离心压缩机振动故障综合分析

离心压缩机振动故障综合分析

故障类别及判别方法：

1、转子不平衡引起的振动

离心压缩机的转子由于受到材质和加工装配技术等各方面的影响，转子上的质量分布对轴心线成不均匀分布，或认为转子的质量中心与旋转中心之间总是有偏心距存在。因此，转子在

高速旋转时将产生周期性的离心力、离心力矩或两者兼有，这种交变的离心力或离心力矩就

会在轴承上产生动载荷，也就会引起压缩机的振动。

转子不平衡是引起压缩机振动的最主要、最常见的原因。

1.1.1 转子不平衡的原因

1. 设计问题：

（1）旋转体几何形状设计不对称，重心不在旋转轴线上。

（2）在转子内部或外部有未加工的表面，引起质量分布不匀。

（3）零件在转轴上的配合面粗糙或配合公差不合适，产生径向或轴向摆动。配合过松时，

高转速下转子内孔扩大造成偏心。

（4）轴上的配合键装于键槽，形成局部金属空缺。

（5）轴上转动部件未对称安装，且有配合间隙。

2. 材料缺陷：

（1）、铸件有气孔，造成材料内部组织不均匀，材料厚薄不一致如：焊接结构由于厚度不

同而造成质量不对称。

（2）、材料较差，易于磨损、变形造成质量分布不匀。

3. 加工与装配误差：

（1）焊接和浇铸上的造型缺陷。

（2）切削中的切削误差。

（3）叶轮在装配时配合误差的累积，引起重心偏移，因此对于高速转子每装上一个叶轮需

要进行一次动平衡。

（4）、材料热处理不符合条件要求，或残余应力未消除加工和焊接时的扭曲变形，使转子

永久性变形。

（5）配合零件不一致造成质量不对称。如：螺孔深度或螺钉长度不一致等。（6）联轴器不对中，对于其中一个转子来讲，一种平行不对中相当于对转子加了一个不平

衡负荷。因此也表现出不平衡的特征。

4. 动平衡的方法不对

对于挠性转子，其工作转速下的振型与其一阶振型有显著差别。因此仅在低速下对转子做动

平衡，在高速下仍会发生很大的振动。

1.1.2 转子不平衡的主要振动特征

1.振动的时域波形为正弦波。

2.频谱图中，谐波能量集中于基频。

3.当转动频率小于固有频率时，振幅随转动频率的增加而增加；当转动频率大于固有频率后，

转动频率增加时振幅趋于一个较小的稳定值；当转动频率接近于固有频率时，振幅具有最大

峰值。

4.当工作转速一定时，相位稳定。

5.转子的轴心轨迹为椭圆。

6.转子的进动特征为同步正进动。

7.振动的强烈程度对工作转速的变化和敏感。

8.质量偏心的矢量域稳定于某一允许范围内。

1.1.3 转子不平衡的故障甄别及处理措施

一般而言，工频谱线或一次谐波表示转子不平衡，但这不是绝对的。

对于刚组装完成的压缩机机组，要确诊是不是由于动平衡引起的振动过大，应与下列情况加以区别：

（1）对刚性转子，要排除是否遇到了转子的临界转速问题，这就需要通过瀑布图或波特图

等来分析，确定转子的固有频率，看是否与压缩机的工作转速相近。

（2）工频分量过大时，还应注意是否遇到了基础共振，这就需要进行相位分析来进一步确

诊。基础共振使机组各点都以同一频率和相位进行，而由不平衡引起的振动，在顺着旋转方

向上各点的振动存在着相位差。

（3）当用涡流传感器测振动位移时，工频成分也有可能是由于测振部位处轴颈加工不同心

或有椭圆度、表面剩磁等造成的假振动，需用降低转速的办法来检查，如果低速时振幅与高

速时振幅相近，很可能是一种假振动。

因此，要判断是否转子不平衡引起的振动，除了根据转子不平衡振动的主要特征外，还要看

对于确认的转子不平衡振动故障，则应该查找不平衡的原因，可从如下几个方面入手并加以解决：

（1）检查转子上各零部件是否有松动。

（2）检查转子上是否有结构不对称的地方。

（3）重新对转子做动平衡校验。

2、转子不对中引起的振动

压缩机组通常都由电机或汽轮机、变速机、压缩机组成，机组各转子之间由联轴器连接而构成轴系，传递运动和扭矩。由于机器的安装误差、机组承载后的

变形以及机组基础的沉降不均等原因，往往造成机器工作时各转子的轴线之间产生轴线平行位移、轴线角度位移或综合位移等对中变化误差。转子系统不对中将产生一系列有害于机组的动态效应，导致压缩机发生异常振动。转子系统不对中的故障发生的比较多，因此需要认识转子系统不对中故障的机理和表现出来的现象，能够准确诊断这种故障。

图2-1 转子不对中的形式

1.2.2 转子不对中故障的诊断及特征

转子不对中的轴系，不仅改变了转子轴颈与轴承的相互位置和轴承的工作状态，同时也降低了轴系的固有频率。轴系由于转子不对中，使转子受力及支承所受的附加力是转子发生异常振动和轴承早期损坏的重要原因。

转子不对中的转子系统的主要振动特征为：

1）振动频率是转子工作频率的2倍；

2）由不对中故障产生的对转子的激励力幅，随转速的升高而加大；

3）激励力幅与不对中量成正比，随不对中量的增加，激励力幅呈线性加大；

转子不对中引起的故障及特征

1)改变了轴承的油膜压力, 负荷较小的轴承可能引起油膜失稳, 因此, 出现最大振动往往是紧靠联轴器两端的轴承。

2)不对中引起的振幅与转子的负荷有关, 随负荷的增大而增大, 位置低的轴承振幅比位置高的轴承大, 因为低位轴承被架空, 油膜稳定性下降。

3)平行不对中主要引起径向振动, 角不对中主要引起轴向振动。

4)不对中使联轴节两侧产生相位差。

5)从振动频率上分析, 不同形式的不对中产生不同的频率。

2. 2判断不对中故障的方法

1)观察轴承油膜压力随负荷的变化量, 油膜压力增大, 意味着轴颈与轴承下半的内表面的间隙减小, 反之间隙增大。

2)测量机组热态时的对中情况。

3)利用振动信号判断不对中状况是目前的常用方法, 即根据前面介绍的不对中的特征进行判断。往往振动带有多种因素, 既要测径向振动和轴动向振动, 也要测