1、旋轉機械故障診斷旋轉機械故障診斷 設備監測中心 趙賀嘉 2022-6-16旋轉機械故障診斷的過程旋轉機械故障診斷的過程檢測縮小故障范圍狀態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開始尚可正常不可異常l事后維修，故障維修 (Break down)l設備壞了后才去修理。l定期維修，預防維修 (Preventive)l定期地檢查和大修。l預測維修，視情維修 (Predictive)l周期的監測，必要時才去維修。事后維修體制事后維修體制設備運行到壞了再進行修理。設備運行到壞了再進行修理。l不需要安排計劃。不需要安排計劃。l對一些設備，更換比修理更便宜。對一些設備，更換比修理更便宜。

2、l意外停機引起生產損失。意外停機引起生產損失。l可能引起設備的二次損壞，甚至災可能引起設備的二次損壞，甚至災難性事故。難性事故。l庫存備件投資多。庫存備件投資多。定期維修體制定期維修體制按預訂的時間間隔或檢修周期，對設按預訂的時間間隔或檢修周期，對設備作維修、調整和更換備件。備作維修、調整和更換備件。l機器壽命較長。機器壽命較長。l減少意外停機。減少意外停機。l備件庫存較少。備件庫存較少。l意外停機引起生產損失。意外停機引起生產損失。l過剩維修導致維修費用增加。過剩維修導致維修費用增加。l過剩維修引起人為維修故障。過剩維修引起人為維修故障。預測維修體制預測維修體制有計劃地對設備作檢查和測試，以

3、確定有計劃地對設備作檢查和測試，以確定其健康狀態，必要時才進行維修。其健康狀態，必要時才進行維修。l減少非計劃停機損失。減少非計劃停機損失。l維修時間間隔可以延長。維修時間間隔可以延長。l維修費用大為減少。維修費用大為減少。l備件庫存最小。備件庫存最小。l需要初始投資。需要初始投資。l需學習和培訓。需學習和培訓。不同制度的維修成本的比較不同制度的維修成本的比較大型鋼鐵企業l何謂旋轉機械何謂旋轉機械n主要運動由旋轉運動來完成的機械 汽輪機、離心式壓縮機、水泵、風機、電動機n核心：轉軸組件 轉子、軸、齒輪傳動件、葉輪、聯軸器 滑動軸承、滾動軸承 支座、定子、機座 密封、密封裝置l旋轉機械故障原因分

4、類旋轉機械故障原因分類n設計原因設計原因 設計不當，動態特性不良，運行時發生強迫振動/自激振動 結構不合理，應力集中 設計工作轉速接近或落入臨界轉速區 熱膨脹量計算不準，導致熱態不對中n制造原因制造原因 零部件加工制造不良，精度不夠 零件材質不良，強度不夠，制造缺陷 轉子動平衡不符合技術要求旋轉機械振動及故障概述旋轉機械振動及故障概述l旋轉機械故障原因分類旋轉機械故障原因分類n安裝安裝/維修的原因維修的原因 機械安裝不當，零部件錯位，預負荷大 軸系對中不良 機器幾何參數(如配合間隙、過盈量及相對位置)調整不當 轉子長期放置不當，改變了動平衡精度n操作運行的原因操作運行的原因 工藝參數(如介質的

5、溫度、壓力、流量、負荷)偏離設計值 轉速接近或落入臨界轉速區 潤滑或冷卻不良 啟停機或升降速過程操作不當，暖機不夠，熱膨脹不均勻或在臨界區停留時間過長旋轉機械振動及故障概述旋轉機械振動及故障概述l旋轉機械故障原因分類旋轉機械故障原因分類n機器劣化的原因機器劣化的原因 長期運行，轉子的撓度增大或動平衡劣化 轉子局部損壞、脫落或產生裂紋 零部件磨損、點蝕或腐蝕 配合面受力劣化、產生過盈不足或松動等，破壞了配合的性質和精度 機器基礎沉降不均勻，機器殼體變形典型的表盤式監測系統典型的表盤式監測系統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

6、徑向瓦溫傳感器軸向位置傳感器報警信號輸出l離心壓縮機離心壓縮機轉子不平衡故障轉子不平衡故障不平衡的原因不平衡的原因 轉子轉子機械損傷機械損傷污染物堆積污染物堆積軸彎曲軸彎曲軸孔偏離中心軸孔偏離中心 風扇風扇機械損傷機械損傷污染物堆積污染物堆積軸孔偏離中心軸孔偏離中心 齒輪齒輪機械損傷機械損傷軸孔偏離中心軸孔偏離中心轉子不平衡故障轉子不平衡故障不平衡的原因不平衡的原因 滑輪滑輪/ /槽輪槽輪機械損傷瑣絲太大軸孔偏離中心 飛輪飛輪機械損傷偏心孔軸孔偏離中心 軸軸軸彎曲不規則加工轉子不平衡故障轉子不平衡故障l不平衡的原因不平衡的原因 葉輪葉輪機械損傷腐蝕 聯軸器聯軸器 機械損傷 軸孔偏離中心 電氣繞

7、組電氣繞組 銅線分布不均轉子不平衡故障轉子不平衡故障l不平衡的原因不平衡的原因鑄造缺陷鑄造缺陷 熱膨脹熱膨脹由于每個部件熱膨脹由于每個部件熱膨脹率不同影響轉子平衡率不同影響轉子平衡軸孔太大軸孔太大轉子不平衡故障機理與診斷轉子不平衡故障機理與診斷l不平衡的種類不平衡的種類n按發生不平衡的過程可分為： 原始不平衡 漸發性不平衡 突發性不平衡n按機理可分為： 靜不平衡 偶不平衡 動不平衡旋轉機械故障診斷旋轉機械故障診斷轉子不平衡轉子不平衡靜不平衡偶不平衡= = 靜不平衡靜不平衡 + + 偶不平衡偶不平衡轉子不平衡故障機理與診斷轉子不平衡故障機理與診斷l轉子不平衡故障的頻譜特征轉子不平衡故障的頻譜特征

8、n振動幅值與轉速平方成正比n工頻的1倍頻能量較大n同一平面x,y振動相位差90l轉子不平衡故障的時域特征轉子不平衡故障的時域特征n呈現為類似簡諧振動的波形n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準的正弦波旋轉機械故障診斷旋轉機械故障診斷轉子不平衡轉子不平衡轉子不平衡故障機理與診斷轉子不平衡故障機理與診斷 正向進動：軸轉向與軸心軌跡轉向一致 不平衡、不對中、油膜失穩產生的亞同步渦動、內摩擦激發的渦動等 逆向進動：軸轉向與軸心軌跡轉向相反 干摩擦等少數情況下發生旋轉機械故障診斷旋轉機械故障診斷轉子不平衡轉子不平衡l轉子不平衡的軸心軌跡轉子不平衡的軸心軌跡n軸在

9、各個方向上剛度有差別，所以轉子軸心軌跡通常為橢圓橢圓n從軸心軌跡觀察其進動特征為同步正進動同步正進動同步采集H方向V方向轉子不平衡故障機理與診斷轉子不平衡故障機理與診斷l轉子不平衡與轉速的關系轉子不平衡與轉速的關系n當n，即在臨界轉速上，轉速增加時振幅趨于一個較小的穩定值；n當工作轉速一定時，相位穩定旋轉機械故障診斷旋轉機械故障診斷轉子不平衡轉子不平衡轉子不平衡故障機理與診斷轉子不平衡故障機理與診斷l診斷實例診斷實例1n某大型離心式壓縮機組蒸汽透平經檢修更換轉子后，機組啟動時發生強烈振動。壓縮機兩端軸承處徑向振幅達到報警值，機器不能正常運行。旋轉機械故障診斷旋轉機械故障診斷轉子不平衡轉子不平衡

10、壓縮機振動特征轉子不平衡故障機理與診斷轉子不平衡故障機理與診斷l診斷實例診斷實例1n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 振動大小隨轉速升降變化明顯n診斷意見：強烈振動的原因是振動不平衡n處理措施：監護運行n生產驗證 在加強監測的前提下維持運行，其振動趨勢穩定，沒有增大的趨勢 維持運行一個大修周期后，下次大修發現動平衡嚴重超標 原因：轉子庫存時間較長，轉子較重，未按規定周期盤轉原因：轉子庫存時間較長，轉子較重，未按規定周期盤轉旋轉機械故障診斷旋轉機械故障診斷轉子不平衡轉子不平衡轉子不平衡故障機理與診斷轉子不平

11、衡故障機理與診斷l診斷實例診斷實例2n某52萬噸/年尿素裝置CO2壓縮機組低壓缸轉子，大修后開車振動值正常，但在線監測系統發現其振動值有逐步增大的趨勢。旋轉機械故障診斷旋轉機械故障診斷轉子不平衡轉子不平衡CO2壓縮機漸變不平衡振動特征轉子不平衡故障機理與診斷轉子不平衡故障機理與診斷l診斷實例診斷實例2n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n診斷意見：故障原因為漸變不平衡，是由于轉子流道結垢或局部腐蝕造成的n處理措施：監護運行n生產驗證 6個月后大修時檢查到轉子并不彎曲 目測無結垢和腐蝕現象 拆卸檢查后發現一軸套內側發生局部嚴重腐蝕，導致轉子不平

12、衡質量逐漸增大旋轉機械故障診斷旋轉機械故障診斷轉子不平衡轉子不平衡轉子不平衡故障機理與診斷轉子不平衡故障機理與診斷l轉子不平衡故障的特征小結轉子不平衡故障的特征小結n時域為類似正弦波的振動波形n振動能量主要集中在工頻的1倍頻n軸心軌跡為橢圓，并為正進動方向n主要表現為徑向振動n同一平面X、Y方向振動相位差90n振動幅值隨轉速升高而迅速增大n振動幅值不隨負荷的增大而增大旋轉機械故障診斷旋轉機械故障診斷轉子不平衡轉子不平衡不對中故障機理與診斷不對中故障機理與診斷l造成不對中的原因造成不對中的原因n安裝誤差n管道應變影響n溫度變化熱變形n基礎沉降不均l危害危害n滾動軸承 振動噪聲 過度磨損 “卡死”

13、 n滑動軸承 油膜承載失穩 半速渦動 油膜振蕩 嚴重時油膜破裂而燒損軸瓦旋轉機械故障診斷旋轉機械故障診斷轉子不對中轉子不對中不對中的危害不對中的危害- -熱像圖熱像圖30,000 out平行10,000/inch out角1,000/inch out角不對中62 F105 F0對中不對中故障機理與診斷不對中故障機理與診斷旋轉機械故障診斷旋轉機械故障診斷轉子不對中轉子不對中不同的聯軸器具有不同的故障機理不同的聯軸器具有不同的故障機理 大型高速旋轉機械，常用齒式聯軸器大型高速旋轉機械，常用齒式聯軸器 中、小設備多采用固定式剛性聯軸器中、小設備多采用固定式剛性聯軸器l平行不對中平行不對中l角不對中角

14、不對中l綜合不對中綜合不對中l平行不對中平行不對中l角不對中角不對中l綜合不對中綜合不對中不對中故障不對中故障l轉子不對中的故障特征轉子不對中的故障特征n振動的振幅與轉子的負荷負荷有關 負荷越大、振幅越大n不對中故障對轉子的激振力隨轉速轉速的升高而加大n激勵力與不對中量不對中量成正比n軸系具有過大的不對中量時，轉子在運動中產生附加徑向力和附加軸向力，使轉子產生異常振動 平行不對中主要引起徑向振動徑向振動 角度不對中主要引起軸向振動軸向振動n振動頻率 徑向振動以工頻的2倍頻為主倍頻為主，也有1倍頻的成分 軸向振動以工頻的1倍頻為主倍頻為主，也有2x，3x。不對中故障不對中故障l轉子不對中的故障特

15、征轉子不對中的故障特征n振動幅值幅值 平行不對中：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：角不不對中：軸向2x或3x幅值約是1x轉頻幅值的3050 2x值相對于1x幅值的高度常取決于聯軸器的類型和結構n聯軸節兩側軸承振動的相位差相位差 平行不對中，徑向振動差180 角度不對中，軸向振動差180n軸心軌跡軸心軌跡：香蕉形、8字形、外圈中產生一個內圈不對中故障不對中故障l平行不對中的故障特征平行不對中的故障特征l角度不對中的故障特征角度不對中的故障特征不對中故障機理與診斷不對中故障機理與診斷l診斷實例診斷實例n某透平壓縮機組檢修后啟動時，高壓缸振動較大；機組運行一周后壓縮機高

16、壓缸振動突然加劇，測點4、5的徑向振動增大，其中測點5的振動值增加兩倍，測點6軸向振動加大；又運行兩周后，測點5的振動值又突然增加一倍，超過設計允許值，振動劇烈旋轉機械故障診斷旋轉機械故障診斷轉子不對中轉子不對中機組布置示意圖不對中故障機理與診斷不對中故障機理與診斷l診斷實例診斷實例旋轉機械故障診斷旋轉機械故障診斷轉子不對中轉子不對中異常振動特征測點測點5 5的振動波形畸的振動波形畸變為基頻與倍頻的疊變為基頻與倍頻的疊加波形，頻譜中加波形，頻譜中2 2倍倍頻譜具有較大幅值頻譜具有較大幅值雙橢圓復合軌跡雙橢圓復合軌跡軸向振動變大軸向振動變大不平衡的頻譜不平衡的頻譜不對中故障機理與診斷不對中故障機

17、理與診斷l診斷實例診斷實例n診斷意見 壓縮機高壓缸和低壓缸之間轉子對中不良轉子對中不良，聯軸器發生故障n生產驗證 高、低壓缸之間的聯軸器固定法蘭與內齒套的連接螺栓已斷掉三只 對中嚴重超差對中嚴重超差，不對中量大于設計要求16倍 對螺栓斷面進行電鏡分析，斷面為沿晶斷裂、并有局部韌窩組織。 聯接螺栓的機械加工和熱處理工藝不符合要求機械加工和熱處理工藝不符合要求，螺紋根部產生應力集中，而且熱處理后未進行正火處理，金相組織為淬火馬氏體，螺栓在拉應力作用下脆性斷裂。旋轉機械故障診斷旋轉機械故障診斷轉子不對中轉子不對中不對中故障機理與診斷不對中故障機理與診斷l小結小結旋轉機械故障診斷旋轉機械故障診斷轉子不

18、對中轉子不對中轉子不對中故障原因與治理措施轉子不對中故障原因與治理措施序序號號故障原故障原因分類因分類故障原因故障原因處理措施處理措施1設計原因設計原因1）對工作狀態下熱膨脹量計算不準）對工作狀態下熱膨脹量計算不準2）對介質壓力、真空度變化對機殼的影響）對介質壓力、真空度變化對機殼的影響計算不準計算不準3）給出的冷態對中數據不準）給出的冷態對中數據不準1） 核對設計給出的冷核對設計給出的冷態對中數據態對中數據2）按技術要求檢查調）按技術要求檢查調整軸承對中整軸承對中3）檢查熱態膨脹是否）檢查熱態膨脹是否受限受限4） 檢查保溫是否完好檢查保溫是否完好5）檢查調整基礎沉降）檢查調整基礎沉降2制造原

19、因制造原因1）材質不均，造成熱膨脹）材質不均，造成熱膨脹3安裝維修安裝維修1）冷態對中數據不符合要求）冷態對中數據不符合要求2）檢修失誤造成熱態膨脹受阻）檢修失誤造成熱態膨脹受阻3）機殼保溫不良，熱脹不均勻）機殼保溫不良，熱脹不均勻4操作運行操作運行1） 超負荷運行超負荷運行2）介質溫度偏離設計值）介質溫度偏離設計值5狀態劣化狀態劣化1）機組基礎或基座沉降不均勻）機組基礎或基座沉降不均勻2）基礎滑板銹蝕，熱脹受阻）基礎滑板銹蝕，熱脹受阻3）機殼變形）機殼變形動靜件摩擦的故障機理與診斷動靜件摩擦的故障機理與診斷l診斷實例診斷實例n某大型透平壓縮機組，在開車啟動過程中發生異常振動，導致無法升速旋轉

20、機械故障診斷旋轉機械故障診斷動靜件摩擦動靜件摩擦壓縮機振動頻譜圖與軸心軌跡n振動特征分析振動特征分析振動波形有削波現象振動波形有削波現象頻譜圖中有豐富的次諧波及高頻諧波頻譜圖中有豐富的次諧波及高頻諧波軸心軌跡的渦動方向為反向渦動軸心軌跡的渦動方向為反向渦動動靜件摩擦的故障機理與診斷動靜件摩擦的故障機理與診斷l診斷實例診斷實例n診斷意見 機組在升速過程中發生了嚴重摩擦故障n處理措施 由于機組振動值非常高，表明內部動靜件摩擦比較嚴重，為安全起見，決定停機拆檢n生產驗證 解體檢修發現，機組轉子彎曲，動平衡精度嚴重超差，在升速過程中因振動大造成轉子與密封之間摩擦。不僅密封損壞，且轉子嚴重偏磨旋轉機械故障診斷旋轉機械故障診斷動靜件摩擦動靜件摩擦動靜件摩擦的故障機理與診斷動靜件摩擦的故障機理與診斷l小結小結旋轉機械故障診斷旋轉機械故障診斷動靜件摩擦動靜件摩擦動靜件摩擦故障原因及對策旋轉機械故障診斷技術旋轉機械故障診斷技術-小結小結l轉子轉子不平衡不平衡l軸系軸系不對中不對中l轉子轉子動靜件摩擦動