旋轉(zhuǎn)機械故障診斷

設(shè)備監(jiān)測中心趙賀嘉

2023/9/17旋轉(zhuǎn)機械故障診斷的過程檢測縮小故障范圍狀態(tài)判別搜集征兆定期檢測故障定位原因分析維修決策趨勢分析正常參數(shù)開始尚可正常不可異常事后維修，故障維修(Breakdown)設(shè)備壞了后才去修理。定期維修，預(yù)防維修(Preventive)定期地檢查和大修。預(yù)測維修，視情維修(Predictive)周期的監(jiān)測，必要時才去維修。事后維修體制設(shè)備運行到壞了再進行修理。不需要安排計劃。對一些設(shè)備，更換比修理更便宜。意外停機引起生產(chǎn)損失?？赡芤鹪O(shè)備的二次損壞，甚至災(zāi)難性事故。庫存?zhèn)浼顿Y多。定期維修體制按預(yù)訂的時間間隔或檢修周期，對設(shè)備作維修、調(diào)整和更換備件。機器壽命較長。減少意外停機。備件庫存較少。意外停機引起生產(chǎn)損失。過剩維修導(dǎo)致維修費用增加。過剩維修引起人為維修故障。預(yù)測維修體制有計劃地對設(shè)備作檢查和測試，以確定其健康狀態(tài)，必要時才進行維修。減少非計劃停機損失。維修時間間隔可以延長。維修費用大為減少。備件庫存最小。需要初始投資。需學(xué)習(xí)和培訓(xùn)。不同制度的維修成本的比較大型鋼鐵企業(yè)何謂旋轉(zhuǎn)機械主要運動由旋轉(zhuǎn)運動來完成的機械汽輪機、離心式壓縮機、水泵、風(fēng)機、電動機核心：轉(zhuǎn)軸組件轉(zhuǎn)子、軸、齒輪傳動件、葉輪、聯(lián)軸器滑動軸承、滾動軸承支座、定子、機座密封、密封裝置旋轉(zhuǎn)機械故障原因分類設(shè)計原因設(shè)計不當(dāng)，動態(tài)特性不良，運行時發(fā)生強迫振動/自激振動結(jié)構(gòu)不合理，應(yīng)力集中設(shè)計工作轉(zhuǎn)速接近或落入臨界轉(zhuǎn)速區(qū)熱膨脹量計算不準(zhǔn)，導(dǎo)致熱態(tài)不對中制造原因零部件加工制造不良，精度不夠零件材質(zhì)不良，強度不夠，制造缺陷轉(zhuǎn)子動平衡不符合技術(shù)要求旋轉(zhuǎn)機械振動及故障概述旋轉(zhuǎn)機械故障原因分類安裝/維修的原因機械安裝不當(dāng)，零部件錯位，預(yù)負(fù)荷大軸系對中不良機器幾何參數(shù)(如配合間隙、過盈量及相對位置)調(diào)整不當(dāng)轉(zhuǎn)子長期放置不當(dāng)，改變了動平衡精度操作運行的原因工藝參數(shù)(如介質(zhì)的溫度、壓力、流量、負(fù)荷)偏離設(shè)計值轉(zhuǎn)速接近或落入臨界轉(zhuǎn)速區(qū)潤滑或冷卻不良啟停機或升降速過程操作不當(dāng)，暖機不夠，熱膨脹不均勻或在臨界區(qū)停留時間過長旋轉(zhuǎn)機械振動及故障概述旋轉(zhuǎn)機械故障原因分類機器劣化的原因長期運行，轉(zhuǎn)子的撓度增大或動平衡劣化轉(zhuǎn)子局部損壞、脫落或產(chǎn)生裂紋零部件磨損、點蝕或腐蝕配合面受力劣化、產(chǎn)生過盈不足或松動等，破壞了配合的性質(zhì)和精度機器基礎(chǔ)沉降不均勻，機器殼體變形典型的表盤式監(jiān)測系統(tǒng)前置器雙通道軸位表推力瓦溫表鍵相信號雙通道軸振表徑向瓦溫表鍵相傳感器90度布置的兩渦流傳感器推力瓦溫傳感器徑向瓦溫傳感器軸向位置傳感器報警信號輸出離心壓縮機轉(zhuǎn)子不平衡故障不平衡的原因轉(zhuǎn)子機械損傷污染物堆積軸彎曲軸孔偏離中心風(fēng)扇機械損傷污染物堆積軸孔偏離中心齒輪機械損傷軸孔偏離中心轉(zhuǎn)子不平衡故障不平衡的原因滑輪/槽輪機械損傷瑣絲太大軸孔偏離中心

飛輪機械損傷偏心孔軸孔偏離中心軸軸彎曲不規(guī)則加工轉(zhuǎn)子不平衡故障不平衡的原因葉輪機械損傷腐蝕聯(lián)軸器

機械損傷軸孔偏離中心電氣繞組

銅線分布不均轉(zhuǎn)子不平衡故障不平衡的原因鑄造缺陷熱膨脹由于每個部件熱膨脹率不同影響轉(zhuǎn)子平衡軸孔太大轉(zhuǎn)子不平衡故障機理與診斷不平衡的種類按發(fā)生不平衡的過程可分為：原始不平衡漸發(fā)性不平衡突發(fā)性不平衡按機理可分為：靜不平衡偶不平衡動不平衡旋轉(zhuǎn)機械故障診斷

轉(zhuǎn)子不平衡靜不平衡偶不平衡=靜不平衡+偶不平衡轉(zhuǎn)子不平衡故障機理與診斷轉(zhuǎn)子不平衡故障的頻譜特征振動幅值與轉(zhuǎn)速平方成正比工頻的1倍頻能量較大同一平面x,y振動相位差90轉(zhuǎn)子不平衡故障的時域特征呈現(xiàn)為類似簡諧振動的波形由于其他振動信號源（松動、不動中、軸承磨損、噪聲）的影響，實際的信號不會是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波旋轉(zhuǎn)機械故障診斷

轉(zhuǎn)子不平衡轉(zhuǎn)子不平衡故障機理與診斷正向進動：軸轉(zhuǎn)向與軸心軌跡轉(zhuǎn)向一致不平衡、不對中、油膜失穩(wěn)產(chǎn)生的亞同步渦動、內(nèi)摩擦激發(fā)的渦動等逆向進動：軸轉(zhuǎn)向與軸心軌跡轉(zhuǎn)向相反干摩擦等少數(shù)情況下發(fā)生旋轉(zhuǎn)機械故障診斷

轉(zhuǎn)子不平衡轉(zhuǎn)子不平衡的軸心軌跡軸在各個方向上剛度有差別，所以轉(zhuǎn)子軸心軌跡通常為橢圓從軸心軌跡觀察其進動特征為同步正進動同步采集H方向V方向轉(zhuǎn)子不平衡故障機理與診斷轉(zhuǎn)子不平衡與轉(zhuǎn)速的關(guān)系當(dāng)ω<ωn，即在臨界轉(zhuǎn)速下，振幅隨著轉(zhuǎn)速的增加而增大；當(dāng)ω接近ωn時，發(fā)生共振，振幅具有最大峰值；當(dāng)ω>ωn，即在臨界轉(zhuǎn)速上，轉(zhuǎn)速增加時振幅趨于一個較小的穩(wěn)定值；當(dāng)工作轉(zhuǎn)速一定時，相位穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)機械故障診斷

轉(zhuǎn)子不平衡轉(zhuǎn)子不平衡故障機理與診斷診斷實例1某大型離心式壓縮機組蒸汽透平經(jīng)檢修更換轉(zhuǎn)子后，機組啟動時發(fā)生強烈振動。壓縮機兩端軸承處徑向振幅達(dá)到報警值，機器不能正常運行。旋轉(zhuǎn)機械故障診斷

轉(zhuǎn)子不平衡壓縮機振動特征轉(zhuǎn)子不平衡故障機理與診斷診斷實例1振動特征分析時域波形為正弦波頻域中能量集中于1×頻，有突出的峰值，高次諧波分量較小軸心軌跡為橢圓進動方向為同步正進動振動大小隨轉(zhuǎn)速升降變化明顯診斷意見：強烈振動的原因是振動不平衡處理措施：監(jiān)護運行生產(chǎn)驗證在加強監(jiān)測的前提下維持運行，其振動趨勢穩(wěn)定，沒有增大的趨勢維持運行一個大修周期后，下次大修發(fā)現(xiàn)動平衡嚴(yán)重超標(biāo)原因：轉(zhuǎn)子庫存時間較長，轉(zhuǎn)子較重，未按規(guī)定周期盤轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷

轉(zhuǎn)子不平衡轉(zhuǎn)子不平衡故障機理與診斷診斷實例2某52萬噸/年尿素裝置CO2壓縮機組低壓缸轉(zhuǎn)子，大修后開車振動值正常，但在線監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)其振動值有逐步增大的趨勢。旋轉(zhuǎn)機械故障診斷

轉(zhuǎn)子不平衡CO2壓縮機漸變不平衡振動特征轉(zhuǎn)子不平衡故障機理與診斷診斷實例2振動特征分析時域波形為正弦波頻譜圖中，以1×頻為主分析其矢量域圖，相位有一緩慢變化診斷意見：故障原因為漸變不平衡，是由于轉(zhuǎn)子流道結(jié)垢或局部腐蝕造成的處理措施：監(jiān)護運行生產(chǎn)驗證6個月后大修時檢查到轉(zhuǎn)子并不彎曲目測無結(jié)垢和腐蝕現(xiàn)象拆卸檢查后發(fā)現(xiàn)一軸套內(nèi)側(cè)發(fā)生局部嚴(yán)重腐蝕，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量逐漸增大旋轉(zhuǎn)機械故障診斷

轉(zhuǎn)子不平衡轉(zhuǎn)子不平衡故障機理與診斷轉(zhuǎn)子不平衡故障的特征小結(jié)時域為類似正弦波的振動波形振動能量主要集中在工頻的1倍頻軸心軌跡為橢圓，并為正進動方向主要表現(xiàn)為徑向振動同一平面X、Y方向振動相位差90°振動幅值隨轉(zhuǎn)速升高而迅速增大振動幅值不隨負(fù)荷的增大而增大旋轉(zhuǎn)機械故障診斷

轉(zhuǎn)子不平衡不對中故障機理與診斷造成不對中的原因安裝誤差管道應(yīng)變影響溫度變化熱變形基礎(chǔ)沉降不均危害滾動軸承振動噪聲過度磨損“卡死”滑動軸承油膜承載失穩(wěn)半速渦動油膜振蕩嚴(yán)重時油膜破裂而燒損軸瓦旋轉(zhuǎn)機械故障診斷

轉(zhuǎn)子不對中不對中的危害-熱像圖30,000out平行10,000/inchout角1,000/inchout角不對中62°F105°F0對中不對中故障機理與診斷旋轉(zhuǎn)機械故障診斷

轉(zhuǎn)子不對中不同的聯(lián)軸器具有不同的故障機理大型高速旋轉(zhuǎn)機械，常用齒式聯(lián)軸器中、小設(shè)備多采用固定式剛性聯(lián)軸器平行不對中角不對中綜合不對中平行不對中角不對中綜合不對中不對中故障轉(zhuǎn)子不對中的故障特征振動的振幅與轉(zhuǎn)子的負(fù)荷有關(guān)負(fù)荷越大、振幅越大不對中故障對轉(zhuǎn)子的激振力隨轉(zhuǎn)速的升高而加大激勵力與不對中量成正比軸系具有過大的不對中量時，轉(zhuǎn)子在運動中產(chǎn)生附加徑向力和附加軸向力，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生異常振動平行不對中主要引起徑向振動角度不對中主要引起軸向振動振動頻率徑向振動以工頻的2倍頻為主，也有1倍頻的成分軸向振動以工頻的1倍頻為主，也有2x，3x。不對中故障轉(zhuǎn)子不對中的故障特征振動幅值平行不對中：振動頻譜中2x幅值超過1x幅值的50％角不不對中：軸向2x或3x幅值約是1x轉(zhuǎn)頻幅值的30％~50％2x值相對于1x幅值的高度常取決于聯(lián)軸器的類型和結(jié)構(gòu)聯(lián)軸節(jié)兩側(cè)軸承振動的相位差平行不對中，徑向振動差180°角度不對中，軸向振動差180°軸心軌跡：香蕉形、8字形、外圈中產(chǎn)生一個內(nèi)