现场设备常见振动故障及其一些表现特征(一)

现场设备常见振动故障及其一些表现特征(一)

做好故障诊断这项工作，就必须掌握一定量的常见故障原因及其主要表现特征，例如，经频谱分析发现振动为单一的旋转频率，这时候我们会想到，振动原因可能是转子不平衡、是共振、转子中间弯曲、支撑刚度不足等原因，这些故障发生时都将产生绝对的转频振动，我们只能再根据这些故障的其它特征进行排除确定最终找到故障原因，振动方向、振动位置、振动与负荷关系、振动与时间关系、振动与压力关系、振动相位、振动相位差、振动稳定性、相位的稳定性等等，假如我们不知道转频对应的这些原因，或者只知道其中的一两种，而真正的故障原因又不在其中，单从频谱上就无法进行判断，又假如我们知道了上述诸多原因但却不知道每种故障所表现出的特征同样无法进行判断和甄别。

需要强调的是无论是牵引部分振动还是被牵引部分振动，我们都必须将其作为一个整体看待，而不是哪地方振动最大就测哪。一般情况下振动最大位置往往就是故障部位，但很多情况下却不是这样的，造成这种情况的主要原因是设备整体刚度分布不均，但各部件刚度可能是一样的，但连接成整体以后，刚度可能存在很大差异，往往振动突出在刚度差的部位，另一种情况是共振。

机械松动故障：

说到机械松动大家就会想到活动部件，这当然是松动故障之一，比如过盈部件出现了间隙，如轴承内圈与轴的配合、联轴器与轴的配合、叶轮与轴的配合等等，紧固件出现了松动，连接螺栓不紧固等等，但通常配合间隙过大时也会出现以上的松动现象，所以常常也把它列入松动故障之列.

松动通常会表现出线性和非线性两种特征，这与松动的程度、转子偏心距的大小、及转速与临界转速之比来确定，也正是这种非线性，致使利用精确平衡减小振动变的极为困难，没有平衡经验工作人员在现场平衡变得几乎不可能完成。

频谱特征，因为松动直接导致的后果是放大不平衡振动，所以松动故障反应在频谱上也就有单一的基频振动或者是基频加丰富倍频的振动，也就形成了是线性与非线性两种振动特征，而且基频几乎总是占有绝对大位置，这种现象在连接松动上表现尤为明显

松动故障通常表现出不稳定的振动，一般成周期性变化，比如振动从85um 慢慢涨到110um，又从110um慢慢回到85um，形成一个周期性振动。这个是松动故障的典型特征之一。它的不稳定还表现在突发性上，它可以在正常运转时振动突然增大，也可在停启机时振动突然变小或变大，类似情况通常表现为转动部件松动。

松动现象有时与时间有关，确切说应是与温度有关，对于刚投运的设备随着运行时间的增长，温度也逐渐增高，零部件充分膨胀后出现的一种松动现象。

当发生机械松动时，除振动不稳定外，相位同样存在不稳定或突变现象，当结合面松动时除利用振动幅值进行判别外，还可利用相位差特征，如图如果

连接紧密时，期间是没有相位差的，若出现松动，必定产生相位差，甚至出现180度反相特征，利用相位差异特征往往比振幅差异特征更为有效。

振动与负荷的关系尤为明显，空负荷时由于扭矩相对较小，振动表现不突出，一旦带上负荷扭矩增大设备所承受得力就会增大，其主要表现形式振幅就会增大，且表现在刚度薄弱部位，一般也就是松动部位。最简单的例子一台电机空试的时候振动非常好，但带上负荷后振动增大，往往电气人员与机务人员相互扯皮，其实某部位松动是这种现象主要原因之一，当然也可能存在其他故障，如电气方面的问题，摩擦问题，同样带负荷后振动会增大。如果负荷大小直接导致温度变化，还可能热弯曲有关，但负荷与松动关系是最明显最直接的，其它问题可能与振动存在滞后关系，而松动不会出现这种现象。

机械松动具有明显的方向性，刚度最弱的地方当然振动最大，如果是连接部位结合面松动，垂直振动当然会明显大于其它方向的振动，但不一定垂直振动大与其它方向就一定是松动在成的，还有很多其它原因，比如当支撑是弹性时，一般情况下振动都会大于其它方向。联轴器平不对中，如果差值表现在上下方向，而轴承座水平刚度较高的情况下则也会表现为垂直振动

松动的处理措施

一般松动情况之只要把松动的零部件紧固就可以了，但最难处理的可能是过盈不足的问题了，通常需要更换部件，甚至对大轴进行修复处理。

如果松动不是很厉害，而且停机处理会严重影响生产，这时候可以用提高平衡精度降低振动幅值，刚才我们说过了松动主要是放大了不平衡量，但是没

有足够的平衡经验是做不下来的，完全按仪器程序操作，只会使振动越来越大。所以需要经验成分很大。

当存在严重松动时，做平衡几乎是不可能的，无论经验多么丰富，由于刚度的严重不足可能导致设备转速频率与支撑系统频率比值大幅度缩小，虽然没有引起共振，但却造成严重的非线性振动。遇到这种情况时，只能先处理松动故障。

共振特征：

两种相同频率的振动重合时所产生的振动，就是共振。两种频率相近的振动的叠加叫拍振。主要出现在两种相邻设备上，这两种设备转速相差无几，同时有存在着振动传递。当共振产生的时候，唯一限制振幅的因素就是阻尼，摩擦阻尼、结构阻尼、流体阻尼是三种主要形式，如果没有阻尼的存在共振时振幅将无限大。

共振识别最有效的方法是使用波德图，所谓波德图就是升速或降速过程中形成的振幅和相位曲线，我们查看升速或降速曲线，以及相位的变化情况，如果发生共振，一般情况下在100转的范围内振幅变化很快，也就是振幅增大非常快，当转速越过共振点时振幅同样会快速下降，这基本就可以确定是共振的存在，但不是绝对的，有些其它原因同样存在这种现象，比如存在阀值的振动都会出现类似现象，只是现场遇到的时候比较少而已，如果我们再加上相位特征就可以完全进行确定，如果是共振，那么其相位在共振的时候必定会准确变化90度，其它形式的振动可以使相位发生变化，但不会是准确的90度，如果上述振幅和相位变化同时存在，必定是产生了共振。

共振还有一个典型的特征，那就是轴承座的垂直和水平相位差相差0度或180度，属于典型的定向振动，当然定向振动不一定就是共振，也会对应着其它的原因，但共振的时候一定会产生0度或180度的相位差。

前面我们说过，常见的共振形式都是以转速频率的形式表现在振动频谱上，而且其它频率分量几乎可以忽略不计，也有另外一种共振形式，常见的就是油膜振荡，由油膜振荡的原理可知它始终是接近转速频率的一半，所以产生油膜振动的必要条件之一是转子必须是柔性转子，而且1/2的转子转速能够达到或超过转子一阶固有频率，这时候才能产生油膜振荡，所以临界转速以下运行的刚性转子我们基本不必考虑这个原因。

确定了原因是共振后就可以采取相应的处理措施。对于转频共振总的处理原则就是避开转速频率，设备基础的支撑，除柔性支撑外，其它刚性支撑其支撑频率应该远高于额定转速频率，若发生支撑共振，说明支撑本身设计或安装有问题，刚度远远不够，应该增加支撑刚度。

对于变频运行的设备，可以避开共振转速，从而达到消除共振的目的，但如果需要的负荷正好在共振转速上就避不开了，所以根除方法还是增加刚度。

还有一个共振的临时处理措施是提高平衡精度，提高转子平衡精度可以有效减小共振对振幅放大，但其实这也是一种临时处理措施。

需要强调的是切不可松开地脚降低刚度来避开共振，此方法对设备安全运行极为不利。