机械故障诊断技术6_旋转机械故障诊断.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第六章 旋转机械故障诊断,6,1,旋转机械振动的动力学特征及信号特点,6.1.1,转子特性,转子组件,是旋转机械的核心部分，由转轴及固定装上的各类盘状零件（如：叶轮、齿轮、联轴节、轴承等）所组成。,从动力学角度分析，转子系统分为刚性转子和柔性转子。,刚性转子,：转动频率低于转子一阶横向固有频率的转子为刚性转子,，如电动机、中小型离心式风机等。,柔性转子,：转动频率高于转子一阶横向固有频率的转子为柔性转子,，如燃气轮机转子。,在工程上，我们也把,对应于转子一阶横向固有频率的转速称为,临界转速,。,当代的大型转动机械，为了提高单位体积的做功能力，一般均将转动部件做成高速运转的柔性转子,(,工作转速高于其固有频率对应的转速,),，采用滑动轴承支撑。,由于,滑动轴承,具有弹性和阻尼，因此，它的作用远不止是作为转子的承载元件，而且已成为转子动力系统的一部分。,在考虑到滑动轴承的作用后，转子,轴承系统的固有振动、强迫振动和稳定特性就和单个振动体不同了,。,柔性转子的临界转速,由于柔性转子在高于其固有频率的转速下工作，所以在起、停车过程中，它必定要通过固有频率这个位置。此时机组将因共振而发生强烈的振动，而在低于或高于固有频率转速下运转时，机组的振动是一般的强迫振动，幅值都不会太大，,共振点,是一个临界点。故此，机组发生共振时的转速也被称之为,临界转速,。,转子的临界转速往往不止一个，它与系统的自由度数目有关,。实际情况表明：带有一个转子的轴系，可简化成具有一个自由度的弹性系统，有一个临界转速；转轴上带有二个转子，可简化成二个自由度系统，对应有二个临界转速，依次类推。,其中转速最小的那个临界转速称为一阶临界转速,n,c1,，比之大的依次叫做二阶临界转速,n,c2,、三阶临界转速,n,c3,。,工程上有实际意义的,主要是前几阶,，过高的临界转速已超出了转子可达的工作转速范围。,临界转速的变动,为了保证大机组能够安全平稳的运转，轴系转速应处于该轴系各临界转速的一定范围之外，一般要求：,刚性转子,n0.75 n,c1,柔性转子,1.4 n,c1,n 0.7 n,c2,式中，,n,c1,、,n,c2,分别为轴系的一阶、二阶临界转速。,机组的临界转速,可由产品样本查到或在起停车过程中由振动测试获取。,需指出的是,，样本提供的临界转速和机组实际的临界转速可能不同，因为系统的固有频率受到种种因素影响会发生改变。设备故障诊断人员应该了解影响临界转速改变的可能原因。,一般地说,，一台给定的设备，除非受到损坏，其结构不会有太大的变化，因而其质量分布、轴系刚度系数都是固定的，其固有频率也应是一定的。,但实际上,，现场设备结构变动的情况还是很多的，最常遇到的是换瓦，有时是更换转子，不可避免的是设备维修安装后未能准确复位等等，都会影响到临界转速的改变。,多数情况下,，这种临界转速的改变量不大，处在规定必须避开的转速区域内，因而被忽略。,6,1,2,转子,轴承系统的稳定性,转子系统,的,稳定,与失稳：,转子,轴承系统的,稳定性,是指转子在受到某种小干扰扰动后能否随时间的推移而恢复原来状态的能力，也就是说扰动响应能否随时间增加而消失。,如果响应随时间增加而消失，则转子系统是,稳定,的。,若响应随时问增加，则转子系统就,失稳,了。,油膜涡动与油膜振荡：,在瓦隙较大的情况下，转子常会因不平衡等原因而偏离其转动中心，致使油膜合力与载荷不能平衡，就会引起,油膜涡动,。油膜涡动是,一种,比较典型的失稳。,机组的稳定性能在很大程度上取决于滑动轴承的,刚度和阻尼,。当系统具有正阻尼时，系统具有抑制作用，振动逐渐衰减。反之系统具有负阻尼时，,油膜涡动就会发展为油膜振荡,。,油膜涡动与油膜振荡都是,油膜承载压力波动,的反映，,表现为轴的振动,。,（,1,）,油膜涡动与油膜振荡的发生条件,只发生在使用压力油润滑的滑动轴承上。在半润滑轴,承上不发生。,油膜振荡只发生在转速,高于临界转速,的设备上。,（,2,）,油膜涡动与油膜振荡的信号特征,油膜涡动的振动频率随转速变化，与转频保持,f=,（,0.43,0.48,）,f,n,。,油膜振荡的振动频率在临界转速所对应的固有频率附,近，不随转速变化。,两者的振动随油温变化明显。,（,3,）,油膜涡动与油膜振荡的振动特点,油膜涡动的,轴心轨迹,是由基频与半速涡动频率叠加成的,双椭圆，较稳定,。,油膜振荡是,自激振荡,，维持振动的能量是转轴在旋转中供应的，具有惯性效应。由于有失稳趋势，导致摩擦与碰撞，因此,轴心轨迹不规则,，,波形幅度不稳定，相位突变,。,（,4,）消除措施,设计时使转子避开油膜共振区；,增大轴承比压，减小承压面；,减小轴承间隙；,控制轴瓦预负荷，降低供油压力；,选用抗振性好的轴承结构；,适当调整润滑油温；,从多方面分析并消除产生的因素。,6.1.3,转子的不平衡振动机理,旋转机械的转子由于受材料的质量分布、加工误差、装配因素以及运行中的冲蚀和沉积等因素的影响，致使其质量中心与旋转中心,存在,一定程度的,偏心距,。,静不平衡,：,偏心距较大时,，静态下，所产生的偏心力矩大于,摩,擦阻力矩，表现为某一点始终恢复到水平放置的转子下部，其偏心力矩小于,摩擦,阻力矩的区域内，称之为,静不平衡,。,动不平衡,：,偏心距较小时,，不能表现出静不平衡的特征，但是在转子旋转时，表现为一个与转动频率同步的,离心力矢量,，离心力,F=Me,2,，从而激发转子的振动。这种现象称之为,动不平衡,。,特点,：,静不平衡的转子，由于偏心距,e,较大，表现出更为强烈的动不平衡振动。,要求：,虽然作不到质量中心与旋转中心绝对重合，但为了设备的安全运行，必需将偏心所激发的振动幅度控制在许可范围内。,（,1,）,不平衡故障的信号特征,时域波形为近似的等幅正弦波。,轴心轨迹为比较稳定的圆或椭圆，这是因为轴承座及,基础的水平刚度与垂直刚度不同所造成。,频谱图上转子转动频率处的振幅。,在三维全息图中，转频的振幅椭圆较大，其他成份较,小。,（,2,）,敏感参数特征,振幅随转速变化明显，这是因为，激振力与,角,速,度,是指数关系。,当转子上的部件破损时，振幅突然变大。例如某烧结,厂抽风机转子焊接的合金耐磨层突然脱落，造成振幅,突然增大。,6.1.4,转子与联轴节的不对中振动机理,转子不对中包括,轴承,不对中和,轴系,不对中,两类,。,轴承不对中,本身不引起振动，它影响轴承的载荷分布、油膜形态等运行状况。一般情况下，转子不对中都是,指轴系不对中,，故障原因在联轴节处。,引起轴系不对中的原因：,安装施工中对中超差；,冷态对中时没有正确估计各个转子中心线的热态升高量，工作时出现主动转子与从动转子之间产生动态对中不良；,轴承座热膨胀不均匀；,机壳变形或移位；,地基不均匀下沉；,转子弯曲，同时产生不平衡和不对中故障。,轴系不对中可分为三种情况,：,轴线平行不对中,轴线交叉不对中,轴线综合不对中,在实际情况中，都存在着综合不对中。只是其中平行不对中和交叉不对中所占的比重不同而已。,由于两半联轴节存在不对中，因而产生了附加的弯曲力。,由于,转动，这个附加弯曲力的方向和作用点也被强迫发生改变，从而激发出转频的,2,倍、,4,倍等偶数倍频的振动。其,主要激振量以,2,倍频为主,，某些情况下,4,倍频的激振量也占有较高的份量。更高倍频的成份因所占比重很少，通常显示不出来。,轴系不对中故障特征,：,时域波形在基频正弦波上附加了,2,倍频的谐波。,轴心轨迹图呈,香蕉形或,8,字形,。,频谱特征：主要表现为径向,2,倍频、,4,倍频振动成份，,有角度不对中时，还伴随着以回转频率的轴向振动。,在全息图中,2,、,4,倍频椭圆较扁，并且两者的长轴近似,垂直。,不对中故障甄别,：,不对中,的谱特征和,裂纹,的谱特征类似，均以,两倍频,为主，二者的,区分,主要是振动幅值的稳定性，不对中振动比较稳定。,用全息谱技术,则容易区分，不对中为单向约束力，二倍频椭圆较扁。,轴横向裂纹,则是旋转矢量，二倍频全息谱比较圆。,带滚动轴承和齿轮箱的机组，不对中故障可能引发出通过频率或啮合频率的高频振动，这些高频成分的出现可能掩盖真正的振源。如高频振动在轴向上占优势，而,联轴器,相联的部位轴向工频亦相应较大，则齿轮振动可能只是,不对中故障所产生的过大的轴向力的响应,。,轴向工频有可能是,角度不对中,，也有可能是,轴承不对中,。一般情况，,角度不对中,，,轴向工频,振值比,径向,为大,；,而,轴承不对中,正好相反，因为后者是由不平衡引起，它只是对不平衡力的一种响应。,通频振动,：,表示振动原始波形的振动幅值,。,选频振动,：,表示所选定的某一频率正弦振动的幅值。,工频振动,：,表示与所测机器转子的旋转频率相同的正弦振动的幅值。,基频振动,：,工频振动,又叫,基频振动,。,例：,对于工作转速为6000r/min的机器，工频振动频率是100HZ。,6,1,5,转轴弯曲故障的机理,设备停用一段较长时间后重新开机时，常常会遇到振动过大甚至无法开机的情况。这多半是设备停用后产生了转子轴弯曲的故障。转子弯曲有,永久性弯曲,和,临（,暂,）,时性弯曲,两种情况。,永久性弯曲,是指转子轴呈弓形。造成永久弯曲的原因有设计制造缺陷,(,转轴结构不合理、材质性能不均匀,),、长期停放方法不当、热态停机时未及时盘车或遭凉水急冷所致。,临时性弯曲,指可恢复的弯曲。造成临时性弯曲原因有预负荷过大、开机运行时暖机不充分、升速过快等致使转子热变形不均匀等。,轴弯曲振动的,机理,和转子质量偏心类似，因而都要产生与,质量偏心类似,的,旋转矢量激振力,，与,质心偏离不同,点是,轴弯曲,会使轴两端产生,锥形,运动，因而在轴向还会产生较大,的,工频振动,。,转轴弯曲故障的振动信号特征,：,（轴弯曲故障的振动信号与不平衡基本相同。）,时域波形为近似的等幅正弦波；,轴心轨迹为一个比较稳定的圆,或,偏心率较小的椭圆，,由于轴弯曲常陪伴某种程度的轴瓦摩擦，故,轴心轨,迹有时会有摩擦的特征；,频谱成份以转,动,频,率,为主，伴有高次谐波成份。与不平衡故障的区别在于：弯曲在轴向方面产生较大的振动。,6,1,6,转轴横向裂纹的故障机理,转轴横向裂纹的振动响应与所在的位置、裂纹深度及受力的情况等因素有极大的关系，因此所表现出的形式也是多样的。在一般情况下，转轴每转一周，裂纹总会发生张合。转轴的刚度不对称，从而引发非线性振动，能识别的振动主要是,1X,、,2X,、,3X,倍频分量。,转轴横向裂纹的振动信号特征,：,振动带有非线性性质，出现旋转频率的,l,、,2,、,3,等高,倍分量，随裂纹扩展，刚度进一步下降，,l,、,2,等频率,幅值随之增大，,相位角则发生不规则波动,，,与不平衡相角稳定,有差别,。,开停机过程中，由于非线性谐频关系，会出现,分频共振,，即转,子在经过,1,2,、,1,3,临界转速时，相应的高倍频,(2,、,3),正好与临界转速重合，振动响应会出现峰值。,裂纹的扩展速度随深度的增大而加速，相应的,l,、,2,（倍频）,的振动也会随裂纹扩展而快速上升，同时,1,、,2,相位角出现异常波动,。,全息谱表现为,2,倍频的,椭圆,形状,，与,轴系,不对中的扁圆,形状,有明显的差别。,故障甄别,稳态运行时，应能与不对中故障区分。全息谱是最好的区分方法。,6.1.7,连接松动故障的机理,松动振动异常的基本原因,：,振动幅值由,激振力,和,机械阻抗,共同决定，松动使,连接刚度下降,，这是,松动振动异常的基本原因,。,支承系统松动引起异常振动的机理,：,从,以下,两个侧面加以说明。,1),当轴承套与轴承座配合具有较大间隙或紧固力不足时，轴承套受转子离心力作用，沿圆周方向发生周期性变形，改变轴承的几何参数。进而影响油膜的稳定性。,2),当轴承座螺栓紧固不牢时，由于结合面上存在间隙，使系统发生不连续的位移。,上述两顶因素的改变，都属于非线性刚度改变，变化程度与激振力相联系，因而使松动振动显示出非线性特征。松动的典型特征是产生,2,及,3,、,4,、,5,等高倍频的振动。,连接松动故障的振动特征,：,轴心轨迹混乱，重心飘移,。,频谱图中，具有,3,、,5,、,7,等高阶奇次倍频分量，,也有偶次分量。,松动方向的振幅大。,当,高次谐波的振幅值大于转,动,频,率,振幅的,1/2,时，应怀疑有松动故障。,6,1,8,碰摩故障的机理,动静件之间的,轻微摩擦,，开始时故障症状可能并不十分明显，特别是滑动轴承的,轻微碰摩,，由于润滑油的缓冲作用，总振值的变化是很微弱的，主要靠,油液分析,发现这种早期隐患；有经验的诊断人员，由,轴心轨迹,也能做出较为准确的诊断。,当动静碰摩发展到一定程度后，机组将发生,碰撞式大面积摩擦,，碰摩特征就将转变为主要症状。,动静碰摩的特点分析：,动静碰摩与部件松动具有类似特点。,动静碰,摩是当间隙过小时发生动静件,接触再弹开,，改变构件的动态刚度；,松动,是连接件紧固不牢、受交变力,(,不平衡力、对中不良激励等,),作用，周期性地,脱离再接触,，同样是改变构件的动态刚度。,不同点是,，前者还有一个,切向的摩擦力，使转子产生涡动,。转子强迫振动、碰摩自由振动和摩擦涡动运动叠加到一起，产生出复杂的、特有的振动响应频率。,由于碰摩力是不稳定的接触正压力，时间上和空间位置上都是变化的，因而摩擦力具有明显的非线性特征,(,一般表现为丰富的超谐波,),。因此，,动静碰摩与松动相比,，,动静碰摩,振动成分的周期性相对较弱，而非线性更为突出。,碰摩故障的振动特征,：,1),时域波形存在“削顶”现象，或振动远离平衡位置时出现高频小幅振荡。,2),频谱上除转子工频外，还存在非常丰富的高次谐波成分,(,经常出,现在气封摩擦时,),。,3),严重摩擦时，还会出现,1,2,、,l,3,、,1/N,等精确的分频成,分,(,经常出现在轴瓦磨损时,),。,4),全息谱上出现较多、较大的高频椭圆，且偏心率较大。,5),提纯轴心轨迹,(1,、,2,、,3,、,4,合成,),存在“尖角”。,6),轴瓦磨损时，还伴有轴瓦温度升高、油温上升等特征，气封摩,擦时，在机组起停过程中，可听到金属摩擦时,的,声,音,。,7),轴瓦磨损时，对润滑油样进行铁谱分析，可发现如下特征：,谱片上磁性磨粒在谱片入口沿磁力线方向呈长链密集状排列，且存在超过,20m,的金属磨粒；,非磁性磨粒随机地分布在谱片上，其尺寸超过,20m,；,谱片上测试的光密度值较上次测试有明显的增大。,碰摩故障的故障甄别：,1),由于故障机理与松动类似，两者不容易加以区分。据现场经验,：,松,动,a.,松动时以高次谐波为特征,；,b.,松动振动来源于不平衡力，故松动振动随转速变化比较明显,；,c.,在波形表现形式上,：,松动则不存在削顶问题。,碰,摩,a.,摩擦时以分谐波为特征,；,b.,碰摩受间隙大小控制，与转速关系不甚密切,；,c.,在波形表现形式上,：,摩擦常可见到削顶波形,。,2),局部碰摩与全弧碰摩的区分,全弧碰摩,分频明显，超谐波消失，,局部轻摩擦,很少有分频出现，谐波幅值小但阶次多，,局部严重摩擦,介于两者之间，有分频也有低次谐波，且谐波幅值比基频还大。基频则由未碰撞前的较大值变为较小值。,在轨迹上,，,局部摩擦轨迹,乱而不放大，正进动；,连续全弧摩擦,则随时间逐渐扩散，进动方向为反进动。,6.1.9,喘振的机理,喘振,是一种很危险的振动，常常导致设备内部密封件、叶轮导流扳、轴承等损坏，甚至导致转子弯曲、联轴器及齿轮箱等机构损坏。它也是流体机械特有的振动故障之一。,喘振,是压缩机组严重失速和管网相互作用的结果。它既可以是管网负荷急剧变化所,引起,，也可以是压缩机工作状况变化所,引起,。,当进入叶轮的气体流量减少到某一最小值时，气流的分离区扩大到整个叶道，使气流无法通过。这时叶轮没有气量甩出，压缩机出口压力突然下降。由于压缩机总是和管网连在一起的，具有较高背压的管网气体就会倒流到叶轮里来。瞬间倒流来的气流使叶轮暂时弥补了气体流量的不足，叶轮因而恢复正常工作，重新又把倒回来的气流压出去，但过后又使叶轮流量减少，气流分离又重新发生。如此周而复始。压缩机和其连接的管路中便产生出,一种低频率高振幅的压力脉动,，造成机组强烈振动。,喘振,是压力波在管网和压缩机之间,来回振荡,的现象，其强度和频率不但和压缩机中严重的旋转脱离有关，还和管网容量有关；,管网容量越大，则喘振振幅愈大，频率愈低,；管网容量小，则喘振振幅小，喘振频率也较高，一般为,0.5,20Hz,。,6,2,不平衡分析案例,例6-1,：,某厂芳烃车间一台离心式氢气压缩机是该厂生产的关键设备之一。驱动电动机功率为,610KW,，压缩机轴功率,550KW,，主机转,子,转速,15300r,min,，属,4,级离心式回转压缩机，工作介质是氢气，气体流量,38066m,3,h,，出口压力,1.132MPa,，气体温度,200,，该压缩机配有本特利公司,7200,系列振动监测系统；测点有,7,个，测点,A,、,B,、,C,、,D,为压缩机主轴径向位移传感器，测点,E,、,F,分别为齿轮增速箱高速轴和低速轴轴瓦的径向位移传感器，测点,G,为压缩机主轴轴向位移传感器。,该机组于,5,月中旬开始停车大检修，,6,月初经检修各项静态指标均达到规定的标准。,6,月,10,日下午启动后投入催化剂再生工作。再生工作要连续运行一周左右。再生过程中工作介质为氮气。压缩机启动后，各项动态参数，如流量、压力、气温、电流振动值都在规定范围内，机器工作正常,。,运行不到两整天，于,6,月,12,日上午振动报警,：,测点,D,振动值越过报警限，高达,60,80m,之间波动,；,测点,C,振动值也偏大，在,50,60m,之间波动,；,其它测点振动没有明显变化。,当时，,7200,系统仪表只指示出各测点,振动位移的峰,峰值,，它说明设备有故障，但是什么故障就不得而知了。依照惯例，设备应立即停下来，解体检修，寻找并排除故障，但这要使再生工作停下来，进而拖延全厂开车时间。,故障分析,利用计算机进行了频谱分析，见图,6-1,，并与故障前,5,月,21,日相应测,点的频谱图,6-2,进行对比，发现：,图,6-1 6,月,12,日,D,点频谱图,图,6-2 5,月,21,日,D,点频谱图,1,倍频的幅值明显增加，,C,点增大到,5,月,21,日的,1.9,倍，,D,点增大,1.73,倍。,其它倍频成分的幅值几乎没变化。,根据以上特征，可作出以下结论：,1),转子出现了明显的不平衡，可能是因转子的结垢所致；,2),振动虽然大，但属于受迫振动，不是自激振动。并不可怕。,谐波,频率,HZ,21/5,日，,振幅,12/6,日，,振幅,改变量,1,254.88,170.93,295.62,125,2,510.80,38.02,38.82,0,3,764.65,34.40,35.38,1,4,1021.53,23.38,26.72,3,采取措施与事后复查,根据前述结论，因此做以下处理：,1),可以不停机，再维持运行,4,5,天，直到,催化剂,再生工作完成；,2),密切注意振动状态，再生工作完成后有停机的机会，做解体检查。,6,月,18,日催化剂再生工作圆满完成，压缩机停止运行。,6,月,20,日对机组进行解体检查，发现机壳气体流道上结垢十分严重，结垢最厚处达,20mm,左右。转子上结垢较轻，垢的主要成分是烧蚀下来的催化剂，第一节吸入口处约,3,4,的流道被堵，只剩一条窄缝。,因此检修主要是清垢，其它部位如轴承、密封等处都未动，然后安装复原，总共只用了两天时间。,6,月,25,日压缩机再次起动，压缩机工作一切正常。,6,3,轴弯曲分析案例,例6-2，,某公司一台,200MW,汽轮发电机组，型号为,C145,N200,130,535,535,，型式为超高压、中间再热单抽冷凝式。,1982,年,11,月投产，,1994,年首次大修，至高压转子发生弯轴故障前，已运行近,6,年，共进行过,7,次小修。,在长期的运行中，该机高压转子振动一直保持在较好范围，轴承振动小于,10m,，轴振动小于,100m,。,1998,年在一次热态起动时,#2,、,#3,轴、,#1,、和,#2,轴承振动出现短时突增，被迫,紧急关小,闸,门,；再次,开大蒸汽闸门，使转子迅速加速，冲过临界转速（称为,冲车,）,后并网运行。,并网后，,#2,轴和,#1、#2,轴承振动虽然仍处于良好范围，但其振动有明显增大趋势，经连续观察运行近一月，也未能恢复至以前运行时的振动水平。,为此，结合该机历史振动数据、停机前后振动数据及运行参数进行诊断分析。,(1),振动趋势历史数据,在长期运行中，该机,l#,、,2#,轴承振动分别为小于,2,m,及小于,10,m,，,2#,轴的振幅为,80,90,m,。,为便于突出比较，停机前振动数据选取,4,月,2,5,日，热态起动后数据选取,4,月,6,9,日的，作该期间的振动趋势记录曲线。见图,6-3,。,该趋势记录曲线表明长期运行时高压转子的轴及轴承振动均处于优秀范围，热态起动后高压转子轴承及轴振动仍然在正常范围以内。,图,63,振动历史历程,曲线,1,停机前,1#,轴承振动,2,m,，热态启动后，为,6m,曲线,2,停机前,2#,轴承振动,10,m,，热态启动后，为,16,18m,曲线,3,停机前轴振幅,80,m,，热态启动后，为,120,140m,(,2),停机前后数据,1998,年,4,月,5,日因处理锅,炉,隐患而停机，停机时主要参数及振动数如下：,1),停机前各轴承和轴振动数据如表,6,-2,(,略）,所示，停机前各轴承和轴振动均在良好范围，其中，,1,#,、,2,#,轴及轴承振动均处于优秀标准以内,，反映,高压转子停机前状态良好,。,2),停机时的临界振动数据,。,查一周振动趋势记录，,2#,、,3#,轴停机临界振动值均未超过,230m,，处于良好范围。,3),停机主要参数,(4,月,5,日,),：,停机过程的电流、各点振动、温度等均属正常。,4),热起动,(4,月,6,日,),主要参数与振动数据：,主,要动力蒸,汽参数：压力,2.2MPa,，温度,412,，再热汽温度,392,，真空,77kPa,，大轴挠度值,30m,，主机润滑油温,40,。,4,：,25,冲车：低速,(500 r,min),、,10min,，摩擦检查。,4,：,25,升速至,1600r,min,，此时,1#,轴承振动达,120m,，,2#,轴承振动达,65m,，,2#,、,3#,轴振动达到监测表的满量程（即轴振动值已,大于,400m,），运行人员采取紧急,关,闸措施停机。,5,：,05,转子静止投盘车，大轴挠度值增大为,120m,，盘车电流,32A,。,6,：,40,再次起动，快速冲车至,3000 r,min,定速，然后并入电网。,从热态启动数据知,：在起动过程中，机组,1#,、,2#,轴承及,2#,、,3#,轴振动异常增大，紧急,关,闸停机后，电动盘车时,机,组大轴挠度值增加较大，盘车电流略有增加。,5),热态起动运行后的振动数据,自再次起动并网后，机组高压转子轴和轴承振动均未能恢复历史振动水平，尽管,1#,、,2#,轴承振动均小于,20m,，仍处于优秀振动标准,表5-7的,范围内，但与历史数据比较均有所增大。尤其是,2#,轴的振动增大显著。从频率成分来看，主要是一倍频成分增加，其余频率的振动成分无变化,，见表6-3（略）,。,6),运行近一月后，停机时临界振动数据,4,月,30,日，该机因电网调峰转为备用,而,停机。在机组停机惰走降速过程中，,2#,轴和,l#,、,2#,轴承临界振动值比历史数据有成倍的增加，其振动成分是,1,倍频,，机组停机时的临界振动数据见表6-4。,(3),数据分析,综合图,6,一,3,、表,6,2,至表,6,4,数据及起动前后运行参数分析，可得出下列分析结论：,1),探头所在处的转子跳动值从,30m,增加至,120m,，比起动前增大了,4,倍，反映出高压转子挠曲程度加剧，提示可能已产生转子弯曲。,2),从振动频率以及振值随转速变化的情况来看。其症状和转子失衡极为相似。但停机前运行一直很正常，只是在机组停车后再次起动中振动异常，且在并网后一直维持较大振值，,缺乏造成转子失衡的理由或转子零部件飞脱的因素，故可排除转子失衡的可能,。,3),综合二次起动及并网运行一个月后停机惰走振动情况，表明机组在第一次起动时即存在较大的热弯曲，而停车后间隔,l.5h,再次起动，,盘车时间不足，极易造成转子永久性弯曲,。,在第一次热态起动时，高压转子的轴及轴承振动急剧增加,(,转速,高,达,1600r,min,时，轴振,幅,即已超满量程值，即至少已大于,400m,，表明在第一次起动时，转子存在较大的热弯曲，,而停车,1.5h,后再次起动，盘车时间严重不足，极易造成转子永久性弯曲,。,机组起动并网连续运行近一月，其振动一直处于稳定状态。,1#,、,2#,轴承和,2#,轴振幅在热态起动后比历史数据有明显的增大。并且,振幅增大的主要原因是一倍频振幅增大,。工频振幅的增大反映出转子弯曲程度的增大，振幅的稳定反映出弯曲量的大小基本恒定。,查起动后运行近一月的频谱图，除,1,倍频振动和,2#,轴处的少量,2,倍频振动成分外，无其它振动频率成分。少量,2,倍频振动成分的产生，则分析认为是高压转子弯曲后与中压转子的对中性变差所造成的。,中、低压转子各轴承及各轴的振动与历史数据相比基本无变化，反映出故障的发生部位主要是在高压转子。,诊断结论,尽管该机,组,高压转子振动仍在良好范围以内，但从各种参数的综合分析来看，均表明高压转子上已发生了转子弯曲故障。而无论是转子弯曲引起机组过临界振动过大或是存在围带损伤等事故隐患，均对该机组安全运行构成极大的威胁。因此，诊断分析的结论是：该机立即进行提前大修，解体查明故障并予以消除。,解体大修检查情况,：,5,月,4,日，该机提前转入大修。经揭缸解体检查证实，高压转子前汽封在距调速级,180mm,处弯曲,0.08mm,，中压转子在,19,级处弯曲,0.055mm,，高压汽封、围带、隔板汽封和中压汽封、隔板汽封及围带均有不同程度的,摩擦损伤,，其中，中压,19,级近半圈围带前缘已磨坏，为此，高压转子采取直轴、中压转子采取低速动平衡处理，同时对损伤的围带也进行了相应的处理，经大修处理后高压转子振动重新恢复到优秀标准内。,6,4,不对中分析案例,例,1,：主风机对中不当造成的故障,某冶炼厂一台新上的烟机一主风机组于,1997,年,5,月中旬投用。机组配置及测点如图,64,所示。,首先，该机组在不带负荷的情况下试运了,3,天，振,幅,约,50m,，,5,月,20,日,2:05,开始带负荷运行，各测点振值均有所上升，尤其是,2#,测点的振动由原来的,55m,上升至,70m,以上，运行至,16,：,54,机组发生突发性强振，现场的本特利监测仪表指示振动满量程，同时机组由于润滑油压低而联锁停机。停机后，惰走的时间很短，大约只,l,2min,，停车后盘不动车。,电动机,增速箱,风机,烟机,6,5,4,3,2,1,图,64,机组配置及测点图,机组事故停机前振动特点如下：,1)20,日,16,：,54,之前，各测点的通频振值基本稳定，其中烟机,2#,轴承的振动大于其余各测点的振动。,20,日,16,；,54,前后，机组振值突然增大，主要表现为联轴器两侧轴承,即,2#,、,3#,轴承振值显著增大，如表,64,所示。,表,64,强振前后各轴承振动比较,注意：,2#,轴承与,3#,轴承变化最大，说明最接近故障点。,2)20,日,14:31,之前，各测点的振动均以转子工频、,2,倍频为主，同时存在较小的,3,、,4,、,5,、,6,等高次谐波分量，,2#,测点的合成轴心轨迹很不稳定，有时呈香蕉形，有时呈“,8,”字形，图,6-5,是其中一个时刻的时域波形和合成轴心轨迹,(1,、,2),。,部位,1#,轴承,2#,轴承,3#,轴承,4#,轴承,强振前振值,26,76,28,20,强振时振值,50,232,73,22,图,6-5 2#,测点的合成轴心轨迹图,(1,倍频、,2,倍频,),a)轴心轨迹b)径向振动波形,3)20,日,14,：,31,时，机组振动状态发生显著变化。从时域波形上看，机组振动发生跳变，其中,2#,、,3#,轴承的振动由大变小（如，烟机后,水平,方向由,65.8m,降至,26.3m,，如图,6-6,所示），而,1#,与,4#,的振动则由小变大（如烟机前,垂直,方向由,14.6m,升至,43.8m,，如图,6-7,所示），说明此时各轴承的载荷分配发生了显著的变化，很有可能是由于联轴器的工作状况改变所致。同时，,2#,轴承,V,方向出现很大的,0.5,成分，并超过工频幅值，,H,方向除有很大的,0.5,成分外，还存在突出的,78Hz,成分及其它一些非整数倍频率分量，如图,68,所示。烟机前,78Hz,成分也非常突出。这说明此时机组,动静碰摩,加剧。,图,68 2#,轴承振动频谱图,4),机组运行至,20,日,16,：,54,前后，机组振值突然急剧上升，烟机后,V,方向和,H,方向的振值分别由,45m,、,71m,上升至,153m,和,232m,，其中工频幅值上升最多。且占据绝对优势（,V,方向和,H,方向工频幅值分别为,120m,和,215m,），同时,0.5,倍频,及高次谐波幅值也有不同程度的上升。这说明，此时烟机转子已出现,严重的转子不平衡,现象。,5),开机以来，风机轴向振动一直较大，一般均在,80m,以上，烟机的轴向振,幅,也在,30,50m,之间。,20,日,16,：,54,达最大值,115m,，其频谱以,1,为主，轴向振动如此之大，这也是很不正常的。,不对中故障的特征之一就是引发,1X,倍频的轴向窜动,。,频谱图及故障现象,故障分析结论,综上所述，可得出如下结论：,1),机组投用以来，风机与烟机间存在明显不对中现象，且联轴器工作状况不稳定。,2)20,日,14,：,31,左右，一联轴器工作状况发生突变，呈咬死状态，烟机气封与轴套碰摩加剧。其,直接原因是对中不良,，或联轴器制造缺陷。,3)20,日,16,：,54,，由于烟机气封与轴套发展为不稳定的全周摩擦，产生大量热量，引起,气封齿与轴套熔化,，,导致,烟机转子,突然严重失衡,，振值严重超标。,因此分析认为造成本次事故的主要原因是机组对正曲线,确定不当。,解体检查情况,事故后解体发现：,1),烟机前瓦,(1#,测点,),瓦温探头导线破裂；,2),副,推力瓦有磨损，但主推力瓦正常；,3),二级叶轮轮盘装配槽部位,的,法兰过热，有熔化痕迹及裂纹；,4),气封套熔化、严重磨损，熔渣达数公斤之多；,5),上气封体拆不下来；,6),烟机,主风机联轴,器,咬死，烟机侧有损伤。,机组修复后，在,8,月底烟机进行单机试运时，经测量发现烟机轴承箱,中分面向上膨胀,0.80mm,，远高于设计给出的膨胀量,0.37mm,。而冷态下,当时现场找正时烟机比风机反而高,0.396mm,，实际风机出口端轴承箱中,分面仅上胀,0.50mm,，故热态下烟机比风机高了：,0.80,0.396,0.50=0.696mm,，从而导致了机组在严重不同轴的情况下运行，加重下,联轴器的咬合负荷，引起联轴器相互咬死，烟机发生剧振。,例,2,：复合不对中故障的诊断,图,6-9,机组简图和测点布置,2000,年,4,月上旬某厂催化主风机检修后，开机运行，电动机轴承温度和振值都较正常,(,振值为,9m),。但是，半小时后电动机联轴器端轴承温度持续增加，振值从原,9m,一直升到,53m,，已经超出电动机制造厂出厂标准。,2000,年,4,月,17,日和,18,日对该机组进行了全面的测试。鉴于故障的发生位置主要在电动机侧，所以测试主要集中在电动机侧。,联机后，在正常载荷的情况下，测试结果分别如图6-10图6-16所示，各点的振幅见表6-7。,从以上测试结果中可以看出，电动机测点1轴向的振幅偏高，已经超该机组出厂的振动标准（小于50,m,），表现出故障频率主要为工频。同时，从电动机测点2垂直方向的频谱图上不难看出，其2倍频的振幅远高于工频对应的振幅。电动机水平方向的振幅较小，主要是工频成分。,对比图6-10、图6-11，联机状态下的轴向振幅53.0,m,是脱机状态下的轴向振幅25.4,m,和2倍，这是,角度不对中的特征,。,测点频谱图,图,6-12,测点,2#,垂直方向频谱图,图,6-14,测点,2#,水平方向频谱图,图,6-13,测点,3#,垂直方向频谱图,图,6-15,测点,3#,水平方向频谱图,图,612,到图,615,都是在联机状态下，图,612,中,1,阶转频的振幅很低，,2X,频振幅最高，对应的,3#,点垂直方向（图,613,）,1X,、,2X,、,3X,倍频幅值都存在。水平方向,2#,、,3#,点主要振动都是,1X,、,2X,倍频的振幅（图,6-14,、图,6-15,）。,这是不对中的特征,。,对比图6-12与图6-16，图6-16的主要振动是1倍频的振动，图6-12的主要振动是2倍频的振动。,从对图6-10图6-16的综合分析中可以看出：电动机轴和增速齿轮箱输入轴在垂直方向存在着严重的不对中。,解体后发现：,1),电动机轴和齿轮箱低速轴在垂直方向，相差,100m,，,已大大超过维修规范所要求的限值。,2),电动机的轴承室原刷镀层（修复的部位）发生变形，,使轴承室产生了一定的锥度，严重地破坏了原有的配合,精度。,这说明，在加载运行的初始阶段，电动机轴与其轴承维修时的正确位置并没有被破坏。因此，其壳体轴向的振动并不大。但是，电动机轴和齿轮箱低速轴在,垂直方向,存在严重的平行不对中，引起的动载荷迫使电动机滚动轴承逐渐离开原始的位置，发生了偏斜。这样，就造成了电动机轴和齿轮箱低速轴之间，又产生了,角度不对中,的故障。因此，它最终是一种复合型不对中，既包含了,平行不对中的特点，又存在角度不对中的特征,。,6,5,热变形分析案例,汽轮机、高温气体透平机、航空发动机等机器，需要引入高温、高压气体将整个缸体或壳体加热，介是缸体的不均匀的，上缸的温度大于下缸的，反映在转子上是上半侧的热传导量大，下半侧的热传导量小，如果转子在热态下静止不动，则很快会发生弯曲变形。,对于空压机而言，由于空气被压缩发热，而缸体上、下的结构并不对称，储热容量相差大，同样也能造成缸体、转子的不均匀热变形。因此，对于这种转子在起动之前必须充分盘车，避免起动后引起过大的振动。,例,6-5,转子热膨胀阶段的弯曲振动,某炼油厂催化车间一台离心式空压机，开车后轴振幅逐渐上升，启动约,40 min,，振幅达到,90m,，往后在操作参数不变状态下，振幅会自动逐渐下降，最后轴振幅稳定在,35m,左右，这是该机每次开车的振动规律。机器在开车阶段振幅较大的原因，是因为空压机到达额定压力后温度上升，转子的装配零件首先受热膨胀。由于轴上零件,(,叶轮、轴套、平衡盘、密封套和止推盘等,),的轴向接触端面彼此不平行，,热膨胀时迫使转轴强制弯曲,，产生不断增大的不平衡振动。,往后随着转子温度逐渐趋于均匀,，轴也获得充分伸长，消除了轴上装配零件对轴施加的热弯曲应力，因此转子因弯曲产生的不平衡振动就慢慢自动消失。,例6-6,壳体非均匀膨胀造成的振动,某炼油厂主风机启动两个小时，带上负荷后，风机出口侧振值急剧上升，最大达,164m,，机组振动频谱上，转子工频振动占绝对忧势；铁谱分析亦未发现明显磨损，红外测试表明，主风机外壳温度分布不均匀，外壳上对称位置温度差最大达,30,。分析认为导致强强振的,原因是,：风机开机由于负荷上升过快造成,壳体热膨胀不均,，,致使转子与壳体不同心,。一旦壳体到达热平衡，振值应会下降。两天后机组振值降至,89m,（一级报警值为,90m,），恢复正常。以后该机组开机时，注意,缓慢提升负荷,，再未发生类似情况。,图,6-17,锅炉引风机示意图,6,6,支承松动分析案例,例6-7,某发电厂一台大型锅炉引风机。由一台转速,840r,min,的电动机直联