一种转动设备振动故障的快速诊断方法

王晓吕，柳 莹

（陕西未来能源化工有限公司，陕西榆林 719000）

进入二十一世纪以来，随着科学技术及经济的不断发展，我国的煤化工及石油化工行业取得了巨大的发展，装置生产规模不断扩大，生产装置不断朝着大型化、自动化、智能化发展。转动设备与静设备相比，不仅造价高，而且因结构复杂、转速高等原因更加容易发生故障；而转动设备一旦发生故障坏，就会对装置的生产造成波动，关键机组的故障甚至会造成整个装置的被动停车，给整个装置带来巨大的损失。

为了尽可能地减少因转动设备故障带来的损失，国内外专家从故障发生的原因、故障表现等各方面总结，发展出了状态监测与故障诊断理论。与自动化程度的大型装置所采用的转动设备状态监测及远程诊断相比，本文总结了一些能够快速、初步诊断转动设备振动故障的方法。

1 常见振动故障的种类及特征表现

1.1 转子不平衡

转子不平衡是由于转子部件质量偏心或转子部件出现缺损造成的故障，它是转动设备最常见的故障。

转子不平衡的主要振动特征：

（1）振动方向以水平方向振动为主，水平方向振动大于垂直方向振动；

（2）波形为典型的正弦波；

（3）临界转速以下，振动值随转速的增大而增大；（4）振动频率为工频为主。

1.2 不对中

转子不对中包括轴系不对中和轴承不对中两种情况。轴系不对中是指转子连接后各转子的轴线不在同一条直线上。轴承不对中是指轴颈在轴承中偏斜，轴颈与轴承孔轴线相互不平行。通常所讲不对中多指轴系不对中。

不对中的主要振动特征：

（1）振动方向以轴向振动为主，靠近联轴器两侧振动大；（2）波形为“m”或“w”型；

（3）振动频率为2倍工频，同时也存在工频和多倍频，但以工频和2倍工频为主。

例：某厂一台离心压缩机，电动机转速1 500r/min（转频25Hz），该机自从更换减速器后振动增大，①点水平方向振动值6.36mm/s，位移150μm，超出正常范围。结构简图如图1所示，①点振动频谱如图2所示。

在停机检查时，发现联轴器对中性严重超差，在垂直方向，两轴心偏移量达0.15mm。通过调整改善联轴器的对中性后，①点振动值下降，Vrms=2.12mm/s，D=6μm。其时频谱结构也发生了显著的变化，3倍频已经消失，2倍频分量的幅值变得非常弱小，1倍频分量也大大减弱了，机组运行状态良好。

图1 离心压缩机结构简图

图2 离心压缩机①点振动频谱图

1.3 松动

支承系统配合间隙误差过大或配合过盈不足，或是配合面的连接螺栓紧固不牢发生的异常振动。

松动的主要振动特征：①振动方向以垂直方向振动为主；一般垂直方向大于水平方向振动；②振动时域波形图出现毛刺；③松动结合面两边，振幅有明显差别；④出现精确的倍频2X，3X…等成分。

例：某发电厂1#发电机组，结构简图如图3所示：

图3 1#发电机组结构简图

汽轮机前、后轴承各方向振动数值如表1所示。

表1 汽轮机前、后轴承各方向振动数值

汽轮机后轴承①处振动波形图及频谱图如图4所示。

图4 汽轮机后轴承①处振动波形图及频谱图

停机检查时发现汽轮机后轴承的一侧有两颗地脚螺栓没有上紧，原因在于预留热膨胀间隙过大。后来按要求旋紧螺母，振幅则从85μm下降至27μm，其余各点的振动值也有所下降，实现了平稳运行。

1.4 滚动轴承故障

滚动轴承在运行过程中，由于装配不当、润滑不良、水分和异物侵入、腐蚀和过载等可能使轴承过早损坏。即使不出现上述情况，经过一段时间运转，轴承也会出现疲劳剥落和磨损而不能正常工作。

滚动轴承故障的主要振动特征：①振动时域波形图出现冲击成分；②频谱图出现明显的高倍频成分；③随着故障发展，它的幅值增加，并有谐波和变频；④每一种零件有其特殊的故障频率。

一般在3X以上的峰值且与转速频率成非整数倍的，几乎就可以判断为滚动轴承问题了。

2 常见振动故障的快速诊断

结合常见振动故障的种类及特征表现，可以得出以下结论：

1）振动主要为水平方向振动，振动频谱以一倍频为主，故障原因可能是转子不平衡；

2）振动主要为轴向方向振动，振动频谱以一倍频及二倍频为主，故障原因可能是轴系不对中；

3）振动主要为垂直方向振动，振动频谱出现精确的倍频2X，3X…等成分，故障原因可能是松动；

4）振动波形出现明显的高倍频成分，且伴有谐波和变频，可以考虑为滚动轴承故障的可能。

3 结束语

以上仅为根据振动大小、方向及振动频谱图得出的初步结论，不代表最终结论，但可以快速分析出大部分转动设备振动故障的原因。