设备震动故障诊断

1、设备震动技术基设备震动技术基 础础 知知 识识 振动是物体运动的一种形式，通常是指物体经过其平衡位置而往复变化的过程。 振动有时对人类是有害的，但有时人们可以利用振动来为我们服务。 只要是运转的机器，都或多或少地发生振动，因此，振动诊断在各种诊断方法中所占的比例最大，一般可达60%-70%。机械振动低频振动：f 1000 Hz 构成一个确定性振动有3个基本要素，即振幅d、频率f 和相位。 当然，振幅不仅用位移，还可以用速度和加速度。要特别说明一个与振动有关的量就是速度有效值 ，也常被称为速度均方根值。这是一个经常用到的振动测量参数。目前许多振动标准都是采用振动速度作为判别参数，因为它最能够反映

2、振动的烈度。 幅值反映振动的强度，振幅的平方常与物质振动的能量成正比，振动诊断标准都是用振幅来表示的。 同样的振幅其频率越高，对机组损坏程度越大，因此不同转速的机组定义的振动标准值不同。 当频率和频率一定时，相位的大幅偏移就是故障（异常）的征兆。现场测试诊断的实施步骤现场测试诊断的实施步骤 诊断步骤概括为准备工作、诊断实施和决策验诊断步骤概括为准备工作、诊断实施和决策验证等证等3个环节，具体分为个环节，具体分为6个步骤来介绍。个步骤来介绍。 一一. 了解被诊断的对象了解被诊断的对象了解被诊断的对象是开展现场诊断的第一步。概括起来，对一台被列为诊断对象的设备要着重掌握4个方面的内容：设备的结构组

3、成设备的结构组成 1）搞清楚设备的基本组成部分及其联接关系。一台完整的设备一般由三大部分组成，即：原动机（也叫做辅机，大多数采用电动机，也有用内燃机、汽轮机、水轮机）、工作机（也叫做主机）和传动系统。要分别查明它们的型号、规格、性能参数及联接的形式，画出结构简图。原动机（电动机）传动系统工作机（引风机）、电动机滚动轴承、引风机滚动轴承 2） 必须查明各主要零部件（特别是运动零件）的型号、规格、结构参数及数量等，并在结构图上表明或另予说明。这些零件包括：轴承型式、滚动轴承型号、齿轮的齿数，叶轮的叶片数、带轮直径、联轴器型式等。 二二. . 确定诊断方案确定诊断方案 在此基础上，接下来就要确定具体

4、的诊断方案。诊断方案应包括以下几方面的内容。 1. 1. 选择测点选择测点 测点就是机器上被测量的部位，它是获取诊断信息的窗口。诊断方案正确与否关系到能否所需要的真实完整的设备状态信息，只有在对诊断对象充分了解的基础上才能根据诊断目的恰当地选择测点，具体要求如下： 有些设备的振动特征有明显的方向性，不同方向的振动信号也往往包含着不同的故障信息。即水平方向（H）、垂直方向（V）和轴线方向（A）。 水平垂直轴向一般来说水平振动幅值大于垂直方向幅值，当轴承盖松动时就会出现垂直方向幅值大的现象，并伴随着高次频率成份。4. 4. 选择诊断仪器选择诊断仪器 测振仪器的选择除了重视质量和可靠性外，最主要的还

5、要考虑两条： 1）仪器的频率范围要足够的宽，要求能记录下信号内所有重要的频率成分，一般来说要在10-10000Hz或更宽一些。对于预示故障来说，高频成分是一个重要信息，机械早期故障首先在高频中出现，待到低频段出现异常时，故障已经发生了。所以仪器的频率范围要能覆盖高频低频各个频段。 2）要考虑仪器的动态范围。要求测量仪器在一定的频率范围内能对所有可能出现的振动数值，从最高到最低均能保证一定的显示精度。这种能够保证一定精度的数值范围称为仪器的动态范围仪器的动态范围。对多数机械来说，其振动水平通常是随频率变化的。 6. 6. 做好其它相关事项的准备做好其它相关事项的准备测量前的准备工作一定要仔细。为

6、了防止测量失误，最好在正式测量前做一次模拟测试，以检验仪器是否正常，准备工作是否充分。比如检查仪器的电量是否充足，这看似小事，但也决不能疏忽，在现场常常发生因仪器无电而使诊断工作不得不终止的情况。各种记录表格也要准备好，真正做到“万事俱备”。 四四. . 实施状态判断实施状态判断 根据测量数据和信号分析所得到的特征信息，对设备的运行状态做出判断。首先，判断机器是否处于正常状态，然后对存在异常的设备做进一步的分析，指出故障的原因，部位和程度。 一一. . 旋转机械故障诊断的特点旋转机械故障诊断的特点 旋转机械 指那些功能是由旋转运动完成的机械。尤其指那些旋转速度较高的机械，如电动机、离心式压缩机

7、、汽轮发电机、以及离心式鼓风机、离心式水泵、真空泵等，都属于旋转机械的范围。在对它们进行诊断时，必须注意它的以下几个特点。 获取旋转机械故障信号的主要途径获取旋转机械故障信号的主要途径： 1 1） 振动频率分析振动频率分析 旋转机械的每一种故障都各自的特征频率，在现场对其振动信号做频率分析是诊断旋转机械故障最有效的方法。 2 2）分析振幅的方向特征）分析振幅的方向特征 在有些情况下，旋转机械不同的故障类型在振动表现上有比较明显的方向特征。所以只要条件允许，对其测点进行振动测量时，都应该测量3个方向，因为不同的方向表现出不同的故障特征。 3 3） 分析振幅随转速变化的关系分析振幅随转速变化的关系

8、 旋转机械有相当一部分故障的振动幅值与转速变化有密切的关系，所以现场测量时，在必要的时候，要尽量创造条件，在改变转速的过程中测量机器的振幅值。表1 旋转机械故障的来源及主要原因故障来源主 要 原 因设计、制造1. 设计不当，动态特性不良，运行时发生强迫 振动或自激振动2. 结构不合理，有应力集中3. 工作转速接近或落入临界转速区4. 运行点接近或落入运行非稳定区5. 零部件加工制造不良，精度不够6. 零件材质不良，强度不够，有制造缺陷7. 转子动平衡不符合技术要求故障来源主 要 原 因安装、维修机器安装不当，零部件错位，预负荷大轴系对中不良（对轴系热态对中考虑不够）机器几何参数（如配合间隙、过

9、盈量及相对位置）调整位置不当管道压力大，机器在工作状态下改变了动态特性和安装精度转子长期放置不当，破坏了动平衡精度安装或维修工程破坏了机器原有的配合性质和精度运行操作机器在非设计状态下运行（如超转速、超负荷或低负荷运行），改变了机器工作特性润滑或冷却不良旋转体局部损坏或结垢工艺参数（如介质的温度、压力、流量、负荷等）不当，机器运行失稳启动、停机或升降速过程操作不当，暖机不够，热膨胀不均匀或在临界区停留时间长故障来源主 要 原 因机器恶劣长期运行，转子挠度增大旋转体局部损坏、脱落或产生裂纹零、部件磨损、点蚀或腐蚀等配合面受力劣化，产生过盈不足或松动等，破坏了配合性质和精度机器基础沉降不均匀，机器

10、壳体变形表2 转子质量偏心的振动特征12345678特征频率 常伴频率 振动稳定性 振动方向 相位特征轴心轨迹 进动方向矢量区域1稳定径向稳定椭圆正进动不变表3 转子质量偏心的敏感参数123456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法明显不明显不变不变不变低速时振幅趋于零12345678特征频率 常伴频率 振动稳定性 振动方向 相位特征轴心轨迹 进动方向矢量区域1突发性增大后稳定径向突变后稳定椭圆正进动突变后稳定表4 转子部件缺损的振动特征表5 转子部件缺损的敏感参数123456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其

11、它识别方法明显不明显不变不变不变振幅突然增加表6 转子质量偏心的故障原因故障来源1234设计、制造安装、维修运行、操作机器劣化主要原因结构不合理，制造误差大，材质不均匀，动平衡精度低转子上零件安装错位转子回转体结垢（例如压缩机流道内结垢）转子上零件配合松动故障来源1234设计、制造安装、维修运行、操作机器劣化主要原因结构不合理，制造误差大，材质不均匀转子有较大预负荷超速、超负荷运行零件局部损坏脱落转子受腐蚀疲劳，应力集中表7 转子部件缺损的故障原因12345678特征频率 常伴频率 振动稳定性 振动方向相位特征轴心轨迹进动方向矢量区域12稳定径向、轴向稳定椭圆正进动矢量起始点大，随运行继续增大

12、表8 转子弓形弯曲的振动特征123456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法明显不明显不变不变不变机器开始升速运行时，在低速阶段振动幅值就较大刚性转子两端相位差180表9 转子弓形弯曲的敏感参数12345678特征频率常伴频率振动稳定性振动方向相位特征轴心轨迹进动方向矢量区域1稳定径向、轴向稳定椭圆 正进动升速时矢量逐渐增大，稳定运行后矢量减小表10 转子临时性弯曲的振动特征表11 转子临时性弯曲的敏感参数123456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法明显不明显不变不变不变升速过程振幅大，往往不能正常

13、启动故障来源1234设计、制造安装、维修运行、操作机器劣化主要原因结构不合理，制造误差大，材质不均匀转子长期存放不当，发生永久弯曲变形轴承安装错位，转子有较大预负荷高速、高温机器，停车后未及时盘车转子热稳定性差，长期运行后自然弯曲表12 转子弓形弯曲的故障原因故障来源1234设计、制造安装、维修运行、操作机器劣化主要原因结构不合理，制造误差大，材质不均匀转子有较大预负荷升速过快，加载太大转子稳定性差表13 转子临时性弯曲的故障原因12345678特征频率 常伴频率 振动稳定性 振动方向 相位特征轴心轨迹 进动方向矢量区域21、3稳定径向、轴向较稳定双环椭圆正进动不变表14 转子不对中的振动特征

14、表15 转子不对中的敏感参数123456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法明显明显有影响有影响有影响转子轴向振动较大联轴器相邻轴承处振动较大随机器负荷增加，振动增大对环境温度变化敏感故障来源1234设计、制造安装、维修运行、操作机器劣化主要原因对机器热膨胀量考虑不够，给定的安装对中技术要求不准安装精度未达到技术要求对热态时转子不对中变化量考虑不够超负荷运行机组保温不良，轴系各转子热变形不同机器基础或机座沉降不均匀 ，时不对中超差环境温度变化大，机器热变形不同表16 转子不对中的故障原因表17 油膜轴承故障的主要原因 轴承故障 主 要 原 因巴氏合

15、金松脱 轴瓦表面巴氏合金与基体金属结合不牢 轴瓦磨损转子对中不良轴承安装缺陷，两半轴瓦错位，单边接触润滑不良，供油不足油膜振荡或转子失稳时，由于异常振动的大振幅造成严重磨损 疲劳损坏（疲劳裂纹）轴承过载，轴瓦局部应力集中润滑不良，承载区油膜破裂轴承间隙不适当轴承配合松动，过盈不足转子异常振动，在轴承上产生交变载荷 腐 蚀 润滑剂的化学作用 气 蚀转子涡动速度高，发生异常振动润滑油粘度下降或油中混有客气和水分等，使轴承内的油液在低压区产生微小汽泡，在高压区被挤破而形成压力冲击波冲击轴承表面，产生疲劳裂纹或金属剥落表18 油膜涡动的振动特征12345678特征频率 常伴频率 振动稳定性 振动方向

16、相位特征轴心轨迹进动方向 矢量区域 1较稳定径向稳定双环椭圆正进动改变21123456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法明显不明显明显不变不变涡动频率随工作角频率升降，保持表19 油膜涡动的敏感参数故障来源1234设计、制造安装、维修运行、操作机器劣化主要原因轴承设计或制造不符合技术要求轴承间隙不当轴承壳体配合过盈不足轴瓦参数不当润滑油不良油温或油压不当轴承磨损，疲劳损坏，腐蚀及气蚀等表20 油膜涡动的故障原因21表21 油膜振荡的振动特征12345678特征频率 常伴频率 振动稳定性 振动方向 相位特征 轴心轨迹 进动方向矢量区域 （0.430

17、.48)组合频率不稳定径向 不稳定（突变）扩散不规则正进动改变表22 油膜振荡的敏感参数123456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法振动发生后，升高转速，振动不变不明显明显不变不变工作角频率等于或高于 时突然发生振动强烈，有低沉吼叫声振荡发生前发生油膜涡动异常振动有非线性特征n221故障来源1234设计、制造安装、维修运行、操作机器劣化主要原因轴承设计或制造不符合技术要求轴承间隙不当轴承壳体配合过盈不足轴瓦参数不当润滑油不良油温或油压不当轴承磨损，疲劳损坏，腐蚀及气蚀等表23 油膜振荡的故障原因表24 旋转失速的振动特征12345678特征频率

18、 常伴频率 振动稳定性 振动方向 相位特征轴心轨迹进动方向 矢量区域 及 的成对次谐波组合频率振幅大幅度波动径向、轴向不稳定杂乱正进动突变s）（s表25 旋转失速的敏感参数123456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法明显很明显不变很明显变化机器出口压力波动大机器入口气体压力及流量波动表26 旋转失速的故障原因故障来源1234设计、制造安装、维修运行、操作机器劣化主要原因机器的各级流道设计不匹配入口滤清器堵塞叶轮流道或气流流道堵塞机器的工作介质流量调整不当，工艺参数不匹配机器气体入口或流道有异物堵塞表27 区别旋转失速与油膜振荡的主要方法区别内容

19、 旋转失速 油膜振荡振动特征频率与工作转速的关系振动特征频率随转子工作转速而变油膜振荡发生后，振荡特征频率不随工作转速变化振动特征频率与机器进口流量的关系振动强烈程度随流量改变而变化振动强烈程度不随流量变化压力脉动频率的特点压力脉动频率与工作流速频率相等压力脉动频率与转子固有频率接近表28 喘振的振动特征12345678特征频率 常伴频率振动稳定性 振动方向 相位特征轴心轨迹进动方向 矢量区域超低频（0.520Hz）1不稳定径向不稳定紊乱正进动突变表29 喘振的敏感参数123456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法改变改变改变明显改变 明显改变振

20、动剧烈出口压力和进口流量波动大噪声大，低沉吼叫，声音异常表30 喘振的故障原因故障来源1234设计、制造安装、维修运行、操作机器劣化主要原因设计制造不当，实际流量小于喘振流量，压缩机工作点离防喘线太近入口滤清器堵塞叶轮流道或气流流道堵塞压缩机的实际运行流量小于喘振流量压缩机出口压力低于管网压力气源不足，进气压力太低，进气温度或气体相对分子质量变化大，转速变化太快及升压速度过快、过猛管道阻力增大管网阻力增加管路逆止阀失灵等表31 转子与静止件径向摩擦的振动特征12345678特征频率常伴频率振动稳定性振动方向相位特征轴心轨迹进动方向矢量区域高次谐波、低次谐波及其组合频率1 不稳 径向连续摩擦：反

21、向位移、跳动、突变局部摩擦：反向位移连续摩擦：扩散局部摩擦：紊乱连续摩擦：反进动局部摩擦：正进动突变表32 转子与静止件径向摩擦的敏感参数123456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法不明显不明显不变不变 不变时域波形严重削波表33 转子与静止件径向摩擦的故障原因故障来源1234设计、制造安装、维修运行、操作机器劣化主要原因转子与静止件（如为轴承、密封、隔板等）的间隙不当转子与定子偏心转子对中不良转子动挠度大机器运行时热膨胀严重不均匀转子位移基础或壳体变形大表34 转子系统出现各次谐波的可能性振动频率（040）（4050）（50100）不规则出现

22、的可能性（）40401010 表35 转子过盈配合件过盈不足的振动特征12345678特征频率常伴频率振动稳定性振动方向相位特征轴心轨迹进动方向矢量区域 1（次谐波）1不稳径向杂乱不稳定正进动改变表36 转子过盈配合件过盈不足的敏感参数123456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法有变化有变化不变不变不变1）转子失稳涡动频率2）振动大小与转子不平衡量成正比nt表37 转子过盈配合件过盈不足的故障原因故障来源1234设计、制造安装、维修运行、操作机械劣化主要原因转轴与旋转体配合面过盈不足1）转子多次拆卸，破坏了转轴与旋转体原有的配合性质2）组装方法

23、不当超转速、超负荷运行配合件蠕变表38 转子支承系统联接松动的振动特征12345678特征频率 常伴频率振动稳定性振动方向相位特征轴心轨迹进动方向矢量区域基频及分数谐波2，3不稳定。工作转速达到某阈值时，振幅突然增大或减小松动方向振动大不稳定紊乱正进动变动表39 转子支承系统联接松动的敏感参数123456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法很敏感敏感不变不变不变非线性振动特征表40 转子支承系统联接松动的故障原因故障来源1234设计、制造安装、维修运行、操作机械劣化主要原因配合尺寸加工误差大，改变了设计所要求的配合性质支承系统配合间隙过大或紧固不良

24、、防松动措施不当超负荷运行支承系统配合性质改变，机壳或基础变形，螺栓松动表41 密封和间隙动力失稳的振动特征12345678特征频率常伴频率振动稳定性振动方向相位特征轴心轨迹进动方向矢量区域小于（1/2）的次谐波1、（1/n)及n不稳定强烈振动径向不稳定紊乱并扩散正进动突变表42 密封和间隙动力失稳的故障原因123456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法在某阈值矢稳很敏感明显改变不变有影响1）分数谐波及组合频率2）工作转速达到某阈值时突然振动剧烈表43 密封和间隙动力失稳的故障原因故障来源1234设计、制造安装、维修运行、操作机械劣化主要原因制造

25、误差造成密封或叶轮在内腔的间隙不均匀转子或密封安装不当，造成密封或叶轮在内腔的间隙不均匀操作不当，转子升降速过快，升降压过猛，超负荷运行转轴弯曲或轴承磨损产生偏隙表44 转轴具有横向裂纹的振动特征 1 2 3 4 5 6 7 8特征频率 常伴频率振动稳定性振动方向 相位特征 轴心轨迹 进动方向 矢量区域半临界点的22、3等高频谱波不稳定径向、轴向不规则变化双椭圆或不规则正进动改变表45 转轴具有横向裂纹的敏感参数123456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法 变化不规则变化不变不变不变非线性振动。过半临界点2谐波有共振峰值表46 转轴具有横向裂纹

26、的故障原因故 障来 源1234设计、制造安装、维修运行、操作机器劣化主 要 原 因材质不良、应力集中检修时未能发现潜在裂纹及其频繁启动，升速、升压过猛，转子长期受交变力轴产生疲劳裂纹转子不平衡产生的原因及频率特征转子不平衡产生的原因及频率特征旋转机械常见故障的振动诊断及实例旋转机械常见故障的振动诊断及实例转子不平衡转子不平衡不平衡不平衡类类 型型不平衡不平衡频频 谱谱实例实例1： 某公司有一台电动机，额定转速某公司有一台电动机，额定转速3000r/min，运行中发现振动异常，测取轴承部位的振动信号作频运行中发现振动异常，测取轴承部位的振动信号作频谱分析，其谱图如右下图所示。以电动机转频谱分析，其谱图如右下图所示。以电动机转频（50Hz）最为突出，判断电动机转子存在不平衡。）最为突出，判断电动机转子存在不平衡。在作动平衡测试时，转子不平衡量达在作动平衡测试时，转子不平衡量达5000g.cm，远，远远超过标准允许值远超过标准允许值150g.cm。经动平衡处理后，振。经动平衡处理后，振动状态达到正常。动状态达到正常。 这个