旋轉設備振動課件

振動基礎與故障診斷

8/30/20231旋轉設備振動課件振動基礎與故障診斷8/1/轉子振動基礎振動現象及其危害振動是物體(質點)或某種狀態隨時間往復變化的現象，機械振動是指物體在平衡位置附近來回往復的運動。它是衡量旋轉機械能否持續可靠運行的重要指標。振動狀態是機組設計制造﹑安裝檢修和運行維護水平的綜合反映。當振動超過一定的限值（標準）時，可能會產生下列危害：(1)機組動靜部分碰磨；(2)部件的疲勞損壞；(3)連接或緊固件的斷裂與松脫；(4)損壞基礎和周圍的建筑物；(5)降低機組運行的經濟性；(6)過大的振動及其引發的噪聲影響運行人員健康。8/30/20232轉子振動基礎振動現象及其危害8/1/20232振動基礎知識(一)四種振動形式：1.簡諧振動：運動量隨時間按諧和函數的形式變化2.周期振動：運動量變化經過一個固定的時間間隔不斷重復3.非周期振動：振動量變化隨時間不呈現重復性4.隨機振動：任一給定時刻的運動量不能預先確定.兩個以上頻率不相同的簡諧振動合成在一起，便形成一個復合振動，反過來，任何周期振動又都可以分解成若干個簡諧振動。付里葉變換是進行這種分解的有效工具.旋轉機械的振動信號都是周期性連續信號，習慣稱這種信號為通頻信號。用FFT分解后得到的一系列簡諧信號中，與轉動頻率相同的簡諧振動具有特殊的意義，它被稱之為一倍頻振動，也有稱之為工頻、基頻、選頻、同頻或1X等。頻率為轉速二分之一和兩倍的簡諧振動在旋轉機械的振動分析也是較常用到的，它們分別被簡稱為半頻（1/2X）和倍頻（兩倍頻，2X）振動。低于工作轉速頻率的振動，統統被稱為低頻振動；高于工作轉速頻率的振動，被稱為高頻振動。它們可能是轉動頻率的整分數倍或整數倍，也可能不是。8/30/20233振動基礎知識(一)四種振動形式：8/1/20233振動基礎知識(二)振動位移、速度和加速度振幅的量度簡諧振動可以用位移、速度和加速度三種形式表示。位移的大小，用振幅Ap表示，即最大位移到平衡位置之間的距離，也稱作單峰值；振動的波峰與波谷之間的垂直距離稱作為峰峰值，表示為Ap-p；單位都是微米（μm）或毫米（mm）。電廠習慣用“絲”或“道”表示，1毫米是100絲，1絲等于10微米。在描述振幅的大小時，如果不做特別的注明，所指振幅都是峰峰值.速度和加速度的振幅也可以用峰值或峰峰值來表示。對于速度振幅，因為振動能量與速度的平方成正比例，所以更多地是使用均方根值或稱有效值,又稱作振動烈度，單位：mm/s。8/30/20234振動基礎知識(二)振動位移、速度和加速度振幅的量度8/1/2振動基礎(三)1.測振儀表的選擇測振儀表應根據測試對象的頻率范圍來選擇。一般來講，接觸式傳感器適用于測量低頻振動，用它測量振動位移，可以得到較穩定的數據；加速度傳感器適用于測量中、高頻振動用它測振動位移往往不太穩定，因此加速度型傳感器的測振儀，只測振動速度和加速度。2.測試參數的選擇振動測試參數包括振動位移、振動速度和振動加速度。對一般簡諧振動三者有以下關系：振動位移：x=Asinwt;振動速度：v=Awcoswt;振動加速度：a=-Aw2sinwt。由此可見，對于不同頻率成份的振動而言，位移相同時，速度值與轉速的一次方成正比，加速度與轉速的平方成正比，所以盡管低頻振動的位移值比高頻的位移值大很多，但它的加速度值比高頻的加速度值小得多。一般情況下，要查明被測對象是否存在不平衡、不對中、松動、油膜渦動等現象時，測位移和速度較好；要查明齒輪、軸承等故障時，測加速度較敏感。8/30/20235振動基礎(三)1.測振儀表的選擇8/1/20235有關的名詞和術語(1)

1.振動幅值、頻率和振動相位.機械振動通常以其幅值、頻率和相位來描述，它們是構成振動的三個基本要素2.通頻振動、選頻振動、基頻振動.

2.1通頻振動表示振動原始波形正峰和負峰之間的最大偏差值。2.2選頻振動表示所選頻率的正弦波正峰和負峰之間的偏差值。2.3基頻振動表示與轉速頻率相同的正弦波正峰和負峰之間的偏差值。對于工作轉速為3000r/min的機器，基頻振動頻率是50Hz。3.徑向振動、軸向振動.徑向振動是指垂直于轉軸中心線方向的振動。徑向振動有時也稱為橫向振動。軸向振動是指與轉軸中心線同一方向的振動。4.同步運動、異步運動同步是指與轉速頻率變化成比例的振動頻率分量。通常，同步分量是旋轉頻率的整數倍或分數倍，即1X,2X,3X…,1/2X,1/3X…等。異步是指與轉速頻率無關的振動頻率成份，也可稱為非同步運動.8/30/20236有關的名詞和術語(1)8/1/20236有關的名詞和術語(2)5.諧波、次諧波、次同步、超同步在某一頻率下的正弦波稱為諧波，該頻率為基本頻率的整數倍。次諧波是基波頻率的一個整分數諧波的正弦值。次同步振動是低于轉速頻率的振動分量。超同步振動是高于轉速頻率的振動分量。6.相對軸振、絕對軸振、瓦振轉子的相對軸振是指轉軸相對于軸承座的振動，它可用非接觸式傳感器來測量。轉子的絕對軸振是指轉軸相對于地面的振動，它可用接觸式傳感器或用一個非接觸傳感器和一個慣性傳感器組成的復合傳感器來測量。瓦振動是指在軸承座相對于地面的振動，它可用慣性傳感器來測量.7.自由振動、強迫振動、自激振動、隨機振動自由振動一般是指彈性系統偏離于平衡狀態以后，不再受外界激擾的情形下所發生的振動。強迫振動是指在外來激振力作用下而發生的振動。一般而言，強迫振動的頻率與激振力的頻率相同。自激振動是指由振動體自身所激勵的振動。維持振動的交變力由運動本身產生或控制的。自激振動的起因歸之于轉子－支承系統中存在某一機械能的反饋環節。這一反饋環節使轉子從轉動中獲取能量，并轉變為某一特定頻率下的橫向振動能量，而這一橫向振動又通過反饋環節進一步從運動中取得能量，從而加劇了橫向振動，直至獲取的能量等于消耗于阻尼的能量，這振動穩定在某一極限環上。隨機振動是指在任何時刻，其大小不能正確預知的振動。8/30/20237有關的名詞和術語(2)5.諧波、次諧波、次同步、超同步8/有關的名詞和術語(3)8.振動高點和重點振動高點是指傳感器測量振動時，振動波形上產生正峰值的那一點，該點用鍵相器測其角度位置。高點可能隨轉子的動力特性的變化（如轉速變化）而移動。重點是指在一個轉軸特定橫截面上,不平衡向量的角度位置。重點一般不隨轉速變化。在一定轉速下，重點和高點之間的夾角稱為機械滯后角。9.剛度、阻尼和臨界阻尼剛度是一種機械或液壓元件在負載作用下的彈性變化量。一般機械結構的剛度包括靜剛度和動剛度兩個部分，靜剛度決定于結構的材料和幾何尺寸，而動剛度既與靜剛度有關，也與連接剛度和共振狀態有關。阻尼是指振動系統中的能量轉換（從機械能轉換成另一種能量形式，一般是熱能），這種能量轉換抑制了每次振蕩的振幅值。當轉軸運動時，阻尼來自軸承中的油、密封等。臨界阻尼是指能夠保證系統回到平衡位置而不發生振蕩所要求的最小阻尼。10.共振、臨界轉速、固有頻率共振是指在強迫振動系統中，當激振頻率從任一方向稍微變化，其響應就明顯減小時所對應的系統狀態或現象。臨界轉速是指使轉子—支承系統產生共振的特征轉速。當系統作自由振動時，其振動的頻率只與系統本身的質量(或轉動慣量)、剛度和阻尼有關。這個由系統的固有性質所決定的振動頻率，稱為系統的固有頻率。8/30/20238有關的名詞和術語(3)8.振動高點和重點8/1/20238有關的名詞和術語(4)11.分諧波共振、高次諧波共振和參數激振當以頻率f激振，因頻率f/n(n等于2及其以上的正整數)接近于系統的固有頻率而引起的共振稱為分諧波共振。當以頻率f激振，因頻率nf(n等于2及其以上的正整數)接近于系統的固有頻率而引起的共振稱為高次諧波共振。參數激振是指由質量、彈性等因素隨時間周期變化的激振。由極不對稱的截面或由此引起的不同的抗彎強度可能產生參數振動。12.渦動、正進動和反進動轉軸的渦動(或稱為進動)常定義為轉軸的撓曲線與軸承中心線所構成的平面的轉動。在圓盤繞轉軸轉動的同時，轉軸本身又繞鉛垂軸z轉動。正進動是指與轉軸轉動方向相同的渦動。反進動是指與轉軸轉動方向相反的渦動。13.同相振動和反相振動在一對稱轉子中,若兩端支持軸承在同一方向(垂直或水平)的振動相位角相同時，則稱這兩軸承的振動為同相振動；若兩端支持軸承在同一方向(垂直或水平)的振動相位角相差180°時，則稱這兩軸承的振動為反相振動。根據振動的同相分量和反相分量可初步判斷轉子的振型。8/30/20239有關的名詞和術語(4)11.分諧波共振、高次諧波共振和參數有關的名詞和術語(5)14.轉子撓曲轉子撓曲是指轉子彈性彎曲值，現場習慣稱為撓度。轉子撓曲分為靜撓曲和動撓曲，靜撓曲是靜止狀態的轉子在自重或預載荷作用下產生的彈性彎曲值，沿轉子軸線上不同的點，靜撓曲值不同；動撓曲是旋轉狀態的轉子在不平衡力矩和其它交變力作用下產生的彈性彎曲值，轉子動撓曲又分同步撓曲和異步撓曲兩種，這兩種撓曲將直接疊加到轉軸振動上。15.機械偏差、電氣偏差、晃度電氣偏差系電渦流傳感器系統輸出信號誤差來源之一。傳感器輸出信號的變化并不是來自探頭所測間隙的改變(動態運動和位置的變化)，而是來自于轉軸表面材料電導率的變化或轉軸表面上某些局部磁場的存在。機械偏差也是電渦流傳感器系統輸出信號誤差來源之一。傳感器所測間隙的變化，并不是由轉軸中心線位置變化或轉軸動態運動引起的，而是來源于轉軸的非圓度、損壞、凹陷、銹斑或由其它結構所引起的。轉軸的晃度,或稱為軸的徑向偏差，是電氣偏差和機械偏差的總和。在軸振標準中規定，其數值不能超過相當于許用振動位移的25％或6μm這兩者中的較大值。通常渦流傳感器在低轉速（約200～400r/min）下測量的軸振值實際代表轉軸的晃度值。8/30/202310有關的名詞和術語(5)14.轉子撓曲8/1/202310有關的名詞和術語(6)16.偏心在轉子平衡領域，偏心是指轉子質量中心偏離轉軸回轉中心的數值，此偏心是引起轉軸振動最主要的激振力；而在機組運行監則中偏心是指軸頸中心偏離軸瓦中心的距離，也稱為偏心位置，通過該偏心的監測可以發現轉子承受的外加載荷和軸瓦工作狀態。17.間隙電壓、油膜壓力間隙電壓是指電渦流傳感器測量的直流電壓，其值反映了軸頸和探頭間的間隙。由此可給出轉子揚度、支承載荷等的有關信息。油膜壓力反映了軸承支承油膜的厚度及穩定性，該壓力能幫助診斷轉子中心問題和軸瓦穩定性等方面的問題。8/30/202311有關的名詞和術語(6)16.偏心8/1/202311振動測量技術測量用傳感器在旋轉機械測試中，常用的傳感器有四種類型，它們是電渦流非接觸式傳感器、慣性式速度傳感器、壓電式加速度傳感器和復合傳感器(它是由一個非接觸傳感器和一個慣性傳感器組成)。傳感器的選用應從兩方面去考慮，一方面是傳感器的性能；另一方面是測試對象的要求，只有這兩方面的結合，才能選擇出滿足測試要求的傳感器。每一種傳感器都有它們固有的頻響特性，其決定了各自的工作范圍。如果采用的傳感器在超出其線性頻響區域工作時，測量得到的讀數會產生較大的偏差。常用的一些傳感器的性能和適用范圍及優、缺點等。8/30/202312振動測量技術測量用傳感器8/1/202312振動信號的分析技術

1時域分析時域分析是在時間坐標軸上表示振動信號的方法，它是直觀地描述振動的方法。時域波形可以在示波器或一些具有圖形顯示的二次振動儀表上顯示。在振動分析中，經常需要對波形及與波形有關的圖形（如軸心軌跡）進行分析。1.1波形分析在對原始振動波形分析中，除可觀察到振動的瞬態峰值振幅和穩態振幅外，還可以確定其振動周期（頻率）。有些振動，如拍振，通過波形可很容易判定。另外，根據波形的形狀亦可初步判定一些振動故障原因。1.2軌跡分析在機器上同一徑向軸承互成90°安裝的渦流傳感器的輸出振動信號經放大器放大后，在示波器上所顯示的軌跡表示轉軸中心線的實際動態路徑。軸心運動軌跡的形狀是有關機械運轉狀態的一個很重要的信息。通常機器所產生的波形軌跡都是略呈橢圓形的，這主要原因是由于油膜支承剛度X、Y方向不對稱緣故。根據經驗統計，一些振動故障反映出的軸心軌跡具有其各自的特點，因此，將實測的軸心軌跡與這些典型的軸心軌跡圖形比較，可以有助于分析振動產生的原因。1.3鍵相分析鍵相器的功能是由一個單獨的渦流傳感器所提供的，該傳感器可觀測轉軸上每轉一次的不連續點，即轉軸上的凹槽（鍵槽）或凸槽。當轉軸上不連續點每次經過鍵相器時，傳感器就會感受到在間隙距離上的變化，因而輸出的電壓值也會有相應的變化。輸出電壓的變化，發生在不連續點出現的很短時間內，因而表現為每轉一次所產生的電壓脈沖。轉軸旋轉時電壓脈沖為一連串正向電壓升（凸槽）或負向電壓降（凹槽或鍵槽）。鍵相器的主要作用是測量振動相位角。相位角定義為從鍵相器脈沖到振動信號的下一個正峰值之間轉軸轉過的角度。為了能測到相位角，振動信號的頻率表現和轉軸轉動的頻率相同或為其整數倍。因此要精確地測量相位角，必須對轉動信號按轉速頻率進行濾波。由于轉軸每轉一圈就會產生一個鍵相器脈沖，故鍵相器亦可用來測量轉軸轉速（旋轉頻率）或轉動周期。相位測量可以鑒別出一些機械故障，某些機械故障與相位有密切的確定關系。例如，運轉速度高于一個或多個平衡共振頻率的機器，在經過共振頻率區時，一般都會發生180°的相位變化。因此相位測量可用于證實轉軸共振頻率或臨界轉速的存在。8/30/202313振動信號的分析技術1時域分析8/1/202313振動分析常用技術2

頻域分析頻域分析是在頻率坐標軸上表示振動的方法。大多數旋轉機械一般都產生帶有周期的振動信號，即不是都只含有單一頻率成分的諧波運動，而是包含有多種的頻率成分。這些頻率成分往往直接與機械中各零部件的機械物理特性聯系在一起的。頻域分析十分清晰、簡潔，將振動波形在頻域中分解為不同頻率的正弦分量，就更容易抓住故障源的本質。測量振動信號的頻率成分，一般可以采用兩種方法。第一種是利用濾波技術有次序地觀察信號中每一頻率成分以達到分解信號的目的，第二種方法是捉住信號的一個數據塊，然后用一臺信號分析儀或計算機借助于快速傅里葉分析技術來處理這些數據。8/30/202314振動分析常用技術2頻域分析8/1/202314振動數據的特征分析(1)由于振動是動態參數，為表示振動特性，通常采用各種圖形方式來進行描述。振動特征分析就是將振動信號時域分析和頻域分析的結果用一定的圖形或曲線表示出來。下面將對分析振動原因極其有用的有關圖形作一詳述：1、波形圖波形圖是轉子響應隨時間的變化曲線，其橫坐標為時間，通常表示為周期數，縱坐標為振動實時值，通常它近似為正波，是最原始的信號，所以包含的信息量大，具有直觀、易于理解等特點，但不太容易看出所包含信息與故障的聯系。從波形圖可推導出呈現在振動波形中的基本頻率，借助于鍵相相位信號，時基線信號可被用作相位角的直接顯示。對于某些故障信號，其波形具有明顯特征，這時可以利用波形圖作出初步判斷。比如，當旋轉機械其不平衡故障較嚴重時，信號中有明顯的以旋轉頻率為特征的周期成分（即一倍頻1X成分）；而轉軸不對中時，信號在一個周期內，比旋轉頻率大一倍的頻率成分（即二倍頻2X成分）明顯加大，即一周波動二次；機組失穩時導致軸振信號中出現明顯的低頻信號.8/30/202315振動數據的特征分析(1)由于振動是動態參數，為表示振動特性振動數據的特征分析(2)頻譜圖工程上所測得的信號一般為時域信號，然而由于故障的發生、發展往往引起信號頻率結構的變化，為了通過所測信號了解、觀測對象的動態行為，往往需要頻域信號。將時域信號變換至頻域加以分析的方法稱為頻譜分析，如圖3.8所示。頻譜分析的目的是把復雜的時間歷程波形，經傅里葉變換分解為若干單一的諧波分量，以獲得信號的頻率結構以及各諧波幅值和相位信息頻譜分析是機械故障診斷中用得最廣泛的信號處理方法之一。頻譜圖包括幅值譜和相位譜，若以頻率f為橫坐標，以幅值為縱坐標所得即為幅值譜的頻譜圖，以相位為縱坐標所得即為相位譜的頻譜圖（通常按快速傅里葉分析得到的相位譜是沒有實際意義的）。頻譜圖形有離散譜（譜線圖）與連續譜之分，前者與周期性及準周期信號相對應，后者與非周期信號及隨機信號相對應。。8/30/202316振動數據的特征分析(2)頻譜圖8/1/202316振動數據的特征分析(3)波特圖(BodePlot)波德圖定義為與轉速同步的振動及其相位和運行轉速的關系曲線。8/30/202317振動數據的特征分析(3)波特圖(BodePlot)8/1/振動標準振動水平是衡量機組安全的重要指標。從機組安全運行的角度講，振動越小越好，但是要考慮降低振動的成本。振動水平只要滿足安全運行的需要即可。標準劃分：國際標準、國家標準、行業標準、企業標準。國際標準有：ISO標準，由國際標準化組織制定；IEC標準，由國際電工委員會制定。介紹ISO10816-3:1998標準和GB11347-1989國家標準及大唐標準。8/30/202318振動標準振動水平是衡量機組安全的重要指標。從機組安全運行的角振動評判標準(1)剛性支承上的第一組大型機器，即額定功率大于300千瓦，小于5萬千瓦，轉軸高度H

315毫米的電動機，它們的振動評定標準為：評定區域A/B：振動位移有效值29微米；振動速度有效值2.3毫米/秒為分界線，即，軸承座振動小于29微米有效值或小于2.3毫米/秒有效值，機器的振動評定為A區域，即屬于新交付使用的機器的振動通常可落在此區域內。評定區域B/C：振動位移有效值57微米；振動速度有效值4.5毫米/秒為分界線，即，軸承座振動大于29微米有效值或2.3毫米/秒有效值，小于57微米有效值或4.5毫米/秒有效值，機器的振動可評定為B區域，即該機器的處在此區域時，可以考慮無限長時間運行。評定區域C/D：振動位移有效值90微米；振動速度有效值7.1毫米/秒為分界線，即軸承座振動大于57微米有效值或4.5毫米/秒有效值，小于90微米有效值或7.1毫米/秒有效值，機器振動可評定為C區域，即機器振動處于此區域時，一般考慮不適宜作長期連續運行。通常該機器只能在此狀態下運行有限時間，應當安排在一合適的機會進行維修。如果軸承座振動大于90微米有效值或7.1毫米/秒有效值，該機器的振動可評定為D區域，即機器的振動處在此區域內時，通常應該考慮其振動烈度足以導致機器損壞。8/30/202319振動評判標準(1)剛性支承上的第一組大型機器，即額定功率大于振動評判標準(2)剛性支承上的第二組大型機器，即額定功率大于15千瓦，小于300千瓦，轉軸高度160≤H＜315毫米的電動機，它們的振動評定標準為：評定區域A/B：振動位移有效值22微米；振動速度有效值1.4毫米/秒為分界線，即，軸承座振動小于22微米有效值或小于1.4毫米/秒有效值，機器的振動評定為A區域，即屬于新交付使用的機器的振動通常可落在此區域內。評定區域B/C：振動位移有效值45微米；振動速度有效值2.8毫米/秒為分界線，即，軸承座振動大于22微米有效值或2.8毫米/秒有效值，小于45微米有效值或2.8毫米/秒有效值，機器的振動可評定為B區域，即該機器的處在此區域時，可以考慮無限長時間運行。評定區域C/D：振動位移有效值71微米；振動速度有效值4.5毫米/秒為分界線，即軸承座振動大于45微米有效值或4.5毫米/秒有效值，小于71微米有效值或4.5毫米/秒有效值，機器振動可評定為C區域，即機器振動處于此區域時，一般考慮不適宜作長期連續運行。通常該機器只能在此狀態下運行有限時間，應當安排在一合適的機會進行維修。如果軸承座振動大于71微米有效值或4.5毫米/秒有效值，該機器的振動可評定為D區域，即機器的振動處在此區域內時，通常應該考慮其振動烈度足以導致機器損壞8/30/202320振動評判標準(2)剛性支承上的第二組大型機器，即額定功率大于振動故障診斷的基礎

為了能夠掌握機組振動故障診斷技術，勝任現場振動診斷和處理工作，振動分析人員除應了解一般的振動和轉子動力學理論外，還應將以下幾條基本原則作為轉機振動故障診斷的基礎。熟練掌握振動監測儀表了解機器基本機械特性

了解使轉機情況發生變化的歷史事件監測能表示出機器特征改變的關鍵參數處理數據使其成為容易理解的格式8/30/202321振動故障診斷的基礎為了能夠掌握機組振動故障診斷技術，勝任現旋轉機械的故障診斷技術

旋轉機械的振動問題往往是許多因素綜合造成的，但各種類型的振動仍有其固有屬性。除振動發生過程和振動特征上的表現有所不同外,通常振動頻譜可以較完整地反映出振動的性質，分析者可根據測量的振動頻譜分布來尋找振動的起因。然而，有時僅由頻譜分析進行故障診斷仍不能收到很好的效果，因為一些故障類型產生的振動可能有相同或相似的頻譜，這時就需要通過振動的相位關系和其它一些相關因素來作進一步的分析。因此，振動頻譜和相位關系是振動故障診斷工作中使用的基本工具。下面將列出一些典型故障的振動頻譜特征和相位關系及振動特征。8/30/202322旋轉機械的故障診斷技術旋轉機械的振動問題往往是許多因素綜合質量不平衡質量不平衡是旋轉機械最常發生的故障。振動特征如下：1.振動以1X為主。2.轉速一定時振幅和相位是穩定的；3.多次啟動振動有再現性；4.排除剛度、共振原因。8/30/202323質量不平衡質量不平衡是旋轉機械最常發生的故障。8/1/202不對中

不對中是旋轉機械最為常見的故障之一。轉子不對中通常指相鄰兩轉子的軸心線與軸承中心線的傾斜或偏移程度。轉子不對中可以分為聯軸器不對中和軸承不對中，其結果是在聯軸器處產生附加彎矩。軸系產生不對中的原因通常是加工制造誤差和安裝誤差及基礎受熱不均、基礎下沉不均、機組各部件的熱膨脹變形和扭曲變形等其它因素。1.聯軸器不對中聯軸器不對中有聯軸器偏角不對中(端面瓢偏)、平行不對中(不同心)和平行偏角不對中三種情況。聯軸器端面瓢偏表現為產生較大的軸向振動，且沿聯軸器兩端測量的振動相位反相，一般情況軸向振動以1X和2X分量為主，但有時也會有一些3X振動分量。聯軸器不同心產生的振動現象和端面瓢偏時的相類似，但其表現為較大的徑向振動，且沿聯軸器兩端測量振動相位反相，此時2X振動分量常大于1X分量，其大小決定于聯軸器類型和結構。當聯軸器端面瓢偏或不同心較嚴重時，可能產生一些更高的振動諧波分量（4X～8X），而且這時聯軸器結構會對振動頻譜的特征產生重要影響。實際旋轉機械各轉子聯軸器處的不對中既有平行不對中又有偏角不對中,因此其引發的振動特點和頻譜特征是上面兩種情況的綜合結果。8/30/202324不對中不對中是旋轉機械最為常見的故障之一。轉子不對中通常軸承不對中

軸承不對中包括偏角不對中和標高變化兩種情況。目前多使用的自位軸承，因此軸承偏角不對中容易消除。但軸承位置標高的變化使軸承載荷重新分配，從而影響整個軸系的穩定性。不對中引起的振動與負荷的關系不對中故障振動對負荷變化較為敏感。對于聯軸器不對中而言,當負荷變化時,由聯軸器傳遞的扭矩立即發生變化,如果聯軸器不對中,則轉子的振動狀態也立即發生變化。而對于軸承不對中而言,負荷變化后由于溫度分布的變化,軸承座的熱膨脹不均勻引起軸承不對中,使轉子的振動也要發生變化,但由于熱傳導的慣性,振動的變化在時間上比負荷的改變要滯后一段時間。8/30/202325軸承不對中軸承不對中包括偏角不對中和標高變化兩種軸彎曲

軸彎曲是指轉子的中心線處于不直狀態。彎軸問題通常是產生很大的軸向振動，如果彎曲位于轉軸中央附近，支承轉子的兩個軸承軸向振動主要呈1X分量;如果彎曲位于聯軸器附近，則可能產生較大的2X振動分量。彎軸與質量不平衡引起的振動特性區別在于其不同的相位關系。彎軸引起的兩軸承軸向振動相位相反，而外伸端質量不平衡引起的兩軸承軸向振動相位同相。此外，軸彎曲時一般會在一階臨界轉速下產生較大的徑向振動。8/30/202326軸彎曲軸彎曲是指轉子的中心線處于不直狀態。8/1/202機械松動

通常有三種類型的機械松動。第一種類型的松動是指機器的底座、臺板和基礎存在結構松動，或水泥灌漿不實以及結構或基礎的變形，此類松動表現出振動頻譜為1X分量。第二種類型的松動主要是由于機器底座固定螺栓的松動或軸承座出現裂紋引起。其振動頻譜除包含1X分量外，還存在相當大的2X分量，有時還激發出1/2X和3X振動分量。第三種類型的松動是由于部件間不合適的配合引起的，由于松動部件對來自轉子動態力的非線性響應，因而其產生許多振動諧波分量，如1X,2X,…,nX，有時亦產生精確的1/2X或1/3X整數倍的次諧波分量（即0.5X,1.5X,2.5X,…,n.5X）,這時松動通常是軸承蓋里軸承瓦枕的松動、過大的軸承間隙、或者轉軸上存在松動葉輪。這種松動的振動相位很不穩定，變化范圍很大。8/30/202327機械松動通常有三種類型的機械松動。8/1/202327軸承座剛度不足軸承座剛度不足軸承座或汽缸剛度不足往往導致在較小的軸振動情況下而產生較大的瓦振動。引起軸承座或汽缸剛度不足的主要原因是其本身結構剛性較差；軸承座與臺板、基礎之間的連接松動；二次灌漿不好；或基礎、軸承座、與軸承座連接的汽缸、發電機和勵磁機靜子或管道存在共振。軸承座剛度不足引起的振動一般以1X分量為主，轉子振動與軸承座振動之比小于或接近1（通常情況下轉子振動與軸承座振動之比為2～4）。在激振力大小一定的情況下，軸承座振動的大小與軸承座的動剛度成反比。當軸承座處于共振狀態時，其動剛度最小。汽輪發電機組軸承座除存在接近50Hz的固有頻率外，也可能存在100Hz左右的固有頻率（尤其是勵磁機、發電機軸承）。在發生共振時，較小的激振力可產生較大的軸瓦振動。8/30/202328軸承座剛度不足軸承座剛度不足8/1/202328轉子碰磨

當旋轉機械的旋轉部件和固定部件接觸時，就發生動靜碰磨。轉子碰磨時會產生類似于機械松動的頻譜。轉子碰磨可能是部分碰磨，也可能是整圈碰磨。碰磨一般會產生更多的次諧波振動分量。此外，轉子碰磨可能產生一系列完整分數的諧波振動分量（1/2X,1/3X,1/4X,1/5X,…,1/nX）,這類頻譜特別在轉子部分碰磨情況下容易產生。轉子碰磨可能也激起許多高頻振動分量。碰磨的危害性很大，即使轉軸和軸承烏金短時碰磨也會造成嚴重后果。汽輪發電機組轉軸和靜子發生徑向部分碰磨時，振動頻譜主要是基頻分量，但也有2X、3X、4X等高次諧波分量，其中2X分量較大。摩擦時振動急劇增大，而且相位也會發生變化，相位變化是逆轉動方向。碰磨后若轉子發生熱彎曲，則降速過轉子臨界轉速時振動也急劇放大。當轉子發生動靜碰磨后，降轉速或降負荷振動并不立即減小，反而有所增大，只有當轉速或負荷降低到某一數值后，振動才緩慢減小，即振動變化存在一定的滯后。如下圖所示。確定或消除摩擦振動的最有效方法是在振動允許的情況下延長運行時間，觀察振動的變化，若振動逐漸減小以至消失，說明轉子熱彎曲已消失；若振動逐漸減小，但較前有了顯著增大，說明轉子已產生永久彎曲；若長時間運行振動無變化，說明這種振動不是由于轉軸摩擦產生熱彎曲所引起。8/30/202329轉子碰磨當旋轉機械的旋轉部件和固定部件接觸時，就發生滾動軸承振動故障診斷滾動軸承是機器中最精密的部件，通常它們的公差都保持在機器的其余部件的公差的十分之一。但多年的實踐經驗表明，只有10%以下的軸承能夠運行到設計壽命年限。而大約40%的軸承失效是由于潤滑引起的故障，30%失效是由于不對中或“卡住”等裝配失誤，還有20%的失效是由過載使用或制造上缺陷等其它原因所致。如果機器進行了精確對中和精確平衡，不在共振頻率附近運轉，并且軸承潤滑良好，那么機器運行就會非常可靠，機器實際壽命會接近其設計壽命。然而，大多數情況都沒有做到這些。因此有很多軸承都因為磨損而永久失效。振動分析和磨損顆粒分析是很好的診斷方法。8/30/202330滾動軸承振動故障診斷滾動軸承是機器中最精密的部件，通常它們的頻譜特征

故障軸承會產生與1X基頻倍數不完全相同的振動分量——換言之，它們不是同步的分量。對振動分析而言，如果在振動頻譜中發現不同步分量,那么極有可能是軸承出現故障的警告信號。應通過振動分析診斷并排除是否是其它故障引起的這些不同步分量。如果看到不同步的波峰，那極有可能與軸承磨損相關。如果同時還有諧波和邊頻帶出現，那么軸承磨損的可能性就非常大——這時候你甚至不需要再去了解軸承準確的擾動頻率。8/30/202331頻譜特征

故障軸承會產生與1X基頻倍數不完全相同的振動分量—滾動軸承振動的基本參數

軸承的四個物理參數：球的數量、球的直徑、節徑和接觸角。接觸角的定義:指滾動體與滾道接觸區中點處,滾動體載荷向量與軸承徑向平面之間的夾角.按此定義支力軸承的接觸角為0,止推軸承的接觸角為908/30/202332滾動軸承振動的基本參數軸承的四個物理參數：球的數量、球的直軸承擾動頻率有四個與軸承相關的擾動頻率：球過內圈頻率（fi）、球過外圈頻率（fc）、保持架頻率（FT）和球的自旋頻率（fb）。其中fi和fc的和等于滾珠/滾柱的數量。例如，如果fi等于3.2X，fc等于4.8X，那么滾珠/滾柱的數量必定是8。fb的值可能會加倍，因為所給的公式針對的是球撞擊內圈或外圈的情況。如果有庇點的滾球/滾柱同時撞擊內圈和外圈，那么其頻率值應該加倍。由于受到各種實際情況如滑動、打滑、磨損、軸承各參數的不精確（如直徑可能不完全精確）等的影響，我們所計算出來的頻率值可能會與真實值有小范圍的差異。8/30/202333軸承擾動頻率有四個與軸承相關的擾動頻率：球過內圈頻率（fi）軸承擾動頻率的計算公式

8/30/202334軸承擾動頻率的計算公式8/1/202334軸承失效的九個階段(第一階段)在軸承失效的最初階段，其頻率范圍大約在20KHz～60KHz之間或更高。有多種電子設備可以用來檢測這些頻率，包括峰值能量、HFD、沖擊脈沖、SEE等超音波測量裝置。在這個階段，普通的頻譜上不會出現任何顯示。8/30/202335軸承失效的九個階段(第一階段)在軸承失效的最初階段，其頻率軸承失效的九個階段(第二階段)由于軸承上的庇點增大，使它在軸承固有頻率處發出鈴叫聲。同時固有頻率周圍還出現邊頻帶。8/30/202336軸承失效的九個階段(第二階段)由于軸承上的庇點增大，使它在軸承失效的九個階段(第三階段)出現軸承故障頻率。開始的時候我們只能觀察到這個頻率本身。圖中所示為軸承內圈故障時的頻譜顯示。當軸承磨損進一步加劇后，在故障頻率（例子中的BPI）處的波峰值將會升高。大多數情況下波峰值將隨著時間線性增加。8/30/202337軸承失效的九個階段(第三階段)出現軸承故障頻率。開始的時候軸承失效的九個階段(第四階段)隨著故障的發展，故障頻率將產生諧波。這表明發生了一定程度的沖擊。故障頻率的諧波有時可能會比基頻波峰更早被發現。因此，我們首先要查找頻譜中的非同步波峰，并查證是否有諧波。對應的時域波形中同時也會出現沖擊脈沖的顯示。8/30/202338軸承失效的九個階段(第四階段)隨著故障的發展，故障頻率將產生軸承失效的九個階段(第五階段)隨著故障狀態的惡化，軸承的損壞更加嚴重，振動級將繼續升高，同時出現更多的諧波。由于故障自身的性質，這時還會出現邊頻帶。時域波形上的尖峰波將更加清晰和明顯，你甚至能夠通過測量尖峰間的時間間隔來計算故障頻率。高頻率的軸承檢測，如峰值能量和沖擊脈沖所得到的趨勢都在持續上升。

此時引起調制的原因有二個：第一種情形是當內圈出現故障時，如果它位于加載區域時，產生的沖擊會更加劇烈，從而產生更高的振幅。當內圈故障位置移出加載區后，其振幅又會降低，并在軸承頂部達到最小值。在這種情況下內圈的故障頻率將被（內圈的）旋轉頻率所調制，于是我們可以在頻譜中看到1X邊頻帶出現。如果滾珠出現問題，也會因相同的原因，產生調制。當滾珠運轉在載荷區會產生比運轉在非載荷區更強烈的沖擊。越接近載荷區，振幅越高。滾珠沿軸承以保持架頻率FT滾動。該頻率低于1X——典型的FT大約等于0.4X。當我們能夠從頻譜中觀察到諧波，特別是邊頻帶后，軸承上的磨損就已經能夠用肉眼觀察到了。這時候，你就可以建議更換軸承了。8/30/202339軸承失效的九個階段(第五階段)隨著故障狀態的惡化，軸承的損壞軸承失效的九個階段(第六階段)1X處的幅值增大，并出現1X的諧波，這是由于磨損引起間隙增大的結果。8/30/202340軸承失效的九個階段(第六階段)8/1/202340軸承失效的九個階段(第七階段)故障頻率及其邊頻帶變成峰丘狀，經常被叫作"干草堆"。這是由于寬帶噪聲所致。在靠近機器的地方，你還能聽到軸承發出的噪聲。在這個階段，高頻率的軸承測量值可能會逐漸減少。如果你用測量工具測到的振幅有下降趨勢，不要以為是情況出現好轉，而應該盡快去定購用來更換的軸承了！8/30/202341軸承失效的九個階段(第七階段)故障頻率及其邊頻帶變成峰丘狀，軸承失效的九個階段(第八階段)頻譜中的“干草堆”將繼續擴大，諧波隨著松動的增加而增大，高頻率的軸承測量顯示出的趨勢可能會繼續降低，但重要的是整個噪聲水平都在上升。你能清晰的聽到軸承發出的聲音，這預示著軸承即將報廢。8/30/202342軸承失效的九個階段(第八階段)頻譜中的“干草堆”將繼續擴大，軸承失效的九個階段(第九階段)

到了這個階段以后，頻譜會變得平直，因為機器已經不能運轉了！8/30/202343軸承失效的九個階段(第九階段)到了這個階段以后，頻譜會變得滾動軸承診斷口訣內圈外圈滾動體，特征頻率要牢記；確有軸承故障存，頻率成分難再隱。先看頻譜低頻處，非同步的看有無；若有非同步成分，故障已可定三分；特征頻率諧波存，對應故障無疑問；再看頻譜高頻處，調制存在故障明；外圈特征轉頻調，松動現象無疑問；內圈故障轉頻調，亦可作證據成分。特殊情況特殊看，診斷故障有分寸；單一頻率若存在，是否軸承需辨認。高頻也是很重要，早期故障高頻分；低頻沒有高頻有，時常跟蹤要勤奮；損壞若是很嚴重，高頻抬起有空洞；及時更換莫僥幸，時刻避免事故生。故障機理把握清，是是非非要分明；潤滑狀況常檢測，調試裝配莫放松；診斷軸承有訣竅，相信科學錯不了。8/30/202344滾動軸承診斷口訣8/1/202344電站風機常見振動故障風機是一種將機械能轉化為氣體動能和勢能能的動力設備，它是火力發電廠不可缺少的重要輔機設備，電廠風機主要有送風機、引風機、一次風機、增壓風機、磨煤機密封風機等。在實際運行中，風機，特別是引風機由于運行條件較惡劣，故障率較高，常導致機組非計劃停運或減負荷運行。因此，及時而有效地查明風機運行中故障產生的原因，并采取得力措施予以解決，是保證機組安全穩定運行的重要舉措8/30/202345電站風機常見振動故障風機是一種將機械能轉化為氣體葉片非工作面積灰引起風機振動這類缺陷常見于鍋爐引風機，主要表現為風機在運行中振動突然上升。這是因為當氣體進入葉輪時，與旋轉的葉片工作面存在一定的角度，根據流體力學原理，氣體在葉片的非工作面一定有旋渦產生，于是氣體中的灰粒由于旋渦作用會慢慢地沉積在非工作面上。機翼型的葉片最易積灰。當積灰達到一定的重量時由于葉輪旋轉離心力的作用將一部分大塊的積灰甩出葉輪。由于各葉片上的積灰不可能完全均勻一致，聚集或可甩走的灰塊時間不一定同步，結果因為葉片的積灰不均勻導致葉輪質量分布不平衡，從而使風機振動增大。在這種情況下，通常只需把葉片上的積灰鏟除，葉輪又將重新達到平衡，從而減少風機的振動。8/30/202346葉片非工作面積灰引起風機振動這類缺陷常見于鍋爐引風機，主要表葉片磨損引起的振動

磨損是風機中最常見的現象，風機在運行中振動緩慢上升，一般是由于葉片磨損，平衡破壞后造成的。此時處理風機振動的問題一般是在停運后做動平衡。在實際工作中，多采用影響系數法找平衡。為了盡快找到應加的重量和位置，應根據平時的數據多總結經驗，積極采用一次加準法加重。根據經驗，Y4－60NO28.7的風機振動0.10mm時不平衡重量為1200g；磨煤機密封風機振動0．10mm時不平衡重量20g；軸流G150/299型引風機振動為0.10mm時不平衡重量在2000g左右；FAF-18.5-2型送風機振動為0．10mm時不平衡重量只有400g左右。強調說明：為了達到不停爐處理葉片磨損引起的振動問題，平時須加強對風門擋板的維護，減少風門擋板的漏風，在單側風機停運時能防止熱風從停運的風機處漏出，以維持良好的工作環境。

8/30/202347葉片磨損引起的振動磨損是風機中最常見的現象，風機在運行中風道系統振動導致風機的振動

煙、風道的振動通常會引起風機的受迫振動。這是生產中容易出現而又容易忽視的情況。根據有關資料介紹，煙風道的振動大致可分為以下幾類：1.“卡門”渦流振動：其發生在鍋爐煙道及應用管式空氣予熱器機組的送風道中，主要特點是振動頻率隨風量的變化而變化，一般振動頻率超過40Hz，并且伴有強烈噪音。2.“中心渦”誘導振動：其發生在軸向擋板調節的大型寬葉片離心風機中，當進口擋板開度30％～60％時振動較大，擋板滿開或全關時，振動基本消失。其壓力脈動幅值可達3500Pa，對管道危害較大，其頻率為轉速的2倍或1.5倍。目前消除該振動的方法是加裝葉片整流器。3.旋轉失速誘導振動：它是由于風機本身特性與管網阻力不匹配引起，當風機運行在小流量區域，氣流通過葉片通道時，由于葉片負面層發生分離，不能保證氣流平穩流出，產生旋轉失速導致壓力脈動，該壓力脈動的幅值可達5000Pa，其頻率為風機轉速頻率的2/3.4.風道局部渦流誘導振動：由于煙風道局部設計不合理，導致出現局部渦流，其頻振動率為風機轉速頻率，且振幅隨負荷的加大而增加。5.管道結構剛度不足：這種情況下只需改變煙、風道系統的結構或支撐剛度，即可消除振動。8/30/202348風道系統振動導致風機的振動煙、風道的振動通常會引起風機的受不對中旋轉設備的中心包含了兩個中心，一是轉子與轉子之間的中心，另一方面是軸承與軸承的中心，按照現行的檢修工藝首先要調整的是軸承與軸承的中心，轉子中心一般都是軸承中心找好進行。轉子中心要受對輪晃度、瓢偏影響以及對輪螺栓和絞孔情況的影響，測量轉子中心的方法是在冷態下未聯對輪前測量對輪的晃動度，標明高低點，聯接好對輪后再次測量對輪的晃動度，如果變化太大說明轉子中心不對，需要處理。實際上風機的中心與聯軸器及其連接情況密切相關，當聯軸器法蘭外圓與軸經不同心、聯軸器法蘭止口或螺栓孔節圓不同心、端面飄偏、連接螺栓緊力明顯不對稱時，即使找正如何正確，當把連接螺栓擰緊后，在連接和受力情況下都會使風機軸系不同心和不平直，還會使轉子產生預載荷，它對風機的振動影響極大。因此在風機的檢修和檢查中拆除對輪銷子時，一定要做好標記，不僅孔號要對，而且每根銷子的安裝位置亦應做好標記，回裝時按做好的標記進行回裝。另外對于動葉可調的軸流式送風機，其中心除電機與風機的機械中心外，在檢修時還應考慮液壓調節系統（液壓缸）的中心應與風機軸系的中心相一致，在這方面我們有足夠的經驗可總結。8/30/202349不對中8/1/202349軸承故障