设备震动故障诊断

设备震动技术基础知识什么是震动振动是物体运动的一种方式，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效力。只需是运转的机器，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，普通可达60%-70%。按振动频率分类机械振动低频振动：f<10Hz中频振动：f=10-1000Hz高频振动：f>1000Hz振动的普通分类构成一个确定性振动有3个根本要素，即振幅d、频率f和相位φ。当然，振幅不仅用位移，还可以用速度和加速度。要特别阐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丈量参数。目前许多振动规范都是采用振动速度作为判别参数，由于它最可以反映振动的烈度。

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，振动诊断规范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规范值不同。当频率和频率一定时，相位的大幅偏移就是缺点〔异常〕的征兆。现场测试诊断的实施步骤诊断步骤概括为预备任务、诊断实施和决策验证等3个环节，详细分为6个步骤来引见。一.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：⒈设备的构造组成1〕搞清楚设备的根本组成部分及其联接关系。一台完好的设备普通由三大部分组成，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〕、任务机〔也叫做主机〕和传动系统。要分别查明它们的型号、规格、性能参数及联接的方式，画出构造简图。Ⅰ－原动机〔电动机〕Ⅱ－传动系统Ⅲ－任务机〔引风机〕①、②－电动机滚动轴承③、④－引风机滚动轴承2〕必需查明各主要零部件〔特别是运动零件〕的型号、规格、构造参数及数量等，并在构造图上阐明或另予阐明。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。2.机器的任务原理及运转特性主要了解以下内容：1〕各主要零部件的运动方式：旋转运动还是往复运动；2〕机器的运动特性：平稳运动还是冲击性运动；3〕转子运转速度：低速(<10Hz)、中速(10-1000Hz)还是高速(>1000Hz)，匀速还是变速等等。3.机器的任务条件1〕载荷性质：均载还是冲击载荷；2〕任务介质：有无尘埃、颗粒性杂质或腐蚀性气体〔液体〕；3〕周围环境：有无严重的干扰〔或污染〕源存在，如振源，粉尘、热源等。4.设备根底型式及情况搞清楚是刚性根底还是弹性根底等等。5.主要资料档案资料设备原始档案资料、设备检修资料、设备缺点记录档案等。二.确定诊断方案在此根底上，接下来就要确定详细的诊断方案。诊断方案应包括以下几方面的内容。1.选择测点测点就是机器上被丈量的部位，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求的真实完好的设备形状信息，只需在对诊断对象充分了解的根底上才干根据诊断目的恰当地选择测点，详细要求如下：

1〕对振动反映敏感所选测点在能够时要尽量接近振源，避开或减少信号在传播通道上的界面、空腔或隔离物(如密封填料等)最好让信号成直线传播。这样可以减少信号在传播途的能量损失。2〕适宜于诊断目的3〕符合平安操作要求由于丈量时，设备在运转，因此需求留意平安问题。4〕适宜于安顿传感器有足够的空间，有良好的接触，测点部位有足够的刚度等。通常，轴承是监测振动最理想的部位，由于转子上的振动载荷直接作用在轴承上，并经过轴承把机器和根底联接成一个整体，因此轴承部位的振动信号还反映了根底的情况。所以，在无特殊要求的情况下，轴承是首选测点。假设条件不允许，也应使测点尽量接近轴承，以减小测点和轴承之间的机械阻抗。此外，设备的地脚、机壳、缸体、进出口管道、阀门、根底等，也是测振的常设测点。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缺点信息。即程度方向〔H〕、垂直方向〔V〕和轴线方向〔A〕。

程度垂直轴向普通来说程度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景象，并伴随着高次频率成份。2.预估频率和振幅

振动丈量前，对所测振动信号的频率范围和幅值要做根本的预估，防止漏检某些能够存在的缺点信号而呵斥误判或漏诊。通常可采取以下几种方法：1〕根据阅历，估计各类常见多发缺点的振动特征频率和振幅。2〕根据构造特点、性能参数和任务原理计算出某些能够发生的缺点特征频率。3〕广泛搜集诊断知识，掌握一些常用设备的缺点特征频率和相应的振幅大小。3.确定丈量参数阅历阐明，根据诊断对象振动信号的频率特征来选择参数。通常的振动丈量参数有加速度、速度和位移。普通按以下原那么选用：低频振动〔<10Hz〕采用位移；中频振动〔10-1000Hz〕采用速度；高频振动〔>1000Hz〕采用位移。对大多数机器来说，最正确诊断参数是速度，由于它是反映振动强度的理想参数，国际上许多振动规范都采用速度有效值作为判别参数，而国内一些行业大多采用位移作为诊断参数。所以在选择丈量参数时，还须与所采用的判别规范运用的参数相一致，否那么判别形状时将无据可依。4.选择诊断仪器测振仪器的选择除了注重质量和可靠性外，最主要的还要思索两条：1〕仪器的频率范围要足够的宽，要求能记录下信号内一切重要的频率成分，普通来说要在10-10000Hz或更宽一些。对于预示缺点来说，高频成分是一个重要信息，机械早期缺点首先在高频中出现，待到低频段出现异常时，缺点曾经发生了。所以仪器的频率范围要能覆盖高频低频各个频段。2〕要思索仪器的动态范围。要求丈量仪器在一定的频率范围内能对一切能够出现的振动数值，从最高到最低均能保证一定的显示精度。这种可以保证一定精度的数值范围称为仪器的动态范围。对多数机械来说，其振动程度通常是随频率变化的。

5.选择与安装传感器用于丈量振动的传感器有三种类型，普通都是根据所丈量的参数类型来选用：丈量位移采用涡流式位移传感器，丈量速度采用电动式速度传感器，丈量加速度采用压电式加速度传感器。在现场主要是运用压电式加速度传感器丈量轴承的绝对振动。6.做好其它相关事项的预备丈量前的预备任务一定要仔细。为了防止丈量失误，最好在正式丈量前做一次模拟测试，以检验仪器能否正常，预备任务能否充分。比如检查仪器的电量能否充足，这看似小事，但也决不能忽略，在现场经常发生因仪器无电而使诊断任务不得不终止的情况。各种记录表格也要预备好，真正做到“万事俱备〞。

三.进展振动丈量与信号分析1.丈量系统目前，有两种根本的简易振动诊断系统可用于现场，它们分别代表了简易诊断开展的不同的开展阶段。一种是模拟式测振仪所构成的丈量系统，一种是以数据采集器为代表的数字式测振仪所构成的丈量系统。2.振动丈量信号分析确定了诊断方案以后，根据诊断目的对设备进展各项相关参数丈量。普通来讲，假设现场条件允许，每个测点都是丈量三个方向的振动值。即程度、垂直和轴向。而且要定点、定时地进展丈量，以有利于进展比较。

3.数据记录整理丈量数据一定要作详细记录。记录数据要有公用的表格，做到规范化，完好而不脱漏。最好将数据分类整理，每个测点按方向整理，用图形或表格表示，这样做有利于抓住特征，也便于发现一些问题。四.实施形状判别根据丈量数据和信号分析所得到的特征信息，对设备的运转形状做出判别。首先，判别机器能否处于正常形状，然后对存在异常的设备做进一步的分析，指出缺点的缘由，部位和程度。

五.做出诊断决策经过丈量分析、形状识别等几个程序，搞清楚了设备的实践形状，也就为处置决策发明了良好的条件。这时该当提出处置意见：或是继续运转，或是停机修缮。对需求修缮的设备，该当指出修缮的详细内容，如待处置的缺点部位、所需求改换的零部件等。

一.旋转机械缺点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、离心式紧缩机、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。在对它们进展诊断时，必需留意它的以下几个特点。

1.转子特性转子组件是旋转机械的中心部分，它是由转轴及固装在其上的各类圆形盘状零部件所组成。旋转机械的缺点诊断主要是监测诊断转子的运转形状。从转子动力学的角度说，转子系统分为刚性转子和柔性转子。刚性转子——转子的转速低于其本身第一阶临界转速的转子。柔性转子——转子的转速高于其本身第一阶临界转速的转子。

2.旋转机械振动的频率特征

旋转机械的振动信号大多数是一些周期信号、准周期信号或平稳随机信号，旋转机械振动缺点的特征有一个共同点，就是其缺点特征频率都与转子的转速有关，等于转子的回转频率〔简称转频，又称工频〕及其倍频或分频。分析振动信号的频率与转频的关系是诊断旋转机械缺点的金钥匙。获取旋转机械缺点信号的主要途径：1〕振动频率分析旋转机械的每一种缺点都各自的特征频率，在现场对其振动信号做频率分析是诊断旋转机械缺点最有效的方法。2〕分析振幅的方向特征在有些情况下，旋转机械不同的缺点类型在振动表现上有比较明显的方向特征。所以只需条件允许，对其测点进展振动测量时，都应该丈量3个方向，由于不同的方向表现出不同的缺点特征。3〕分析振幅随转速变化的关系旋转机械有相当一部分缺点的振动幅值与转速变化有亲密的关系，所以现场丈量时，在必要的时候，要尽量发明条件，在改动转速的过程中丈量机器的振幅值。表1旋转机械缺点的来源及主要缘由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旋转机械常见缺点产生的缘由及其频谱特征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转子质量偏心的缺点缘由故障来源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转子部件缺损的缺点缘由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1×2×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转子暂时性弯曲的振动特征表11转子暂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转子弓形弯曲的缺点缘由故障来源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转子暂时性弯曲的缺点缘由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2×1×、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转子不对中的缺点缘由表17油膜轴承缺点的主要缘由

轴承故障

主要原因巴氏合金松脱

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油膜涡动的缺点缘由表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≤×（0.43~0.48)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油膜振荡的缺点缘由表24旋转失速的振动特征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

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旋转失速的缺点缘由故障来源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

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（0.5～20Hz）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喘振的缺点缘由故障来源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缺点缘由故障来源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能够性振动频率（0～40％）（40％～50％）（50％～100％）不规则出现的可能性（％）40401010表35转子过盈配合件过盈缺乏的振动特征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缺乏的敏感参数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表37转子过盈配合件过盈缺乏的缺点缘由故障来源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缺点缘由故障来源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、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缺点缘由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缺点缘由故障来源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1234567