振動分析診斷技術(shù)是設(shè)備故障診斷最重要最常用的方法。但在設(shè)備現(xiàn)場的實際工作中,常常遇到的最困難的也是最關(guān)鍵的問題是，在使用簡易診斷儀器〈如振動計〉已經(jīng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在故障的情況下，如何根據(jù)各種振動分析儀〈頻譜分析儀〉提供的振動波形和頻譜，診斷出設(shè)備的故障類型、部位及嚴(yán)重程度，以便據(jù)此采取相應(yīng)的措施。
一、故障原因
當(dāng)轉(zhuǎn)子質(zhì)量中心偏離轉(zhuǎn)動中心時出現(xiàn)不平衡。造成不平衡的原因通常是：裝配不適當(dāng)、轉(zhuǎn)子上有附加物生成、轉(zhuǎn)子質(zhì)量磨損、轉(zhuǎn)子破裂或丟失部件。
二、頻譜和波形特征
（1）徑向振動大
① 基頻有穩(wěn)定的高峰，其他倍頻振幅較小。
② 基頻幅值隨轉(zhuǎn)速增大而增大，這是不平衡的重要特征。
（2）軸向振動較小
三、儀器設(shè)置
（1）最高分析頻率。低轉(zhuǎn)速：200Hz。高轉(zhuǎn)速：400Hz。
（2）波形、頻譜、振動速度或加速度顯示。
四、診斷
（1）頻域：
① 確認(rèn)頻譜中以穩(wěn)定的基頻分量為主，其他倍頻幅值很小。
② 軸向振動比徑向振動小得多。
③ 必要時改變轉(zhuǎn)速，確認(rèn)基頻幅值隨轉(zhuǎn)速增大而增大。
（2）時域：
① 波形以穩(wěn)定的單一頻率為主，軸每轉(zhuǎn)一周出現(xiàn)一個峰值。
② 軸向振動比徑向振動小得多。
五、說明
（1）造成徑向振動基頻幅值大的其他故障有：軸不對中、軸彎曲、機械松動及機械共振。應(yīng)將它們與不平衡區(qū)分開，在檢測不平衡之前予以糾正。
（2）若 1×RPM、2×RPM、3×RPM 等分量大，而且垂直方向的振動明顯大于水平方向振動，可能是基礎(chǔ)松動。
（3）若軸向振動較大，并且徑向和軸向的 1×RPM、2×RPM、3×RPM 分量較大，可能是軸不對中。
（4）稍微改變轉(zhuǎn)速，若基頻幅值變化很大，可診斷為機械共振。
（5）對于電機，若基頻幅值大的同時，其振動時域波形有緩慢調(diào)制現(xiàn)象，可能是機電
故障，如轉(zhuǎn)子斷條或裂紋。
（6）軸彎曲與不平衡有相似的頻譜特征。區(qū)分的方法是：低速轉(zhuǎn)動下檢查轉(zhuǎn)子各部位的徑向跳動量，可判斷是否有初始彎曲；在一定轉(zhuǎn)速下改變機組負(fù)荷，若振動隨負(fù)荷和時間而變化，則可能是局部摩擦、受熱或冷卻不均勻引起的熱彎曲。
實例 1 離心壓縮機不平衡
（1）故障情況
某化工廠離心壓縮機高壓缸的徑向振動自 3 月以來呈不斷增長趨勢，有的測點振動峰峰值從 27μm 增長到 50μm，幾乎翻了一番
低壓缸轉(zhuǎn)速為 6446r/min，高壓缸轉(zhuǎn)速為 13175r/min。
（2）診斷
利用監(jiān)測和診斷系統(tǒng)對振動測試信號進(jìn)行分析診斷，振動測點分布高壓缸 5 月 2 日振動頻譜。從頻譜圖可以看出，主要頻率分量只有基頻分量一個，其余倍頻分量均很小，所占比例在 10%以下。軸心軌跡基本上呈圓形，很規(guī)則，波動很小，并且為正進(jìn)動，即軸心軌跡旋向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同。
為了進(jìn)一步了解情況，將 3 月份以來的轉(zhuǎn)子振動數(shù)據(jù)作趨勢分析，左右軸承大體類似。可以看出，2 倍頻分量振幅基本上沒有變化，振動通頻峰-峰值增長的原因完全是由于基頻振動分量的增長。由該機器以往的運行經(jīng)驗，引起振動增加的原因可能有：①探頭失效，引起測試數(shù)據(jù)不準(zhǔn)；②轉(zhuǎn)子對中不良；③壓縮機高壓缸內(nèi)部氣流不穩(wěn)；④油膜渦動；⑤不平衡量增加。
現(xiàn)在根據(jù)上面的分析確定振動上升的真正原因。探頭失效不可能造成讀數(shù)增加，因為高壓缸四個徑向振動探頭的振幅都有所增加。而且基頻分量明顯增長的同時 2 倍頻分量卻保持不變。對中不良也可排除，因為對中不良的特征是 2 倍頻分量增長，在振動中占較大比重，并且軸心軌跡狹長。但實際情況并非如此。壓縮機內(nèi)部工作氣流不穩(wěn)所激發(fā)的振動，一般在頻譜上會出現(xiàn)一些與轉(zhuǎn)子或其零部件固有頻率有關(guān)的頻率成分，而實際頻譜上沒有這樣的頻率成分，氣流不穩(wěn)這一條也可排除。又因為 0.5 倍頻附近沒有明顯的頻率分量，所以也不是
油膜渦動。從頻譜上突出的基頻分量，加之圓形軸心軌跡，可以有把握地認(rèn)為，不平衡是振動增大的主要原因。另外，趨勢圖上基頻變化曲線與通頻振動峰-峰值變化曲線十分吻合，也表明振動增大的原因是不平衡的增大。高壓缸轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高達(dá) 13000r/min 以上，對轉(zhuǎn)子的微小不平衡量很敏感。根據(jù)以往的運行記錄和檢修記錄，認(rèn)為不平衡量增加的可能原因有二：一是轉(zhuǎn)子葉片結(jié)垢或磨損不均勻，當(dāng)繼續(xù)運轉(zhuǎn)時，結(jié)垢或磨損有可能趨于均勻，使振動逐漸平緩甚至降低。二是由于機器基礎(chǔ)熱變形造成轉(zhuǎn)子撓度變形加大，熱變形主要受氣溫影響。綜合上述兩種可能原因，可知振動的變化將比較緩慢，不會突然造成機器的損壞。診斷結(jié)論為：①振動增大主要原因是不平衡量的增加；②振動變化比較緩慢，不會引起突發(fā)事故，只要注意監(jiān)測，在振幅峰-峰值到達(dá)報警值以前，不必停車檢修；
③建議下次大修時，對轉(zhuǎn)子進(jìn)行現(xiàn)場動平衡調(diào)試，以降低振動幅值。
三是驗證，根據(jù)診斷結(jié)論，機組繼續(xù)運轉(zhuǎn)了 18 個月，直至大修。振幅緩慢上升，但未發(fā)生什么故障，未影響生產(chǎn)正常進(jìn)行，監(jiān)測頻譜中仍只有基頻分量，可見振動原因仍是不平衡，未出現(xiàn)新的振源。
實例 2 壓縮機不平衡
（1）故障情況
某石化化工廠 C501 機組壓縮機大修后進(jìn)行催化劑再生工作時，振動報警，測點 D位移高達(dá) 68μm，超過允許值 60μm；測點 C（與測點 D 互成 90°）位移在 50～60μm 之間波動，測點 A、B（彼此互成 90°）振動也較以往增大。
（2）診斷
①用示波器觀察 C、D 及其他測點振動波形，無異常。②用磁帶記錄儀記錄各測點信號，進(jìn)行頻譜分析并與運行正常時的頻譜比較，發(fā)現(xiàn)：工頻（255Hz）振幅明顯增大，D 點增大 1.9 倍，C 點增大 1.73 倍。其他頻率分量振幅變化不大，小于工頻的低頻部分和大于工頻部分均未出現(xiàn)新的峰值。據(jù)此診斷為壓縮機轉(zhuǎn)子出現(xiàn)了顯著的不平衡。估計不平衡由轉(zhuǎn)子上結(jié)垢所致。排除油膜振蕩、不對中、干磨擦的可能性。
（3）采取措施
①暫不停機，再維持運行 4～5 天，直至催化劑再生工作完成。②密切監(jiān)視振動狀態(tài)。③再生完成后解體檢查。
（4）驗證
停機解體檢查證實，轉(zhuǎn)子和機殼氣體流道結(jié)垢十分嚴(yán)重，最厚達(dá) 20mm，第一級吸入口處約 3/4 的流道被堵，垢的主要成分是燒蝕下來的催化劑。清垢后起動，各點振動值均正常。工廠機動科據(jù)此提出建議：鑒于催化劑再生工作容易產(chǎn)生結(jié)垢，此項工作應(yīng)安排在壓縮
機大修前進(jìn)行，以避免重復(fù)檢修。
六、對中故障原因
兩個相連接的機器軸線不平行或不重合，一個或多個軸承安裝傾斜或偏心，即為不對中。造成不對中的原因可以是裝配不當(dāng)，調(diào)整不夠，基礎(chǔ)損壞，熱脹或聯(lián)軸節(jié)鎖死。
七、頻譜和波形特征
（1）軸向振動大①1×RPM、2×RPM 甚至 3×RPM 處有穩(wěn)定的高峰，一般達(dá)到徑向振動的 50%以上，若與徑向振動一樣大或比徑向振動更大，表明情況嚴(yán)重。②4～10×RPM 分量小。
（2）徑向振動大
①1×RPM、2×RPM 甚至 3×RPM 處有穩(wěn)定的高峰，特別 2×RPM 分量有可能超過 1×RPM 分量。②4～10×RPM 分量小。
（3）時域波形穩(wěn)定，每轉(zhuǎn)出現(xiàn) 1 個、2 個或 3 個峰，無大的加速度沖擊現(xiàn)象。
八、儀器設(shè)置
（1）最高分析頻率：低轉(zhuǎn)速：200Hz。高轉(zhuǎn)速：1000Hz；
（2）波形，頻譜，振動速度或加速度顯示。
九、診斷
（1）頻域①確認(rèn)軸向和徑向在 1×RPM、2×RPM 及 3×RPM 處有穩(wěn)定的高峰，特別注意 2×RPM分量。②4～10×RPM 分量很小。
（2）時域
確認(rèn)以穩(wěn)定的周期波形為主，每轉(zhuǎn)出現(xiàn) 1 個、2 個或 3 個峰值。沒有大的加速度沖擊現(xiàn)象。若軸向振動與徑向振動一樣大或比徑向更大，表明問題嚴(yán)重。
十、說明
（1）在確認(rèn)不對中的若干特征時，若顯示出下列現(xiàn)象之一，則可能是機械松動：軸向振動??；4～10×RPM 分量較大；
時域波形雜亂，無明顯峰值。
（2）在診斷為不對中時，若 1×RPM 分量比其他分量占優(yōu)勢，可能是角不對中。
（3）若時域波形不穩(wěn)定或顯示出有較大沖擊現(xiàn)象，可能是其他故障。
（4）對于電機，若基頻及其他倍頻分量大的同時，其振動波形有調(diào)制現(xiàn)象，或基頻處出現(xiàn)邊頻，可能存在機電方面的故障，如轉(zhuǎn)子斷條或軸承傾斜導(dǎo)致的偏心。
（5）關(guān)于皮帶輪不對中問題。
實例 1 壓縮機組對中不良
（1）故障情況
某化工廠壓縮機組。電動機轉(zhuǎn)速 1500r/min，壓縮機轉(zhuǎn)速 7758r/min。3號測點位移 150μm，速度峰值 9mm/s，均超過允許值。
（2）診斷
3 號測點位于齒輪箱頂蓋上，由于頂蓋不直接壓在軸承蓋上，而且箱蓋剛度不很高，所以傳遞途徑對振動影響較大。為此，將測點調(diào)整到軸承座的基座 8 號測點位置。8 號測點的位移和速度頻譜圖，2×RPM（50Hz）分量幅值很大，甚至超過 l×RPM ，3×RPM 幅值也較大，
說明該軸承座振動異常?？紤]到 8 號測點前面有聯(lián)軸節(jié)，故診斷為電機與齒輪箱的聯(lián)軸節(jié)對中不良。
（3）驗證：
停機后對聯(lián)軸節(jié)測量發(fā)現(xiàn)，對中超差甚大，垂直方向兩軸中心偏移達(dá) 0.15mm，電機中心較高。降低電機中心后開機，3 號點位移減為 6μm，速度峰值減為 3mm/s，其他各點振幅也平均降低 25%。8 號測點對中以后的位移和速度頻譜，可以看到，2×RPM和 3×RPM 分量已基本消失。
（1）故障情況
某煤礦-電機-發(fā)電機（M-G）機組7#軸承處溫度監(jiān)測指示超標(biāo)，操作者將溫度升高歸因于不平衡增大，要求作現(xiàn)場動平衡。
（2）診斷
①首先用測振儀測量總振動水平，并與 ISO2372 速度標(biāo)準(zhǔn)對照，以確定機器狀態(tài)。測量結(jié)果列入。雖然總的振動水平并不能表明溫度超標(biāo)的原因，但 7#、8#軸承軸向振動大于徑向振動，值得注意。
②對軸承振動作頻譜分析。由譜圖可以看出，軸向振動各頻率分量分別大于水平振動各頻率分量，軸向振動 3×RPM 分量甚至超過基頻分量。
綜合以上兩點，診斷結(jié)論為：機組對中不良，造成軸承上產(chǎn)生很大的卡緊力，它相當(dāng)于一個單向載荷，是溫度升高的根源所在。
圖 3-12 機組軸承振動頻譜（工作轉(zhuǎn)速 748r/min）
（3）驗證
停機檢查對中情況，發(fā)現(xiàn)機座一端下沉，造成轉(zhuǎn)子軸頸軸線不對中超標(biāo)。經(jīng)重新對中后，開機運行正常，7#軸承處溫度超標(biāo)問題得以解除。
想了解更多振動分析診斷知識，請關(guān)注江蘇振迪檢測網(wǎng)站！
