振动基础与故障诊断分析课件

旋转设备振动课件

振动基础与故障诊断

8/30/20231旋转设备振动课件振动基础与故障诊断8/1/转子振动基础振动现象及其危害振动是物体(质点)或某种状态随时间往复变化的现象，机械振动是指物体在平衡位置附近来回往复的运动。它是衡量旋转机械能否持续可靠运行的重要指标。振动状态是机组设计制造﹑安装检修和运行维护水平的综合反映。当振动超过一定的限值（标准）时，可能会产生下列危害：(1)机组动静部分碰磨；(2)部件的疲劳损坏；(3)连接或紧固件的断裂与松脱；(4)损坏基础和周围的建筑物；(5)降低机组运行的经济性；(6)过大的振动及其引发的噪声影响运行人员健康。8/30/20232转子振动基础振动现象及其危害8/1/20232振动基础知识(一)四种振动形式：1.简谐振动：运动量随时间按谐和函数的形式变化2.周期振动：运动量变化经过一个固定的时间间隔不断重复3.非周期振动：振动量变化随时间不呈现重复性4.随机振动：任一给定时刻的运动量不能预先确定.两个以上频率不相同的简谐振动合成在一起，便形成一个复合振动，反过来，任何周期振动又都可以分解成若干个简谐振动。付里叶变换是进行这种分解的有效工具.旋转机械的振动信号都是周期性连续信号，习惯称这种信号为通频信号。用FFT分解后得到的一系列简谐信号中，与转动频率相同的简谐振动具有特殊的意义，它被称之为一倍频振动，也有称之为工频、基频、选频、同频或1X等。频率为转速二分之一和两倍的简谐振动在旋转机械的振动分析也是较常用到的，它们分别被简称为半频（1/2X）和倍频（两倍频，2X）振动。低于工作转速频率的振动，统统被称为低频振动；高于工作转速频率的振动，被称为高频振动。它们可能是转动频率的整分数倍或整数倍，也可能不是。8/30/20233振动基础知识(一)四种振动形式：8/1/20233振动基础知识(二)振动位移、速度和加速度振幅的量度简谐振动可以用位移、速度和加速度三种形式表示。位移的大小，用振幅Ap表示，即最大位移到平衡位置之间的距离，也称作单峰值；振动的波峰与波谷之间的垂直距离称作为峰峰值，表示为Ap-p；单位都是微米（μm）或毫米（mm）。电厂习惯用“丝”或“道”表示，1毫米是100丝，1丝等于10微米。在描述振幅的大小时，如果不做特别的注明，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来表示。对于速度振幅，因为振动能量与速度的平方成正比例，所以更多地是使用均方根值或称有效值,又称作振动烈度，单位：mm/s。8/30/20234振动基础知识(二)振动位移、速度和加速度振幅的量度8/1/2振动基础(三)1.测振仪表的选择测振仪表应根据测试对象的频率范围来选择。一般来讲，接触式传感器适用于测量低频振动，用它测量振动位移，可以得到较稳定的数据；加速度传感器适用于测量中、高频振动用它测振动位移往往不太稳定，因此加速度型传感器的测振仪，只测振动速度和加速度。2.测试参数的选择振动测试参数包括振动位移、振动速度和振动加速度。对一般简谐振动三者有以下关系：振动位移：x=Asinwt;振动速度：v=Awcoswt;振动加速度：a=-Aw2sinwt。由此可见，对于不同频率成份的振动而言，位移相同时，速度值与转速的一次方成正比，加速度与转速的平方成正比，所以尽管低频振动的位移值比高频的位移值大很多，但它的加速度值比高频的加速度值小得多。一般情况下，要查明被测对象是否存在不平衡、不对中、松动、油膜涡动等现象时，测位移和速度较好；要查明齿轮、轴承等故障时，测加速度较敏感。8/30/20235振动基础(三)1.测振仪表的选择8/1/20235有关的名词和术语(1)

1.振动幅值、频率和振动相位.机械振动通常以其幅值、频率和相位来描述，它们是构成振动的三个基本要素2.通频振动、选频振动、基频振动.

2.1通频振动表示振动原始波形正峰和负峰之间的最大偏差值。2.2选频振动表示所选频率的正弦波正峰和负峰之间的偏差值。2.3基频振动表示与转速频率相同的正弦波正峰和负峰之间的偏差值。对于工作转速为3000r/min的机器，基频振动频率是50Hz。3.径向振动、轴向振动.径向振动是指垂直于转轴中心线方向的振动。径向振动有时也称为横向振动。轴向振动是指与转轴中心线同一方向的振动。4.同步运动、异步运动同步是指与转速频率变化成比例的振动频率分量。通常，同步分量是旋转频率的整数倍或分数倍，即1X,2X,3X…,1/2X,1/3X…等。异步是指与转速频率无关的振动频率成份，也可称为非同步运动.8/30/20236有关的名词和术语(1)8/1/20236有关的名词和术语(2)5.谐波、次谐波、次同步、超同步在某一频率下的正弦波称为谐波，该频率为基本频率的整数倍。次谐波是基波频率的一个整分数谐波的正弦值。次同步振动是低于转速频率的振动分量。超同步振动是高于转速频率的振动分量。6.相对轴振、绝对轴振、瓦振转子的相对轴振是指转轴相对于轴承座的振动，它可用非接触式传感器来测量。转子的绝对轴振是指转轴相对于地面的振动，它可用接触式传感器或用一个非接触传感器和一个惯性传感器组成的复合传感器来测量。瓦振动是指在轴承座相对于地面的振动，它可用惯性传感器来测量.7.自由振动、强迫振动、自激振动、随机振动自由振动一般是指弹性系统偏离于平衡状态以后，不再受外界激扰的情形下所发生的振动。强迫振动是指在外来激振力作用下而发生的振动。一般而言，强迫振动的频率与激振力的频率相同。自激振动是指由振动体自身所激励的振动。维持振动的交变力由运动本身产生或控制的。自激振动的起因归之于转子－支承系统中存在某一机械能的反馈环节。这一反馈环节使转子从转动中获取能量，并转变为某一特定频率下的横向振动能量，而这一横向振动又通过反馈环节进一步从运动中取得能量，从而加剧了横向振动，直至获取的能量等于消耗于阻尼的能量，这振动稳定在某一极限环上。随机振动是指在任何时刻，其大小不能正确预知的振动。8/30/20237有关的名词和术语(2)5.谐波、次谐波、次同步、超同步8/有关的名词和术语(3)8.振动高点和重点振动高点是指传感器测量振动时，振动波形上产生正峰值的那一点，该点用键相器测其角度位置。高点可能随转子的动力特性的变化（如转速变化）而移动。重点是指在一个转轴特定横截面上,不平衡向量的角度位置。重点一般不随转速变化。在一定转速下，重点和高点之间的夹角称为机械滞后角。9.刚度、阻尼和临界阻尼刚度是一种机械或液压元件在负载作用下的弹性变化量。一般机械结构的刚度包括静刚度和动刚度两个部分，静刚度决定于结构的材料和几何尺寸，而动刚度既与静刚度有关，也与连接刚度和共振状态有关。阻尼是指振动系统中的能量转换（从机械能转换成另一种能量形式，一般是热能），这种能量转换抑制了每次振荡的振幅值。当转轴运动时，阻尼来自轴承中的油、密封等。临界阻尼是指能够保证系统回到平衡位置而不发生振荡所要求的最小阻尼。10.共振、临界转速、固有频率共振是指在强迫振动系统中，当激振频率从任一方向稍微变化，其响应就明显减小时所对应的系统状态或现象。临界转速是指使转子—支承系统产生共振的特征转速。当系统作自由振动时，其振动的频率只与系统本身的质量(或转动惯量)、刚度和阻尼有关。这个由系统的固有性质所决定的振动频率，称为系统的固有频率。8/30/20238有关的名词和术语(3)8.振动高点和重点8/1/20238有关的名词和术语(4)11.分谐波共振、高次谐波共振和参数激振当以频率f激振，因频率f/n(n等于2及其以上的正整数)接近于系统的固有频率而引起的共振称为分谐波共振。当以频率f激振，因频率nf(n等于2及其以上的正整数)接近于系统的固有频率而引起的共振称为高次谐波共振。参数激振是指由质量、弹性等因素随时间周期变化的激振。由极不对称的截面或由此引起的不同的抗弯强度可能产生参数振动。12.涡动、正进动和反进动转轴的涡动(或称为进动)常定义为转轴的挠曲线与轴承中心线所构成的平面的转动。在圆盘绕转轴转动的同时，转轴本身又绕铅垂轴z转动。正进动是指与转轴转动方向相同的涡动。反进动是指与转轴转动方向相反的涡动。13.同相振动和反相振动在一对称转子中,若两端支持轴承在同一方向(垂直或水平)的振动相位角相同时，则称这两轴承的振动为同相振动；若两端支持轴承在同一方向(垂直或水平)的振动相位角相差180°时，则称这两轴承的振动为反相振动。根据振动的同相分量和反相分量可初步判断转子的振型。8/30/20239有关的名词和术语(4)11.分谐波共振、高次谐波共振和参数有关的名词和术语(5)14.转子挠曲转子挠曲是指转子弹性弯曲值，现场习惯称为挠度。转子挠曲分为静挠曲和动挠曲，静挠曲是静止状态的转子在自重或预载荷作用下产生的弹性弯曲值，沿转子轴线上不同的点，静挠曲值不同；动挠曲是旋转状态的转子在不平衡力矩和其它交变力作用下产生的弹性弯曲值，转子动挠曲又分同步挠曲和异步挠曲两种，这两种挠曲将直接叠加到转轴振动上。15.机械偏差、电气偏差、晃度电气偏差系电涡流传感器系统输出信号误差来源之一。传感器输出信号的变化并不是来自探头所测间隙的改变(动态运动和位置的变化)，而是来自于转轴表面材料电导率的变化或转轴表面上某些局部磁场的存在。机械偏差也是电涡流传感器系统输出信号误差来源之一。传感器所测间隙的变化，并不是由转轴中心线位置变化或转轴动态运动引起的，而是来源于转轴的非圆度、损坏、凹陷、锈斑或由其它结构所引起的。转轴的晃度,或称为轴的径向偏差，是电气偏差和机械偏差的总和。在轴振标准中规定，其数值不能超过相当于许用振动位移的25％或6μm这两者中的较大值。通常涡流传感器在低转速（约200～400r/min）下测量的轴振值实际代表转轴的晃度值。8/30/202310有关的名词和术语(5)14.转子挠曲8/1/202310有关的名词和术语(6)16.偏心在转子平衡领域，偏心是指转子质量中心偏离转轴回转中心的数值，此偏心是引起转轴振动最主要的激振力；而在机组运行监则中偏心是指轴颈中心偏离轴瓦中心的距离，也称为偏心位置，通过该偏心的监测可以发现转子承受的外加载荷和轴瓦工作状态。17.间隙电压、油膜压力间隙电压是指电涡流传感器测量的直流电压，其值反映了轴颈和探头间的间隙。由此可给出转子扬度、支承载荷等的有关信息。油膜压力反映了轴承支承油膜的厚度及稳定性，该压力能帮助诊断转子中心问题和轴瓦稳定性等方面的问题。8/30/202311有关的名词和术语(6)16.偏心8/1/202311振动测量技术测量用传感器在旋转机械测试中，常用的传感器有四种类型，它们是电涡流非接触式传感器、惯性式速度传感器、压电式加速度传感器和复合传感器(它是由一个非接触传感器和一个惯性传感器组成)。传感器的选用应从两方面去考虑，一方面是传感器的性能；另一方面是测试对象的要求，只有这两方面的结合，才能选择出满足测试要求的传感器。每一种传感器都有它们固有的频响特性，其决定了各自的工作范围。如果采用的传感器在超出其线性频响区域工作时，测量得到的读数会产生较大的偏差。常用的一些传感器的性能和适用范围及优、缺点等。8/30/202312振动测量技术测量用传感器8/1/202312振动信号的分析技术

1时域分析时域分析是在时间坐标轴上表示振动信号的方法，它是直观地描述振动的方法。时域波形可以在示波器或一些具有图形显示的二次振动仪表上显示。在振动分析中，经常需要对波形及与波形有关的图形（如轴心轨迹）进行分析。1.1波形分析在对原始振动波形分析中，除可观察到振动的瞬态峰值振幅和稳态振幅外，还可以确定其振动周期（频率）。有些振动，如拍振，通过波形可很容易判定。另外，根据波形的形状亦可初步判定一些振动故障原因。1.2轨迹分析在机器上同一径向轴承互成90°安装的涡流传感器的输出振动信号经放大器放大后，在示波器上所显示的轨迹表示转轴中心线的实际动态路径。轴心运动轨迹的形状是有关机械运转状态的一个很重要的信息。通常机器所产生的波形轨迹都是略呈椭圆形的，这主要原因是由于油膜支承刚度X、Y方向不对称缘故。根据经验统计，一些振动故障反映出的轴心轨迹具有其各自的特点，因此，将实测的轴心轨迹与这些典型的轴心轨迹图形比较，可以有助于分析振动产生的原因。1.3键相分析键相器的功能是由一个单独的涡流传感器所提供的，该传感器可观测转轴上每转一次的不连续点，即转轴上的凹槽（键槽）或凸槽。当转轴上不连续点每次经过键相器时，传感器就会感受到在间隙距离上的变化，因而输出的电压值也会有相应的变化。输出电压的变化，发生在不连续点出现的很短时间内，因而表现为每转一次所产生的电压脉冲。转轴旋转时电压脉冲为一连串正向电压升（凸槽）或负向电压降（凹槽或键槽）。键相器的主要作用是测量振动相位角。相位角定义为从键相器脉冲到振动信号的下一个正峰值之间转轴转过的角度。为了能测到相位角，振动信号的频率表现和转轴转动的频率相同或为其整数倍。因此要精确地测量相位角，必须对转动信号按转速频率进行滤波。由于转轴每转一圈就会产生一个键相器脉冲，故键相器亦可用来测量转轴转速（旋转频率）或转动周期。相位测量可以鉴别出一些机械故障，某些机械故障与相位有密切的确定关系。例如，运转速度高于一个或多个平衡共振频率的机器，在经过共振频率区时，一般都会发生180°的相位变化。因此相位测量可用于证实转轴共振频率或临界转速的存在。8/30/202313振动信号的分析技术1时域分析8/1/202313振动分析常用技术2

频域分析频域分析是在频率坐标轴上表示振动的方法。大多数旋转机械一般都产生带有周期的振动信号，即不是都只含有单一频率成分的谐波运动，而是包含有多种的频率成分。这些频率成分往往直接与机械中各零部件的机械物理特性联系在一起的。频域分析十分清晰、简洁，将振动波形在频域中分解为不同频率的正弦分量，就更容易抓住故障源的本质。测量振动信号的频率成分，一般可以采用两种方法。第一种是利用滤波技术有次序地观察信号中每一频率成分以达到分解信号的目的，第二种方法是捉住信号的一个数据块，然后用一台信号分析仪或计算机借助于快速傅里叶分析技术来处理这些数据。8/30/202314振动分析常用技术2频域分析8/1/202314振动数据的特征分析(1)由于振动是动态参数，为表示振动特性，通常采用各种图形方式来进行描述。振动特征分析就是将振动信号时域分析和频域分析的结果用一定的图形或曲线表示出来。下面将对分析振动原因极其有用的有关图形作一详述：1、波形图波形图是转子响应随时间的变化曲线，其横坐标为时间，通常表示为周期数，纵坐标为振动实时值，通常它近似为正波，是最原始的信号，所以包含的信息量大，具有直观、易于理解等特点，但不太容易看出所包含信息与故障的联系。从波形图可推导出呈现在振动波形中的基本频率，借助于键相相位信号，时基线信号可被用作相位角的直接显示。对于某些故障信号，其波形具有明显特征，这时可以利用波形图作出初步判断。比如，当旋转机械其不平衡故障较严重时，信号中有明显的以旋转频率为特征的周期成分（即一倍频1X成分）；而转轴不对中时，信号在一个周期内，比旋转频率大一倍的频率成分（即二倍频2X成分）明显加大，即一周波动二次；机组失稳时导致轴振信号中出现明显的低频信号.8/30/202315振动数据的特征分析(1)由于振动是动态参数，为表示振动特性振动数据的特征分析(2)频谱图工程上所测得的信号一般为时域信号，然而由于故障的发生、发展往往引起信号频率结构的变化，为了通过所测信号了解、观测对象的动态行为，往往需要频域信号。将时域信号变换至频域加以分析的方法称为频谱分析，如图3.8所示。频谱分析的目的是把复杂的时间历程波形，经傅里叶变换分解为若干单一的谐波分量，以获得信号的频率结构以及各谐波幅值和相位信息频谱分析是机械故障诊断中用得最广泛的信号处理方法之一。频谱图包括幅值谱和相位谱，若以频率f为横坐标，以幅值为纵坐标所得即为幅值谱的频谱图，以相位为纵坐标所得即为相位谱的频谱图（通常按快速傅里叶分析得到的相位谱是没有实际意义的）。频谱图形有离散谱（谱线图）与连续谱之分，前者与周期性及准周期信号相对应，后者与非周期信号及随机信号相对应。。8/30/202316振动数据的特征分析(2)频谱图8/1/202316振动数据的特征分析(3)波特图(BodePlot)波德图定义为与转速同步的振动及其相位和运行转速的关系曲线。8/30/202317振动数据的特征分析(3)波特图(BodePlot)8/1/振动标准振动水平是衡量机组安全的重要指标。从机组安全运行的角度讲，振动越小越好，但是要考虑降低振动的成本。振动水平只要满足安全运行的需要即可。标准划分：国际标准、国家标准、行业标准、企业标准。国际标准有：ISO标准，由国际标准化组织制定；IEC标准，由国际电工委员会制定。介绍ISO10816-3:1998标准和GB11347-1989国家标准及大唐标准。8/30/202318振动标准振动水平是衡量机组安全的重要指标。从机组安全运行的角振动评判标准(1)刚性支承上的第一组大型机器，即额定功率大于300千瓦，小于5万千瓦，转轴高度H

315毫米的电动机，它们的振动评定标准为：评定区域A/B：振动位移有效值29微米；振动速度有效值2.3毫米/秒为分界线，即，轴承座振动小于29微米有效值或小于2.3毫米/秒有效值，机器的振动评定为A区域，即属于新交付使用的机器的振动通常可落在此区域内。评定区域B/C：振动位移有效值57微米；振动速度有效值4.5毫米/秒为分界线，即，轴承座振动大于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，机器的振动可评定为B区域，即该机器的处在此区域时，可以考虑无限长时间运行。评定区域C/D：振动位移有效值90微米；振动速度有效值7.1毫米/秒为分界线，即轴承座振动大于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，机器振动可评定为C区域，即机器振动处于此区域时，一般考虑不适宜作长期连续运行。通常该机器只能在此状态下运行有限时间，应当安排在一合适的机会进行维修。如果轴承座振动大于90微米有效值或7.1毫米/秒有效值，该机器的振动可评定为D区域，即机器的振动处在此区域内时，通常应该考虑其振动烈度足以导致机器损坏。8/30/202319振动评判标准(1)刚性支承上的第一组大型机器，即额定功率大于振动评判标准(2)刚性支承上的第二组大型机器，即额定功率大于15千瓦，小于300千瓦，转轴高度160≤H＜315毫米的电动机，它们的振动评定标准为：评定区域A/B：振动位移有效值22微米；振动速度有效值1.4毫米/秒为分界线，即，轴承座振动小于22微米有效值或小于1.4毫米/秒有效值，机器的振动评定为A区域，即属于新交付使用的机器的振动通常可落在此区域内。评定区域B/C：振动位移有效值45微米；振动速度有效值2.8毫米/秒为分界线，即，轴承座振动大于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，机器的振动可评定为B区域，即该机器的处在此区域时，可以考虑无限长时间运行。评定区域C/D：振动位移有效值71微米；振动速度有效值4.5毫米/秒为分界线，即轴承座振动大于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，机器振动可评定为C区域，即机器振动处于此区域时，一般考虑不适宜作长期连续运行。通常该机器只能在此状态下运行有限时间，应当安排在一合适的机会进行维修。如果轴承座振动大于71微米有效值或4.5毫米/秒有效值，该机器的振动可评定为D区域，即机器的振动处在此区域内时，通常应该考虑其振动烈度足以导致机器损坏8/30/202320振动评判标准(2)刚性支承上的第二组大型机器，即额定功率大于振动故障诊断的基础

为了能够掌握机组振动故障诊断技术，胜任现场振动诊断和处理工作，振动分析人员除应了解一般的振动和转子动力学理论外，还应将以下几条基本原则作为转机振动故障诊断的基础。熟练掌握振动监测仪表了解机器基本机械特性

了解使转机情况发生变化的历史事件监测能表示出机器特征改变的关键参数处理数据使其成为容易理解的格式8/30/202321振动故障诊断的基础为了能够掌握机组振动故障诊断技术，胜任现旋转机械的故障诊断技术

旋转机械的振动问题往往是许多因素综合造成的，但各种类型的振动仍有其固有属性。除振动发生过程和振动特征上的表现有所不同外,通常振动频谱可以较完整地反映出振动的性质，分析者可根据测量的振动频谱分布来寻找振动的起因。然而，有时仅由频谱分析进行故障诊断仍不能收到很好的效果，因为一些故障类型产生的振动可能有相同或相似的频谱，这时就需要通过振动的相位关系和其它一些相关因素来作进一步的分析。因此，振动频谱和相位关系是振动故障诊断工作中使用的基本工具。下面将列出一些典型故障的振动频谱特征和相位关系及振动特征。8/30/202322旋转机械的故障诊断技术旋转机械的振动问题往往是许多因素综合质量不平衡质量不平衡是旋转机械最常发生的故障。振动特征如下：1.振动以1X为主。2.转速一定时振幅和相位是稳定的；3.多次启动振动有再现性；4.排除刚度、共振原因。8/30/202323质量不平衡质量不平衡是旋转机械最常发生的故障。8/1/202不对中

不对中是旋转机械最为常见的故障之一。转子不对中通常指相邻两转子的轴心线与轴承中心线的倾斜或偏移程度。转子不对中可以分为联轴器不对中和轴承不对中，其结果是在联轴器处产生附加弯矩。轴系产生不对中的原因通常是加工制造误差和安装误差及基础受热不均、基础下沉不均、机组各部件的热膨胀变形和扭曲变形等其它因素。1.联轴器不对中联轴器不对中有联轴器偏角不对中(端面瓢偏)、平行不对中(不同心)和平行偏角不对中三种情况。联轴器端面瓢偏表现为产生较大的轴向振动，且沿联轴器两端测量的振动相位反相，一般情况轴向振动以1X和2X分量为主，但有时也会有一些3X振动分量。联轴器不同心产生的振动现象和端面瓢偏时的相类似，但其表现为较大的径向振动，且沿联轴器两端测量振动相位反相，此时2X振动分量常大于1X分量，其大小决定于联轴器类型和结构。当联轴器端面瓢偏或不同心较严重时，可能产生一些更高的振动谐波分量（4X～8X），而且这时联轴器结构会对振动频谱的特征产生重要影响。实际旋转机械各转子联轴器处的不对中既有平行不对中又有偏角不对中,因此其引发的振动特点和频谱特征是上面两种情况的综合结果。8/30/202324不对中不对中是旋转机械最为常见的故障之一。转子不对中通常轴承不对中

轴承不对中包括偏角不对中和标高变化两种情况。目前多使用的自位轴承，因此轴承偏角不对中容易消除。但轴承位置标高的变化使轴承载荷重新分配，从而影响整个轴系的稳定性。不对中引起的振动与负荷的关系不对中故障振动对负荷变化较为敏感。对于联轴器不对中而言,当负荷变化时,由联轴器传递的扭矩立即发生变化,如果联轴器不对中,则转子的振动状态也立即发生变化。而对于轴承不对中而言,负荷变化后由于温度分布的变化,轴承座的热膨胀不均匀引起轴承不对中,使转子的振动也要发生变化,但由于热传导的惯性,振动的变化在时间上比负荷的改变要滞后一段时间。8/30/202325轴承不对中轴承不对中包括偏角不对中和标高变化两种轴弯曲

轴弯曲是指转子的中心线处于不直状态。弯轴问题通常是产生很大的轴向振动，如果弯曲位于转轴中央附近，支承转子的两个轴承轴向振动主要呈1X分量;如果弯曲位于联轴器附近，则可能产生较大的2X振动分量。弯轴与质量不平衡引起的振动特性区别在于其不同的相位关系。弯轴引起的两轴承轴向振动相位相反，而外伸端质量不平衡引起的两轴承轴向振动相位同相。此外，轴弯曲时一般会在一阶临界转速下产生较大的径向振动。8/30/202326轴弯曲轴弯曲是指转子的中心线处于不直状态。8/1/202机械松动

通常有三种类型的机械松动。第一种类型的松动是指机器的底座、台板和基础存在结构松动，或水泥灌浆不实以及结构或基础的变形，此类松动表现出振动频谱为1X分量。第二种类型的松动主要是由于机器底座固定螺栓的松动或轴承座出现裂纹引起。其振动频谱除包含1X分量外，还存在相当大的2X分量，有时还激发出1/2X和3X振动分量。第三种类型的松动是由于部件间不合适的配合引起的，由于松动部件对来自转子动态力的非线性响应，因而其产生许多振动谐波分量，如1X,2X,…,nX，有时亦产生精确的1/2X或1/3X整数倍的次谐波分量（即0.5X,1.5X,2.5X,…,n.5X）,这时松动通常是轴承盖里轴承瓦枕的松动、过大的轴承间隙、或者转轴上存在松动叶轮。这种松动的振动相位很不稳定，变化范围很大。8/30/202327机械松动通常有三种类型的机械松动。8/1/202327轴承座刚度不足轴承座刚度不足轴承座或汽缸刚度不足往往导致在较小的轴振动情况下而产生较大的瓦振动。引起轴承座或汽缸刚度不足的主要原因是其本身结构刚性较差；轴承座与台板、基础之间的连接松动；二次灌浆不好；或基础、轴承座、与轴承座连接的汽缸、发电机和励磁机静子或管道存在共振。轴承座刚度不足引起的振动一般以1X分量为主，转子振动与轴承座振动之比小于或接近1（通常情况下转子振动与轴承座振动之比为2～4）。在激振力大小一定的情况下，轴承座振动的大小与轴承座的动刚度成反比。当轴承座处于共振状态时，其动刚度最小。汽轮发电机组轴承座除存在接近50Hz的固有频率外，也可能存在100Hz左右的固有频率（尤其是励磁机、发电机轴承）。在发生共振时，较小的激振力可产生较大的轴瓦振动。8/30/202328轴承座刚度不足轴承座刚度不足8/1/202328转子碰磨

当旋转机械的旋转部件和固定部件接触时，就发生动静碰磨。转子碰磨时会产生类似于机械松动的频谱。转子碰磨可能是部分碰磨，也可能是整圈碰磨。碰磨一般会产生更多的次谐波振动分量。此外，转子碰磨可能产生一系列完整分数的谐波振动分量（1/2X,1/3X,1/4X,1/5X,…,1/nX）,这类频谱特别在转子部分碰磨情况下容易产生。转子碰磨可能也激起许多高频振动分量。碰磨的危害性很大，即使转轴和轴承乌金短时碰磨也会造成严重后果。汽轮发电机组转轴和静子发生径向部分碰磨时，振动频谱主要是基频分量，但也有2X、3X、4X等高次谐波分量，其中2X分量较大。摩擦时振动急剧增大，而且相位也会发生变化，相位变化是逆转动方向。碰磨后若转子发生热弯曲，则降速过转子临界转速时振动也急剧放大。当转子发生动静碰磨后，降转速或降负荷振动并不立即减小，反而有所增大，只有当转速或负荷降低到某一数值后，振动才缓慢减小，即振动变化存在一定的滞后。如下图所示。确定或消除摩擦振动的最有效方法是在振动允许的情况下延长运行时间，观察振动的变化，若振动逐渐减小以至消失，说明转子热弯曲已消失；若振动逐渐减小，但较前有了显著增大，说明转子已产生永久弯曲；若长时间运行振动无变化，说明这种振动不是由于转轴摩擦产生热弯曲所引起。8/30/202329转子碰磨当旋转机械的旋转部件和固定部件接触时，就发生滚动轴承振动故障诊断滚动轴承是机器中最精密的部件，通常它们的公差都保持在机器的其余部件的公差的十分之一。但多年的实践经验表明，只有10%以下的轴承能够运行到设计寿命年限。而大约40%的轴承失效是由于润滑引起的故障，30%失效是由于不对中或“卡住”等装配失误，还有20%的失效是由过载使用或制造上缺陷等其它原因所致。如果机器进行了精确对中和精确平衡，不在共振频率附近运转，并且轴承润滑良好，那么机器运行就会非常可靠，机器实际寿命会接近其设计寿命。然而，大多数情况都没有做到这些。因此有很多轴承都因为磨损而永久失效。振动分析和磨损颗粒分析是很好的诊断方法。8/30/202330滚动轴承振动故障诊断滚动轴承是机器中最精密的部件，通常它们的频谱特征

故障轴承会产生与1X基频倍数不完全相同的振动分量——换言之，它们不是同步的分量。对振动分析而言，如果在振动频谱中发现不同步分量,那么极有可能是轴承出现故障的警告信号。应通过振动分析诊断并排除是否是其它故障引起的这些不同步分量。如果看到不同步的波峰，那极有可能与轴承磨损相关。如果同时还有谐波和边频带出现，那么轴承磨损的可能性就非常大——这时候你甚至不需要再去了解轴承准确的扰动频率。8/30/202331频谱特征

故障轴承会产生与1X基频倍数不完全相同的振动分量—滚动轴承振动的基本参数

轴承的四个物理参数：球的数量、球的直径、节径和接触角。接触角的定义:指滚动体与滚道接触区中点处,滚动体载荷向量与轴承径向平面之间的夹角.按此定义支力轴承的接触角为0,止推轴承的接触角为908/30/202332滚动轴承振动的基本参数轴承的四个物理参数：球的数量、球的直轴承扰动频率有四个与轴承相关的扰动频率：球过内圈频率（fi）、球过外圈频率（fc）、保持架频率（FT）和球的自旋频率（fb）。其中fi和fc的和等于滚珠/滚柱的数量。例如，如果fi等于3.2X，fc等于4.8X，那么滚珠/滚柱的数量必定是8。fb的值可能会加倍，因为所给的公式针对的是球撞击内圈或外圈的情况。如果有庇点的滚球/滚柱同时撞击内圈和外圈，那么其频率值应该加倍。由于受到各种实际情况如滑动、打滑、磨损、轴承各参数的不精确（如直径可能不完全精确）等的影响，我们所计算出来的频率值可能会与真实值有小范围的差异。8/30/202333轴承扰动频率有四个与轴承相关的扰动频率：球过内圈频率（fi）轴承扰动频率的计算公式

8/30/202334轴承扰动频率的计算公式8/1/202334轴承失效的九个阶段(第一阶段)在轴承失效的最初阶段，其频率范围大约在20KHz～60KHz之间或更高。有多种电子设备可以用来检测这些频率，包括峰值能量、HFD、冲击脉冲、SEE等超音波测量装置。在这个阶段，普通的频谱上不会出现任何显示。8/30/202335轴承失效的九个阶段(第一阶段)在轴承失效的最初阶段，其频率轴承失效的九个阶段(第二阶段)由于轴承上的庇点增大，使它在轴承固有频率处发出铃叫声。同时固有频率周围还出现边频带。8/30/202336轴承失效的九个阶段(第二阶段)由于轴承上的庇点增大，使它在轴承失效的九个阶段(第三阶段)出现轴承故障频率。开始的时候我们只能观察到这个频率本身。图中所示为轴承内圈故障时的频谱显示。当轴承磨损进一步加剧后，在故障频率（例子中的BPI）处的波峰值将会升高。大多数情况下波峰值将随着时间线性增加。8/30/202337轴承失效的九个阶段(第三阶段)出现轴承故障频率。开始的时候轴承失效的九个阶段(第四阶段)随着故障的发展，故障频率将产生谐波。这表明发生了一定程度的冲击。故障频率的谐波有时可能会比基频波峰更早被发现。因此，我们首先要查找频谱中的非同步波峰，并查证是否有谐波。对应的时域波形中同时也会出现冲击脉冲的显示。8/30/202338轴承失效的九个阶段(第四阶段)随着故障的发展，故障频率将产生轴承失效的九个阶段(第五阶段)随着故障状态的恶化，轴承的损坏更加严重，振动级将继续升高，同时出现更多的谐波。由于故障自身的性质，这时还会出现边频带。时域波形上的尖峰波将更加清晰和明显，你甚至能够通过测量尖峰间的时间间隔来计算故障频率。高频率的轴承检测，如峰值能量和冲击脉冲所得到的趋势都在持续上升。

此时引起调制的原因有二个：第一种情形是当内圈出现故障时，如果它位于加载区域时，产生的冲击会更加剧烈，从而产生更高的振幅。当内圈故障位置移出加载区后，其振幅又会降低，并在轴承顶部达到最小值。在这种情况下内圈的故障频率将被（内圈的）旋转频率所调制，于是我们可以在频谱中看到1X边频带出现。如果滚珠出现问题，也会因相同的原因，产生调制。当滚珠运转在载荷区会产生比运转在非载荷区更强烈的冲击。越接近载荷区，振幅越高。滚珠沿轴承以保持架频率FT滚动。该频率低于1X——典型的FT大约等于0.4X。当我们能够从频谱中观察到谐波，特别是边频带后，轴承上的磨损就已经能够用肉眼观察到了。这时候，你就可以建议更换轴承了。8/30/202339轴承失效的九个阶段(第五阶段)随着故障状态的恶化，轴承的损坏轴承失效的九个阶段(第六阶段)1X处的幅值增大，并出现1X的谐波，这是由于磨损引起间隙增大的结果。8/30/202340轴承失效的九个阶段(第六阶段)8/1/202340轴承失效的九个阶段(第七阶段)故障频率及其边频带变成峰丘状，经常被叫作"干草堆"。这是由于宽带噪声所致。在靠近机器的地方，你还能听到轴承发出的噪声。在这个阶段，高频率的轴承测量值可能会逐渐减少。如果你用测量工具测到的振幅有下降趋势，不要以为是情况出现好转，而应该尽快去定购用来更换的轴承了！8/30/202341轴承失效的九个阶段(第七阶段)故障频率及其边频带变成峰丘状，轴承失效的九个阶段(第八阶段)频谱中的“干草堆”将继续扩大，谐波随着松动的增加而增大，高频率的轴承测量显示出的趋势可能会继续降低，但重要的是整个噪声水平都在上升。你能清晰的听到轴承发出的声音，这预示着轴承即将报废。8/30/202342轴承失效的九个阶段(第八阶段)频谱中的“干草堆”将继续扩大，轴承失效的九个阶段(第九阶段)

到了这个阶段以后，频谱会变得平直，因为机器已经不能运转了！8/30/202343轴承失效的九个阶段(第九阶段)到了这个阶段以后，频谱会变得滚动轴承诊断口诀内圈外圈滚动体，特征频率要牢记；确有轴承故障存，频率成分难再隐。先看频谱低频处，非同步的看有无；若有非同步成分，故障已可定三分；特征频率谐波存，对应故障无疑问；再看频谱高频处，调制存在故障明；外圈特征转频调，松动现象无疑问；内圈故障转频调，亦可作证据成分。特殊情况特殊看，诊断故障有分寸；单一频率若存在，是否轴承需辨认。高频也是很重要，早期故障高频分；低频没有高频有，时常跟踪要勤奋；损坏若是很严重，高频抬起有空洞；及时更换莫侥幸，时刻避免事故生。故障机理把握清，是是非非要分明；润滑状况常检测，调试装配莫放松；诊断轴承有诀窍，相信科学错不了。8/30/202344滚动轴承诊断口诀8/1/202344电站风机常见振动故障风机是一种将机械能转化为气体动能和势能能的动力设备，它是火力发电厂不可缺少的重要辅机设备，电厂风机主要有送风机、引风机、一次风机、增压风机、磨煤机密封风机等。在实际运行中，风机，特别是引风机由于运行条件较恶劣，故障率较高，常导致机组非计划停运或减负荷运行。因此，及时而有效地查明风机运行中故障产生的原因，并采取得力措施予以解决，是保证机组安全稳定运行的重要举措8/30/202345电站风机常见振动故障风机是一种将机械能转化为气体叶片非工作面积灰引起风机振动这类缺陷常见于锅炉引风机，主要表现为风机在运行中振动突然上升。这是因为当气体进入叶轮时，与旋转的叶片工作面存在一定的角度，根据流体力学原理，气体在叶片的非工作面一定有旋涡产生，于是气体中的灰粒由于旋涡作用会慢慢地沉积在非工作面上。机翼型的叶片最易积灰。当积灰达到一定的重量时由于叶轮旋转离心力的作用将一部分大块的积灰甩出叶轮。由于各叶片上的积灰不可能完全均匀一致，聚集或可甩走的灰块时间不一定同步，结果因为叶片的积灰不均匀导致叶轮质量分布不平衡，从而使风机振动增大。在这种情况下，通常只需把叶片上的积灰铲除，叶轮又将重新达到平衡，从而减少风机的振动。8/30/202346叶片非工作面积灰引起风机振动这类缺陷常见于锅炉引风机，主要表叶片磨损引起的振动

磨损是风机中最常见的现象，风机在运行中振动缓慢上升，一般是由于叶片磨损，平衡破坏后造成的。此时处理风机振动的问题一般是在停运后做动平衡。在实际工作中，多采用影响系数法找平衡。为了尽快找到应加的重量和位置，应根据平时的数据多总结经验，积极采用一次加准法加重。根据经验，Y4－60NO28.7的风机振动0.10mm时不平衡重量为1200g；磨煤机密封风机振动0．10mm时不平衡重量20g；轴流G150/299型引风机振动为0.10mm时不平衡重量在2000g左右；FAF-18.5-2型送风机振动为0．10mm时不平衡重量只有400g左右。强调说明：为了达到不停炉处理叶片磨损引起的振动问题，平时须加强对风门挡板的维护，减少风门挡板的漏风，在单侧风机停运时能防止热风从停运的风机处漏出，以维持良好的工作环境。

8/30/202347叶片磨损引起的振动磨损是风机中最常见的现象，风机在运行中风道系统振动导致风机的振动

烟、风道的振动通常会引起风机的受迫振动。这是生产中容易出现而又容易忽视的情况。根据有关资料介绍，烟风道的振动大致可分为以下几类：1.“卡门”涡流振动：其发生在锅炉烟道及应用管式空气予热器机组的送风道中，主要特点是振动频率随风量的变化而变化，一般振动频率超过40Hz，并且伴有强烈噪音。2.“中心涡”诱导振动：其发生在轴向挡板调节的大型宽叶片离心风机中，当进口挡板开度30％～60％时振动较大，挡板满开或全关时，振动基本消失。其压力脉动幅值可达3500Pa，对管道危害较大，其频率为转速的2倍或1.5倍。目前消除该振动的方法是加装叶片整流器。3.旋转失速诱导振动：它是由于风机本身特性与管网阻力不匹配引起，当风机运行在小流量区域，气流通过叶片通道时，由于叶片负面层发生分离，不能保证气流平稳流出，产生旋转失速导致压力脉动，该压力脉动的幅值可达5000Pa，其频率为风机转速频率的2/3.4.风道局部涡流诱导振动：由于烟风道局部设计不合理，导致出现局部涡流，其频振动率为风机转速频率，且振幅随负荷的加大而增加。5.管道结构刚度不足：这种情况下只需改变烟、风道系统的结构或支撑刚度，即可消除振动。8/30/202348风道系统振动导致风机的振动烟、风道的振动通常会引起风机的受不对中旋转设备的中心包含了两个中心，一是转子与转子之间的中心，另一方面是轴承与轴承的中心，按照现行的检修工艺首先要调整的是轴承与轴承的中心，转子中心一般都是轴承中心找好进行。转子中心要受对轮晃度、瓢偏影响以及对轮螺栓和绞孔情况的影响，测量转子中心的方法是在冷态下未联对轮前测量对轮的晃动度，标明高低点，联接好对轮后再次测量对轮的晃动度，如果变化太大说明转子中心不对，需要处理。实际上风机的中心与联轴器及其连接情况密切相关，当联轴器法兰外圆与轴经不同心、联轴器法兰止口或螺栓孔节圆不同心、端面飘偏、连接螺栓紧力明显不对称时，即使找正如何正确，当把连接螺栓拧紧后，在连接和受力情况下都会使风机轴系不同心和不平直，还会使转子产生预载荷，它对风机的振动影响极大。因此在风机的检修和检查中拆除对轮销子时，一定要做好标记，不仅孔号要对，而且每根销子的安装位置亦应做好标记，回装时按做好的标记进行回装。另外对于动叶可调的轴流式送风机，其中心除电机与风机的机械中心外，在检修时还应考虑液压调节系统（液压缸）的中心应与风机轴系的中心相一致，在这方面我们有足够的经验可总结。8/30/202349不对中8/1/202349轴承故障