状态监测与故障诊断的基本图谱

状态监测与故障诊断的基本图谱

一、常规图谱

常规图谱又称稳态图谱，是在转速相对稳定、没有大幅度变化情况下的有关图谱，因此其不含开停车信息。

1. 机组总貌图机组总貌图显示了机组的总貌，可了解机型、转子支撑方式、轴承位置、运行转速等，主要是查看探头的位置及位号。

2. 单值棒图较为形象、直观地显示实时振动值，并可知低报、高报报警值及转速。

3. 多值棒图多值棒图显示实时通频值及各主要振动分量的振动值，可大致了解机组运行是否正常。正常运转状态下的多值棒图通常是：一倍频最大、且与通频相差不大，二倍频小于一倍频的一半，0.5 倍频微量或无，可选频段很小，残余量不大。

其中：

(1)通频值〜即总振动值，为各频率振动分量相互矢量迭加后的总和。

(2)—倍频〜为转子实际运行转速n下的频率

f,又称工频、基频、转频， f = n /

60 [Hz] ；转子动不平衡及轴弯曲、轴承不良(偏心) 、热态对中不良、支承刚度异常、在临界转速区运行、电机气隙偏心等,都会引起一倍频振动分量的增大,发生概率依次降低。

( 3)二倍频〜二倍工频,转子热态不对中、裂纹、松动、水平方向上支承刚度过差等, 都会引起二倍频

振动分量增大,绝大多数是轴系不对中。

( 4) 0.5 倍频〜0.5 倍工频,又称半频, 油膜涡动会引起该频率段增大,轴承工作不良也会引起该段

频率增大；旋转失速、摩擦也都有可能。

(5)可选频段〜由用户根据机组常见故障自己定义的频段,一般可选择(0.4~0 .6) 倍

工频或(0.3~0 .8) 倍工频,用来监测是否发生亚异步振动,如油膜涡动、旋转失速、密封流体激振、进汽(气)脉动、摩擦、松动等。主要是轴承因紧力、接触、摇摆、油档及油温等问题引起的油膜失稳、摩擦、旋转失速、进汽脉动。

( 6)残余量〜除上述频率成分外,剩余频率成分振动分量的总和,该部分振值高时, 转子有可能发生摩擦、高频气流脉动等。

4. 波形图波形图显示了振动位移与时间的关系,又称幅值时域图。波形图显示了振幅、周期(即频率) 、

相位,特别是波形的形状和状态。

图中：① 振幅为正峰与负峰之间的位移量，比较各周期对应的峰高，即可知振幅值是否稳定；②二个亮点之间为一个旋转周期，波形图的周期数可以选取，想了解波形重复性

出现小于一个

急剧变化，甚至

时周期数选多一点， 想了解波形细节时周期数选少一点； ③ 亮点为振动的初相位、 即零位， 比较各周期对应峰与零位的间隔，可以粗略了解振动相位(发生的时间、位置)是否稳定。

波形图既可以是通频波形图，

即显示通频总振值与时间(周期)的关系；也可以是选频波 形图，即一倍频波形、二倍频波形、 0.5倍频波形、…等。

波形图也可以作为示波器对振动波形的形态和变化进行实时监测。

由于从波形图上不能直接得频率及相位的精确数据，

现在很少用它来确定振动参数。但 是，其形象、具体的波形及其变化状态， 特别是波形在各周期下的重复性状况，仍非常有助

于对振动故障、尤其是干扰信号的分析、界定。例如：

(1) 正常运转状态下的 波形图，因工频为主，所以为 近似的正弦波，如上图;

(2) 动不平衡时，为近似的 等幅正弦波，见下图；

(3) 对中不良时，波峰翻倍，波形光滑、稳定、 重复性好，见下图；

(4) 摩擦时，波峰多，波形毛糙、不稳定，或有削波，见下图；

(5) 自激振荡时，波形杂乱、重复性差、波动性大；

(6) 严重油膜涡动 时，因接近半频， 振幅大小间隔，反而有点规律，见下图； 瞬态振动时，波形为若干周期的连续衰减；

冲击振动时，通频波形上出现小于一个周期的突起后又衰减的波形； 虚假信号干扰 时，波形瞬间急剧变化，甚至呈 直线状，见下图。

动不平衡时，为近似的等幅正弦波

不对中时，波峰翻倍，波形稳定、重复性好

对中不良时，通频波形图肯定要受到二倍频正弦波的影响，

二倍频在通频的一个周期内 变化二次，迭加后的波形自然是波峰翻倍。

在上图中，由于工频本身较低，只有 16卩m 从而使略微偏高的二倍频(18卩m)显得较

高；此外，由于还存在一些不太大的高次谐波，所以波形不够光滑；各频率成分的幅值较为

稳定，波形的重复性好。总体上看，机组存在对中不良，但程度并不严重。

主要为动不平衡、并存在摩擦的波形频谱图

上图为某催化烟机严重结垢时的波形频谱图。波形主要为较典型的正弦波，幅值很大, 为122.5卩m ;此外，还存在波峰多、波形毛糙以及单边(正峰)削波现象。根据烟机运行

特点，该烟机主要存在着因催化剂在转子轮盘上粘结而形成的动不平衡， 以及催化剂在气封 处

堆积而产生的较严重局部摩擦。

冲击振动时，在通频波形上 周期的突起后又衰减的波形。

虚假信号干扰时，波形瞬间 呈直线状。

严重油膜涡动时的波形频谱图

油膜涡动严重时，接近于半频的波形必然会对通频波形产生重要影响。半频的波形是正

弦波、周期为通频的二倍，在半频的正峰、负峰分别间隔影响下，迭加后形成了周期内振幅

正、负值悬殊大、各周期振幅大小间隔的通频波形，一个周期振幅大，另一个周期振幅小。

5.频谱图

频谱图显示了各振动分量的频率及其振幅值。

横坐标可选择“阶比”或“频率”。

各种频率所对应的故障可参照前面在多值棒图中的介绍。

正常运转状态下的频谱图通常是：一倍频最大，二倍频次之、约小于一倍频的一半，三倍频、四倍频…乂倍频逐步参差递减，低频（即小于一倍频的成份）微量或无，其它频率成分基本上不存在。

看频谱图不能就图论图，因为大多数情况下总是一倍频最大，一定要与历史及正常运转下的频谱图相比较，查找哪些频率成份发生了增大变化，增大的倍率有多大，是否出现新的异常频率成分，各分量的能量水平大不大，等等。

该频谱图中各频率分量的能量水平实际上很小，工频也相对较小。

6.轴心轨迹图

轴心轨迹图显示了转子轴心相对于轴承座涡动时的运动轨迹。

正常的轴心轨迹应该是一个较为稳定的、长短轴相差不大的椭圆。

不对中时，轴心轨迹为月牙状、香蕉状，严重时为8字形；发生摩擦时，会出现多处锯齿状尖角或小环；轴承间隙或刚度差异过大时，为一个很扁的椭圆；可倾瓦瓦块安装间隙

相互偏差较大时，会出现明显的凹凸状。

不对中时，轴心轨迹为月牙状、香蕉状、8字形

某烟机因催化剂在气封底部堆积造成局部碰摩时前轴承（重载瓦）的轴心轨迹

如果轴心轨迹的形状及大小的重复性好，则表明转子的涡动是稳定的；否则，就是不稳定的。转子发生亚异步自激振动时，其轴心轨迹往往很不稳定，不仅形状及大小时刻在发生

较大的变化，而且还会出现大圈套小圈的情况。

轴心轨迹图有原始、提纯、平均、一倍频、二倍

频、0.5倍频等多种轴心轨迹, 主要看提纯、一倍频、

二倍频的轴心轨迹图。这是因为转子振动信号中不

可避免地包含了噪声、电磁信号干扰等超高次谐波

分量，使得轴心轨迹的形状变得十分复杂，有时甚

至是非常地混乱。而提纯的轴心轨迹排除了噪声和

电磁干扰等超高次谐波信

某汽鞄机轴承发主毓轻的油牘涡动时的轴心轨迹圈