旋转机械振动故障诊断技术

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汽轮机、发电机、燃气轮机、风机、泵等都属于旋转机械，是电力行业的关键设备。振动在设备故障中占了很大比重，是影响机组安全的重要因素。

振动对机组的危害

  · 振动过大会导致轴承乌金疲劳损坏；

  · 振动过大会造成通流部分磨损，严重时将会导致大轴弯曲；

  · 振动过大还将使部件承受大幅交变应力，容易造成转子、联结螺栓、地基等的损坏。

振动的三要素

描述一个振动信号，必须同时知道幅值、频率和相位，称为振动分析的三要素。下图分别为不同幅值、相位、频率的三组振动波形。

幅值不等

相位不等

频率不等

振动特征提取和分析方法

1. 原始波形

原始波形反映了振动随时间的变化情况，即信号的时域特征。典型的故障波形主要有：

  · 毛刺波形。例如转轴表面存在缺陷时，会产生毛刺波形。

  · 拍形波。两个频率相近的振动叠加后会产生拍形波。

  · 高低频混合波形（低频大）。

  · 高低频混合波形（高频大）。

  · 削波。当转子与定子出现动静碰摩时，会出现削波现象。

2. 频谱图

频谱图反映的是各个频率的振动能量（幅值）。频谱分析是振动故障诊断领域最基本的工具。其作用可以概括为以下两点：

  · 不同故障所对应的频率不同。例如转子不平衡故障频率为工频，汽流激振故障频率为低频等。

  · 多种故障的频率特征具有很强的相似性。例如，热变形、不平衡、共振、摩擦等故障的特征频率都是工频，为了能确诊故障原因，振动分析必须结合过程参数和相关试验进行。

3. 轴心轨迹

轴心轨迹反映了转子在轴承内的振动轨迹，不同故障具有不同形状的轴心轨迹。例如，不平衡故障的典型轨迹为稳定的椭圆；不对中故障典型轨迹为“8”字形或“香蕉形”。

4. 波德图

波徳图反映了机组启停过程中振动幅值和相位随转速的变化情况。波德图的作用是：

  · 判断临界转速；

  · 确定共振放大因子；

  · 分析转子上不平衡量以及不平衡型式；

  · 分析机组启停过程中的振动差别。

5. 轴心位置图

轴心位置图反映的是转子不同时刻在轴承中的位置。轴心位置图的作用是：

  · 判断轴承承载情况；

  · 判断转子对中情况；

  · 判断轴承相对标高状况。

振动数据画面

现场振动测试

在旋转机械振动故障分析中，通常要综合考虑以上各个特征图以及机组的运行参数来判断。由于机械系统的复杂性与非线性，没有两次设备故障是完全一模一样的。这对于专业人员专业技能提出了非常高的要求。

来源：检修圈微信公众号（ID：jianxiuquan）