不對(duì)中故障的分析與診斷技巧

1、不對(duì)中故障的分析與診斷技巧王殿武 張敬偉摘要 從追其不對(duì)中緣故，辮其不對(duì)中形式，熟知不對(duì)中 特點(diǎn)來(lái)談不對(duì)中故障分析與診斷的差不多原則，并以診斷實(shí)例進(jìn)行講明， 指出持續(xù)實(shí)踐是提升監(jiān)測(cè)成效和診斷水平的途徑之一。關(guān)鍵詞 不對(duì)中 分析 診斷 中圖分類號(hào) TB53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 B 用振動(dòng)法進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷時(shí)，應(yīng)力求做到概念 清晰、思路明確、方法得當(dāng)、刻苦實(shí)踐，才能取得中意的成效。一、診斷不對(duì)中故障應(yīng)做到概念清晰1追其不對(duì)中緣故一是設(shè)計(jì)對(duì)中考慮不夠及運(yùn)算偏差；二是安裝找正誤差和對(duì)熱態(tài)轉(zhuǎn) 子不對(duì)中量考慮欠佳；三是運(yùn)行操作上超負(fù)荷運(yùn)行和機(jī)組保溫不良，軸系 各轉(zhuǎn)子熱變形不一；四是機(jī)器基礎(chǔ)、底座沉降不均

2、使對(duì)中超差和軟地腳造 成對(duì)中不良；五是環(huán)境溫度變化大，機(jī)器熱變形不同。2辨其不對(duì)中形式軸頸在軸承中偏斜稱軸承不對(duì)中；用聯(lián)軸器連接的轉(zhuǎn)子不處在同一 直線上稱軸系不對(duì)中；軸系不對(duì)中可分為平行不對(duì)中、角度不對(duì)中、綜合 不對(duì)中。3熟知不對(duì)中特點(diǎn) 軸系不對(duì)中本身可不能產(chǎn)生振動(dòng)，要緊阻礙到油膜性能和阻尼， 在轉(zhuǎn)子不平穩(wěn)時(shí)，由于軸承不對(duì)中對(duì)不平穩(wěn)力的反作用，會(huì)顯現(xiàn)工頻振動(dòng)； 當(dāng)其不對(duì)中過(guò)大時(shí)，有可能使轉(zhuǎn)子失穩(wěn)或產(chǎn)生碰摩，在一定條件下會(huì)顯現(xiàn) 高次諧波振動(dòng) （負(fù)荷大時(shí)） 或引起油膜渦動(dòng)進(jìn)而導(dǎo)致油膜振蕩 （負(fù)荷輕時(shí)） 而軸系不對(duì)中將導(dǎo)致軸向、徑向交變力，引起其振動(dòng)特點(diǎn)頻率為轉(zhuǎn)子工頻 的軸向振動(dòng)和 2 倍頻重量的徑

3、向振動(dòng)。關(guān)于齒式聯(lián)軸器，平行不對(duì)中時(shí)產(chǎn) 生以軸向?yàn)橹鞯恼駝?dòng)，角度不對(duì)中及綜合不對(duì)中時(shí)和剛性聯(lián)軸器不對(duì)中一 樣，會(huì)產(chǎn)生徑向振動(dòng)和軸向振動(dòng)。二、診斷不對(duì)中故障務(wù)必思路明確1測(cè)軸振動(dòng)與測(cè)機(jī)殼（軸承座）的選擇因故障時(shí)轉(zhuǎn)子振動(dòng)的變化比軸承座敏銳，故用電渦流位移傳感器測(cè) 軸振動(dòng)是首選， 不具備條件時(shí)，可用速度（或加速度）傳感器測(cè)量機(jī)殼（軸 承座）的振動(dòng)。2分析頻帶的選擇因不平穩(wěn)、不對(duì)中故障均發(fā)生在低頻帶，故應(yīng)按照機(jī)組轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速選 分析頻帶為 1kHz 或 500Hz 以下為宜。3測(cè)量參數(shù)的選擇位移d、速度v、加速度a是描述振動(dòng)幅值大小的三個(gè)參數(shù)，由于 位移參數(shù)對(duì)100Hz以下的低頻信號(hào)敏銳，速度參數(shù)對(duì)1kH

4、z以下的低頻信號(hào) 敏銳，加速度參數(shù)對(duì) 1 kHz 以上的高頻信號(hào)敏銳，故不對(duì)中應(yīng)選位移或速 度參數(shù)。4診斷標(biāo)準(zhǔn)與參考圖譜的選擇在排除存在其他故障的情形下，按照機(jī)組類別和儀器功能進(jìn)行選 擇；做簡(jiǎn)易診斷可選絕對(duì)、相對(duì)、類比三種標(biāo)準(zhǔn)之一，在此基礎(chǔ)上再選機(jī) 組正常時(shí)的圖譜或不對(duì)中故障圖譜作為參考圖譜，用實(shí)測(cè)分析圖譜與之對(duì) 比作出周密診斷。三、診斷不對(duì)中故障力求方法得當(dāng) 進(jìn)行機(jī)組的故障診斷時(shí)，在熟知其故障振動(dòng)機(jī)理的基礎(chǔ)上，辨清各 故障之間的區(qū)別與聯(lián)系，以求在眾多的信號(hào)分析譜圖中，查找與不對(duì)中故 障對(duì)應(yīng)的特點(diǎn)信息。診斷不對(duì)中故障，可用時(shí)域波形圖、幅值（功率）譜、 相位譜、軸心軌跡（或提純的） 、全息譜、級(jí)

5、聯(lián)圖來(lái)識(shí)別。分別有如下一些 表現(xiàn)形式。1 時(shí)域波形為 1X、 2X 疊加的 M 形波形。2幅值、功率譜上 2X 重量大，常伴有 1X 及高次諧波；當(dāng)不對(duì)中 比較嚴(yán)峻時(shí)，會(huì)顯現(xiàn)準(zhǔn)確的分頻 X12、 X13 及調(diào)制和差頻成分 1X、 3X。3軸線平行不對(duì)中的振動(dòng)頻率有明顯的 2X 特點(diǎn)，而相位是基頻 的 2倍；角度不對(duì)中的振動(dòng)頻率具有徑向 2X 特點(diǎn)，激振力振幅對(duì)轉(zhuǎn)速敏銳； 綜合不對(duì)中特點(diǎn)頻率為2X，激振力幅與不對(duì)中量成正比，且隨轉(zhuǎn)速升高而加大；聯(lián)軸器同側(cè)相互垂直的兩個(gè)方向上， 2X相位差是基頻的2倍4. 在聯(lián)軸器兩側(cè)同一方向的相位差：在平行不對(duì)中時(shí)為0°,角 度不對(duì)中時(shí)為180

6、6;,綜合不對(duì)中時(shí)為0°180°。5. 振動(dòng)方向上：平行不對(duì)中要緊以軸向?yàn)橹鳎嵌炔粚?duì)中和綜合 不對(duì)中時(shí)徑向、軸向均較大。6 .軸心軌跡呈雙環(huán)橢圓，提純軸心軌跡呈香蕉形或 8字形；其進(jìn) 動(dòng)方向?yàn)檎M(jìn)動(dòng)。7. 全息譜上2X、4X橢圓較扁，且兩者長(zhǎng)軸近似垂直。8. 振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速、負(fù)荷變化明顯；油溫、介質(zhì)溫度變化有阻礙；但 不隨壓力、流量變化。四、實(shí)踐現(xiàn)以汽輪發(fā)電機(jī)組故障診斷為例,踐。2彳'介紹輪發(fā)電機(jī)組，正常運(yùn)行時(shí)各測(cè)點(diǎn)紹上述不對(duì)中故障的分析與診斷差不多原則的實(shí)I 中國(guó)鋁業(yè),03年8月初以來(lái)，振動(dòng)呈逐步平緩上升趨勢(shì)。為幸免設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)惡化，需查找故障源排圖1所示測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了

7、河南分公司熱力廠的汽:2SLJ振值較小,門(mén)振動(dòng):示測(cè)點(diǎn)進(jìn)行婕測(cè)分析診骷布命飾因此，離機(jī)9月16日對(duì)該機(jī)組按1 .按照機(jī)組結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析大型機(jī)組常見(jiàn)振動(dòng)故障類型有：齒輪和滾動(dòng)軸承損害、不平穩(wěn)、 不對(duì)中、軸彎曲、軸裂紋、支承聯(lián)接松動(dòng)、動(dòng)靜碰摩、軸配合失效、油膜 渦動(dòng)、油膜振蕩、旋轉(zhuǎn)失速、喘振等。因該機(jī)組是滑動(dòng)軸承支承的轉(zhuǎn)子， 故不存在滾動(dòng)軸承損害故障；由于機(jī)組振動(dòng)呈逐步平緩上升趨勢(shì)，依據(jù)此 急、突發(fā)不平穩(wěn)、軸彎曲、振動(dòng)形式和特點(diǎn)及機(jī)組情形，可排除原始不1000150030003S0IJ軸裂紋、軸配合失效、油膜振蕩、旋轉(zhuǎn)失速、表:1170幾發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)121振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)（雙振幅）卩 m選用電渦流位

8、移傳感器 （水平、 垂直、鑒相）測(cè)機(jī)組軸的振動(dòng)。 鑒于機(jī)組轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為 3000r/min （50Hz ），故選分析頻帶為 500Hz 以下。由 初步分析知，該機(jī)組可能發(fā)生的故障是漸變不平穩(wěn)、不對(duì)中、支承聯(lián)接松 動(dòng)、動(dòng)靜碰摩、油膜渦動(dòng)，而這些故障均與轉(zhuǎn)子工頻（50Hz）、半頻或倍頻 等低頻成分有關(guān)，且因電渦流位移傳感器本身輸出的是位移參數(shù)，故選位 移參數(shù)作為測(cè)量參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，選表 1 作為振動(dòng)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，并以機(jī)組 正常時(shí)的圖譜作為參考圖譜，用當(dāng)時(shí)所測(cè)圖譜與其進(jìn)行對(duì)比分析診斷，以 確診機(jī)組的故障類型。2按照機(jī)組信號(hào)各譜圖出現(xiàn)的故障對(duì)應(yīng)特點(diǎn)來(lái)識(shí)別故障 經(jīng)監(jiān)測(cè)對(duì)比分析，機(jī)組各測(cè)點(diǎn)的振值較正常時(shí)有所增

9、大，專門(mén)是 測(cè)點(diǎn) 3,測(cè)點(diǎn) 4 的振值增大較多；鑒于測(cè)點(diǎn) 3 處振值占首位，因此， 選測(cè)點(diǎn) 3 的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行對(duì)比分析診斷。由圖 2和圖 3 的時(shí)域波形對(duì)比可知：機(jī)組正常時(shí)，垂直方向和水 平方向上均出現(xiàn)出平穩(wěn)的等幅正弦波；其通頻雙振幅值，垂直方向上為 28 卩m,水平方向上為38卩m,均屬表1振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)“良好”。而機(jī)組專門(mén)時(shí)， 垂直、水平兩方向上的波形均發(fā)生畸變，專門(mén)在水平方向上出現(xiàn)出明顯的 工頻、2倍頻迭加的“M”形波形；其通頻雙振幅值，垂直方向上為42卩m, 水平方向上為64卩m,且已超過(guò)表1振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的“良好”，其振值是正常時(shí) 的 1.7 倍。由此可初步判定為轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障。ms200308

10、06罌與時(shí)務(wù)真期|探樣歷史嫂據(jù)_熱力廠FI1ItI63£11亠4.厶一丿2機(jī)組正常期砌點(diǎn)3提動(dòng)歟攢團(tuán)一|41.5-20.70.00-20.7rV3VX 50Y 21PP3H X 50Y 30PP240320400200；308區(qū)詢 酬4仿真鑒相采樣訊 X 30.4觸妙滸點(diǎn)3振動(dòng)位移幅值譜E Wi 41.5-r20.7£史數(shù)爛0熱虻2403204003VX 50Y 26-20.7時(shí)域，戰(zhàn)103.6 n77.7 -51.8 25.9 0.00-103.677.75L825.90.00! "I8 H ；»0卿苗桁昭十F罐解榕ItI IIIr1卄一一 r11+廠

11、卜著3-岫制的贍3犧梯時(shí)躺-LO1_1_IUI11丄一 IIY -1IrrYTI11111i>11-Li L-1丄.1J11111ii11111F11i11-k-« 一4-4-丨11P1r111a.!_ |r11111rir-一一7 ' 1 -1 At1 ti)1il2L : |kt a11iI113H X 50Y 46.6PP0SO160240320400Hz20030916 16 ：44仿真鑒相采樣圖5機(jī)組異常時(shí)的測(cè)點(diǎn)3振動(dòng)位移幅值譜由圖4和圖5的幅值譜對(duì)比可知：機(jī)組正常時(shí)，垂直、水平方向上均 以工頻能量為主，分別為21卩m、30卩m; 2倍頻能量專門(mén)小，分別為7卩

12、 m、12卩m,沒(méi)顯現(xiàn)高次諧波。機(jī)組專門(mén)時(shí)，垂直、水平兩方向上工頻能 量有所增加，但2倍頻能量明顯增大，垂直方向上為15卩m,是正常時(shí)的2 倍，水平方向?yàn)?6卩m,是正常時(shí)的3倍，且顯現(xiàn)了較小的高次諧波。由 以工頻能量為主，2倍頻成分明顯增大且有較小高次諧波之特點(diǎn)，因而可進(jìn)一步推斷為轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障。3V；453H：45332 223j611.80*00-11.8軸心軌跡.謔液&620030fi06 10:04U 8丹啊“0.00-11.8*23.604080 120 L6Amfr1 u aY-IL5歷史數(shù)據(jù)2LO3jAm/DTV »!率成分：通頼1-一UI I r -rn I

13、 _1"FB 1; 11S1- 1-一一卜E *1 1_L L_ |L L-1r 11 . 11 11 LL L1 ii1iif廠Ir f1iii /r ft超力廠圖6機(jī)組正常時(shí)的測(cè)點(diǎn)3仿真鑒相軸心軌跡圖軸心軌謎”濾波熱力廠3V：453H：45HX 4.9Y皿9歷史數(shù)據(jù)m20030916 16： 44仿富簽相采樣圖7機(jī)組異常時(shí)的測(cè)點(diǎn)3仿真鑒相軸心軌跡圖由圖6和圖7的仿真鑒相軸心軌跡圖對(duì)比可知：機(jī)組正常時(shí)，其軸心 軌跡是一個(gè)較為穩(wěn)固的規(guī)則橢圓。而機(jī)組專門(mén)時(shí)，軸心軌跡圖畸變?yōu)楸粨p 害的香蕉形。由此也充分表明是轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障。依據(jù)測(cè)點(diǎn) 3 靠近聯(lián)軸器軸承處，具有振動(dòng)較大特 點(diǎn)，也符合轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障的規(guī)律性，綜合上述各譜圖分析，可推知機(jī)組 發(fā)生的不是漸變不平穩(wěn)、支承聯(lián)接松動(dòng)、動(dòng)靜碰摩、油膜渦動(dòng)故障。參照 不對(duì)中故障振動(dòng)信號(hào)特點(diǎn)，最終診斷為汽輪發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生了稍為明顯的轉(zhuǎn) 子不對(duì)中故障，但不嚴(yán)峻。鑒于其振值未接近報(bào)誓值且轉(zhuǎn)子振動(dòng)是平緩漸 變的，可不能突然造成機(jī)器