旋转机械故障类型详解

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1、故障类型的诊断故障类型、诊断，故障，类型，诊断发生了什么类型的故障，是何种原因所造成的故障，是故障诊断的核心。开始查找时范围要大，凡是可能引起故障的信息都要收集，例如工艺系统、运行、检修方面 的各种信息，甚至设备的原理、结构、型号等。然后对所收集的信息进行筛选，删除本身正 确、正常、未发生变化的信息。最后，对剩下的疑点信息采用排除法，逐一去伪存真，特别 要注意排除因发生故障所连带产生的异常现象，从而找出导致故障发生的真正原因。例如， 当喘振与轴位移波动同时发生时，若诊断为轴位移故障肯定不对，说轴位移波动与喘振为故 障的并列原因也不对，应明确诊断为喘振故障，轴位移波动是被连带的，或者形象地说喘振

2、 是肇事者，轴位移波动是受害者。因此，对故障类型的诊断，要找主要矛盾，要找肇事者、 排除受害者，在确保准确的前提下，尽可能只明确一条主要故障，即造成故障的真正原因。 实在吃不准时也可以多列几条，但应附加说明其中的主次关系和可能发生的概率。1.振动故障类型的诊断在大机组所发生的各类故障中，振动故障发生的概率最高，具体引发的原因也最复杂。对振 动类型的诊断，在未配置频谱分析仪时确实较为困难，只能根据振动值的大小及变化形态， 并参考流量、压力、温度、润滑油等运行参数来进行；即使配置了频谱分析仪，也只是在故 障发生后临时架设到现场，故障发生时的频谱信息未必都能及时捕捉到，其提供的仅为频谱 及波形、轴心

3、轨迹等有限图谱。此项工作的效果，在很大程度上取决于有关人员对设备工作 原理与具体结构的熟悉程度以及在机组运行与检修方面的实际经验。实际上，能够对机组运 行及检修提供预知性有效诊断的案例并不多，多数为事故发生后所进行的故障分析。配置了 在线监测系统之后，提供的图谱及所含的信息大为增多，特别是机组在各种运行状态下，包 括故障状态、启停机状态下的信息均不会丢失，对振动故障类型的诊断提供了有力的技术支 持。利用在线状态监测系统，可以方便地查找到引起通频振动增大的主要异常振动分量的频 率，然后再对该振动分量产生或增大的原因进行具体的分析。1. 1主要异常振动分量频率的查找步骤及方法对于未设置在线状态监测

4、系统的机组来说，只能通过临时架设频谱分析仪的方法，来查找引 起通频增大的主要异常振动分量的具体频率成分和其幅值的大小。具体是查找幅值相对变化 大的频率成份、以及新显现的频率成份，而临时架设的频谱分析仪的不足之处，恰恰就是受 客观条件限制不可能直接给出这些变化关系。要弥补这一点，只能通过平时多积累一些各种 转速及工况下正常运转时的频谱图，以便到故障发生时做相互比照。对设置了在线状态监测系统的机组来说，查找引起通频增大的主要异常振动分量的频率可参 考以下步骤及方法。a）先看棒图或多值棒图先看棒图，可看到所有轴承测点振动的实时值，同时还可看到规定的报警值及连锁值，从而 可以对当前振动水平的高低有个基

5、本评价、并明确哪几个测点的振动值异常。如果使用了 S8000，那么可先看多值棒图，其效果更好。因为在多值棒图上，可同时看到通 频、工频、0.5倍频、2倍频、自选频段、剩余频段的振动实时值，不仅可以了解通频，又 可以形象、直观地感受到各主要振动分量自身的振动水平以及对通频贡献所占的份额，从而 对各振动分量分布是否合理、有无明显异常现象有个大致的印象。因为在正常运行状态下， 总是工频最高，2倍频约在工频的一半以下，0.5倍频微量或无，残余量不高。如果，工频 过高、很靠近通频，那么有可能是动不平衡问题；如果工频正常，但2倍频接近或超过工频， 那么有可能是热不对中；如果半频活跃（即不断在跳动）、有一定

6、的幅值（不一定很高、如 35p m，而58p m就算相当高了）、而且此时工频也同步跳动增大，那么有可能是轴承 工作不良；如果残余量很高，那么有可能是摩擦、气流脉动、齿轮、叠片或膜盘联轴器等其 它问题。这样，便可为进一步地仔细分析与诊断，提供一个大致的方向。b）依次调看振动趋势图首先，看通频趋势图。目的是确定异常振动的起始时间、最大振动或振动变化最大的发生时 间、振动过程有无多次上下波动。调看趋势图时，时间间隔的选择应该先长后短。最先看时， 起始时间选长一点，不要将有变化的疑点处遗漏；然后，根据具体发生变化的时间选择一个 合适的时间段，再进行仔细查看。并依此时间查询当时的生产工艺系统或运行参数有

7、无变化。 在看通频趋势时，还应该同时看一下转速、间隙电压的趋势图。其次，看工频趋势图。一方面是看工频趋势与通频趋势是否同步，如果同步，那么工频就是 异常振动分量;另一方面，转子有无损伤？当前状况如何？通过看工频趋势图便可一目了然。 因为如果转子发生了机械损伤脱落，那么肯定破坏了原有的动平衡状态，其工频必然增大（但 工频增大并非肯定发生了转子动不平衡）。具体看工频趋势图时，不仅要看工频的幅值趋势 图，查工频幅值有无增大；更要看工频的相位趋势图，查工频的相位是否也同时发生变化。 只有工频的幅值与相位同时发生变化，才能判断转子的动平衡状态很可能发生了变化。另外， 在看工频趋势图时，还要看其变化是缓慢

8、渐变，还是瞬时突变。只有工频的幅值与相位同时 发生突变，才能判断转子很可能发生机械损伤脱落。如果是突变，要看突变了几次，突变后 是否继续爬升，特别是当前能否稳定在某一数值；如果是渐变，要看渐变过程有无多次上下 波动，幅值是否回落。此外，需要提醒一句，在看到工频的幅值及相位、特别是相位趋势发 生变化时，必须确认转速有无大的波动。然后，逐一看0.5倍频、二倍频、自选频段、残余量等趋势图。看这些振动分量在通频振动 发生时，有无明显的同步增大变化，哪个同步，哪个就是异常振动分量。对0.5倍频和自选 频段，不能只看其绝对幅值的大小，因为即使在振动较大的情况下，只要不是在发生强振的 那一时刻，这些频率成份

9、的幅值一般都不会很高，主要是看其相对变化量大不大，看其活跃 不活跃。c）最后看频谱图由于振动趋势图只显示工频、二倍频、0.5倍频、自选频段、残余量这些常见的主要特征频 率，除此而外的其它频率不可能都显示出来，而频谱图能够将组成通频振动的所有具体频率 的成份及其幅值都一一显示出来，因此，最后必须要看频谱图，要看其它频率、特别是低频 （本文指的都是小于工频的频率，即分数谐波振动和亚异步振动的频率。）的分布状况。看频谱图切忌就图论图，决不能仅仅去找振幅值最大的频率成份，并认为其就是造成振动大 的主要原因，这是非常片面的。因为，机组运行正常时的频谱图，总是工频最大，二倍频次 之、约小于工频的一半，三倍

10、频、四倍频n倍频更小、并逐步参差递减，低频微量或无。 并且，多数故障状态下的频谱图，也总是工频最大，二倍频次之，低频及其它频率分量未必 显得很大。所以，看频谱图应该进行对照比较，也就是通过故障发生时与正常运行时的频谱 图相互之间的比较，查找出主要异常振动分量，也就是幅值相对变化最大的频率成份以及新 出现的频率的成份，只有这些频率才可能是引起振动故障的主要原因。此外，看实时频谱图时，应该多停留一些时间，在实时频谱图的刷新过程中，要注意看各频 率成份的幅值是否有变化，哪些频率成份变化较大。特别要注意看低频成份是否活跃，看是 频率成份活跃多一点、还是幅值活跃多一点；看低频活跃时，工频的幅值是否也跟着

11、一起同 步变化。如果工频与低频一起动，尽管工频变化的幅值可能超过低频，但引起的原因可能还 是低频。1.2根据异常振动分量的频率进行振动类型诊断在查找并确认主要异常振动分量的频率后，就可以根据异常振动频率进行振动故障类型的判 断。分析判断的思路如框图所示。a）主要异常振动分量为工频时如果主要异常振动分量是工频，则表明故障类型很可能是动不平衡（有资料介绍为60%）, 同时也必须考虑到轴承、不对中、支承刚度差异等其它故障发生的可能性。要将动不平衡从中区别出来，可以做以下三点判断： 查工频振动趋势图，看振动值能否回落到原来正常运行时的数值。如果转子发生了机械脱落损伤或者结垢，原有的动平衡状态受到了破坏

12、，振动值是无论如何 也不可能恢复到原来数值的;而轴承工作不良所产生的振动，只要轴承合金未发生严重磨损， 是完全能够恢复到原振值的。 查半频或低频趋势图，看半频及低频分量是否活跃。转子动不平衡只会增加轴承的载荷，不会影响到轴承油膜失稳（除非发生极其强烈的振动 时），也就是说工频增大不会引起低频增大；而轴承工作不良，尤其是油膜状态不稳定的振 动，半频及低频分量十分活跃，并且有时也会引起工频的增大。 查工频相位趋势图，看工频幅值变化时，相位是否同时发生变化。这一点最为关键。如果工频变化是由动不平衡所引起的，造成平衡状态变化的不平衡量的相 位，不可能与原残余不平衡量的相位完全重合，工频的相位必定变化。

13、而轴承（尤其是会引 起工频增大的轴承间隙故障）、不对中、支承刚度故障的一个最大共同特点是工频的相位为 一固定方向，甚至转速变化时工频的相位也不改变。因此，可以肯定，只要是振动值回不到 原振值、低频不活跃、特别是工频的相位发生了变化，那么必然是发生了由动不平衡所引起 的工频增大。转子动不平衡的故障类型，基本上可分为机械损伤脱落、结垢、初始不平衡、热弯曲几种。 要进一步区别各具体类型，可以通过查看工频趋势图进行判断。主要是看工频幅值及相位趋 势曲线的变化形貌，也就是看工频的幅值及相位是否发生了瞬时的突变？判断的前提条件为 转速是稳定的。如果工频的幅值及相位趋势出现一段垂直于时间坐标的直线，（干扰信

14、号也是直线，瞬间上 去后又即刻回到原位；而机械损伤是变化后不回原位。）表明转子动平衡状态的变化过程极 为短暂，那么就是突变。即有东西从转子上突然脱落下来（或者极少发生的异物嵌入叶轮）， 转子发生了永久性机械损伤。如果工频幅值趋势变化曲线是斜线、波浪线、犬牙线，关键是 不存在垂直于时间坐标的直线，表明平衡状态变化是在一段时间内逐步形成的，那么就是渐 变。再进一步判断：幅值是否回落？相位变化如何？若幅值增大后又有所降低回落，相位随 幅值变化而小幅度变化，则为转子结垢。若幅值无明显降低，相位短时间变化后不再变化， 则为转子发生热弯曲。初始不平衡是因转子长期水平卧放、或动平衡试验失误所致，造成转子原始

15、不平衡量过大。 转子低速跑合时振动值就高，对升速极为敏感，振动值随升速急剧增大，但相位不变，在通 过临界转速区域时振动剧烈，往往不得不中断运行。在主要异常振动分量为工频、且其它频率分量不十分明显的情况下，除了不平衡故障外，轴 承、对中、支承刚度等故障也常会发生。其中，对轴承来说，有间隙过大、轴承座刚度差异 过大、轴颈与轴承偏心、合金磨损等；对中主要为刚性联轴器的角度（端面）不对中；支承 刚度则为支座、箱体、基础的松动、变形、裂缝等刚度差异所引起的工频振动或共振。这些 故障的一个最大共同特点是工频的相位始终为一固定方向、即刚度差的方向，转速变化时工 频的相位也不改变。另外，会伴有一定的二倍频分量

16、，有时也会出现1/2倍频、1/3倍频等 分数谐波分量。除间隙同等过大、合金均匀磨损外，它们的工频轴心轨迹为很扁的椭圆，而 不是规整的椭圆。它们之间的区别方法为，轴承故障一般仅发生在一副轴承上；对中故障会 同时发生在靠近联轴器的两个轴承上，两个轴承的工频轴心轨迹长轴倾斜角同相；支承刚度 故障会同时发生在同一支承的各个轴承上，各轴承的工频轴心轨迹长轴倾斜角同相。b）主要异常振动分量为低频时如果主要异常振动分量是低频，或者说低频分量十分活跃，表明很可能是轴承、气流脉动两 方面的故障，同时不排除发生摩擦、松动故障的可能性。这里所讲的轴承故障，既包括油膜 涡动、油膜振荡，也包括特征频率为低频、类似油膜涡动、又不是油膜涡动的轴承工作不良 故障。此类轴承不良故障，是因瓦面接触“夹帮”、可倾瓦摇摆性差、润滑油粘度不当、 轴承紧力不够、油挡与轴瓦偏心错边等等问题，而引起的油膜失稳、轴颈与轴瓦或油挡产生 局部干摩擦，严重时油膜破裂而碾瓦、烧瓦。轴