振动故障诊断要点

风机振动故障诊断及处理

摘要：本文通过分析图谱来判断风机的工作状况及故障所在。主要介绍风机等旋转机械的故障机理、风机状态监测与故障诊断技术的发展趋势。

关键词：风机；故障诊断；振动

1 风机故障机理研究

风机的故障常从振动状况方面体现出来，根据振动信号进行监测与诊断是 目前风机设备维护管理的主要手段，经过多年的发展与完善，风机振动故障诊断已经形成了比较完备的理论与技术体系。近年来，随着非线性理论的发展，尤其是信号处理、知识工程和计算智能等理论技术与故障诊断的融合渗透，使风机故障诊断的内容得到了进一步的丰富与充实。

发生故障的风机设备在运行中一般处于非线性振动状态 ，应用非线性动力学理论，针对电机组轴系存在的关键振动问题，建立了转子非线性动力学模型，从理论、试验和数值计算等方面，对各种故障因素影响下的动力学行为进行了综合分析，提出了对轴系振动故障进行综合治理的方案。阐述了风机等旋转机械常见故障，如不平衡、不对中、弯曲、裂纹、松动、碰摩、喘振、油膜涡动、油膜振荡、旋转失速等故障的产生机理，以表格的形式总结出了各种故障与振动特征、敏感参数和故障原因之间的对应关系，给出了相应的治理措施。

总体来说，风机振动故障产生于4个方面：电机、风机本身、

基础和风管。其因果分析如图 1所示，其中由风机本身原因引起的故障占主导地位。

2 风机故障的诊 断推理

目前，故障诊断推理过程中采用的方法较多，按照它们隶属的学科体系，可以将其分为 3类：基于控制模型故障诊断、基于模式识别故障诊断和基于人工智能故障诊断。

（1）基于控制模型的故障诊断

对于动态系统，若通过理论或实验方法能够建立模型，则系统参数或状态的变化可以直接反映设备物理系统或物理过程变化，为故障诊断提供依据。此方法涉及模型建立、参数估计、状态估计和观测器应用等技术，其中，参数与状态估计技术是关键，需要系统的精确模型，在实际生产环境中，对于复杂的设备而言，该方法不是经济可行的。

状态监测与诊断技术　

文章编号：１６７１—０７１　１（２０１　１）０１—００６１—０３　投　叛　

典型振动故障的诊断　

申大勇　

（锦州石化公司设备研究所，辽宁锦州　１２１００１）　

摘要：结合实例说明大型旋转机械四种典型振动故障：转子的不平衡、转子的不对中、地脚螺栓松动及　

油膜振荡等的诊断方法及处理。　关键词：故障诊断；不平衡；不对中；油膜振荡　

中图分类号：ＴＨ１７　文献标识码：Ｂ　

旋转机械典型的振动故障有：转子的不平衡、转子的　

不对中、地脚螺栓松动及油膜振荡等故障。　１．转子的不平衡故障及其诊断　

旋转机器转子的质量不平衡所产生的离心力始终作用　在转子上，转子每旋转一周，就在转子或轴承的某一测点　

处产生一次振动响应，因此其振动频率就是转子的转速频　率，ＮＩＦ＝ｎ／６０，转速频率也称为工频（基频），这种频率成　分很容易在频谱图上观察到。转子不平衡故障的特征是：　

在转子径向测点的频谱图上，转速频率成分具有突出的峰　

值；转速频率的高次谐波幅值很低，因此反映在时域上的　

波形接近于一个正弦波；除了悬臂转子之外，对于普通两　端支撑的转子，轴向测点上的振动值一般并不明显。图１是　

一幅典型的不平衡振动频谱图，图中转速频率成分幅值占　有最大比例，这是不平衡振动的明显特征，其波形图基本　上是一个标准的正弦波。图中出现２ｘ（ｒ／ｒａｉｎ）、３ｘ（ｒ／ｍｉｎ）的　

一些高频成分，主要是系统受非线性振动的影响。　实例：某煤电厂２墩风机运行一段时间后，转子振动值　逐渐增大，接近机组的报警值。振动测试表明，振动以　频为主，其他频率的振动幅值很小，初步诊断为机组存在　

ｒ／ｍｉｎ　图１典型的不平衡振动频谱图　不平衡故障。解体后发现电动机叶片多处被打伤，从而破　

坏了电动机转子的动态平衡。　

２．转子不对中故障及其诊断　

不对中是旋转机器最常见的故障之一。机器在安装和　运转中因多种原因发生转子的不对中，从而引起机器的振　动、联轴节的偏转、轴承的摩擦损伤、油膜失稳和轴的挠　

第二节 转轴碰磨引起的弯轴事故

据1989年国内大机组弯轴事故统计表明，其中86%是由转轴径向碰磨引起，因此分析，研究转轴碰磨引起的弯轴事故，对于防止电厂重大恶性事故，有着重要的意义。

本书第二章第九，十两节，对机组启停过程中和工作转速下转轴碰磨振动特征，诊断作了详细介绍，本节讨论的是转子已经发生了永久弯曲，如何分析弯轴事故起因，主导原因，弯轴形成机理及其防治。

5.2.1现场发生的弯轴事故概况

转子碰磨从方向分，可分为轴向和径向；如从发生部位分，可分为转轴，叶轮，叶片，围带等处与相对应部件碰磨，引起弯轴事故的碰磨只有转轴径向碰磨一种。

由于轴封径向间隙是机组动静间隙最小处，尤其是高压汽轮机，因此机组运行中转轴径向碰磨经常发生，这种碰磨稍有疏忽，直接导致轴封严重磨损和弯轴事故。

第二章第九节已经指出，碰磨引起弯轴，其碰磨必须进入晚期。转子碰磨进入晚期首先要经过早期和中期，从直观分析，运行人员应有较充分的时间进行纠正性操作。正是由于这一原因，对弯轴事故调查时，有关人员普遍反映当时机组振动不大。现场检测到的振动结果表明，某些新机或大修后启动，轴封间隙调整不当或上下缸温差过大，转轴碰磨早期阶段很不明显，尤其是当转速接近转子一阶临界转速时，转轴碰磨由早期很快进入中期和晚期。从实测结果来看，转轴碰磨进入中期时，轴瓦和轴振增长速率分别高达60-80um/min,150-200um/min,碰磨进入晚期振动增长速率将几倍于中期碰磨增长率，所以当转轴碰磨严重时，从振动开始增大，到碰磨进入晚期，弯轴事故形成，前后不过2-3min或更短。所以一旦发现振动异常，除非机组装有跳闸保护，否则运行人员尚无作出判断，机组振动已经失控，弯轴事故在所难免。不仅如此，即使对于装有跳闸保护的机组，当跳闸值设置不当，或升速率过高，也难免弯轴事故的发生。因此转轴碰磨引起的弯轴事故防治，较其他事故防治要困难的多。

从事故后叶片围带和气缸上阻汽片间隙及围带上留下的磨痕深度测算，一般弯轴事故转子中部振动和弯曲值（双幅）将超过6-8mm，轴承振幅将超过600um；对于某些严重的弯曲事故，动静部件会产生更大的磨损，而且还会造成气缸法兰螺栓振松和咬扣或滑扣。

振动检测是状态检测的手段之一，任何机械在输入能量转化为有用功的过程中，均会产生振动；振动的强弱与变化和故障有关，非正常的震动感增强表明故障趋于严重；不同的故障引起的振动特征各异，相同的振动可能是不同的故障；振动信号是在机器运转过程中产生的，就可以在不用停机的情况下检测和分析故障；因此识别和确定故障的内在原因需要专门的一起设备和专门的技术人才。

1、机械振动检测技术

机械运动消耗的能量除了做有用功外，其他的能量消耗在机械传动的各种摩擦损耗之中并产生正常振动，其他的能量消耗在机械传动的各种摩擦损耗之中并产生正常振动，如果出现非正常的振动，说明机械发生故障。这些振动信号包含了机械内部运动部件各种变化信息。分辨正常振动和非正常振动，采集振动参数，运用信号处理技术，提取特征信息，判断机械运行的技术状态，这就是振动检测。

所以由此看来，任何机械在输入能量转化为有用功的过程中，均会产生振动；振动的强弱与变化和故障有关，非正常的震动感增强表明故障趋于严重；不同的故障引起的振动特征各异，相同的振动可能是不同的故障；振动信号是在机器运转过程中产生的，就可以在不用停机的情况下检测和分析故障；因此识别和确定故障的内在原因需要专门的一起设备和专门的技术人才。

2、振动监测参数与标准

振动测量的方位选择

a、测量位置（测点）。

测量的位置选择在振动的敏感点，传感器安装方便，对振动信号干扰小的位置，如轴承的附近部位。

b、测量方向。

由于不同的故障引起的振动方向不同，一般测量互相垂直的三个方向的振动，即轴向（A向）、径向（H向、水平方向）和垂直方向（v向）。例如对中不良引起轴向振动；转子不平衡引起径向振动 ；机座松动引起垂直方向振动。高频或随机振动测量径向，而低频振动要测量三个方向。总之测量方向和数量应全面描述设备的振动状态。

测量参数的选择

测量振动可用位移、速度和加速度三个参数表述。这三个参量代表了不同类型振动的特点，对不同类型振动的敏感性也不同。