jī)側(cè)。68測(cè)點(diǎn)頻譜圖圖a測(cè)點(diǎn)2#垂直方向頻譜圖圖c測(cè)點(diǎn)2#水平方向頻譜圖圖b測(cè)點(diǎn)3#垂直方向頻譜圖圖d測(cè)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(duì)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(dòng)都是1X、2X倍頻的振幅（圖c、圖d）。這是不對(duì)中的特征。電動(dòng)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(duì)中。69

解體后發(fā)現(xiàn)：

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

2)電動(dòng)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