【正文】 將兩個(gè)相互垂直的探頭所測(cè)得的同一階次頻率諧波合成后的軸心軌跡圖集合在一起，在分析較疑難的故障時(shí)其作用更加明顯。正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，全息譜圖中的軸心軌跡應(yīng)該為較規(guī)整的橢圓，即長(zhǎng)、短軸相差不大。若軌跡為正圓或接近為正圓，則表明轉(zhuǎn)子在兩個(gè)相互垂直方向上的振動(dòng)幅值相同、相位差為 90176。，或幅值相近、相位差很接近 90176。；若軌跡為斜直線或接近為斜直線，則表明此斜直線方向上的振動(dòng)要比其它方向大得多，（兩測(cè)點(diǎn)處振動(dòng)的相位差為 180176?；?0176。） ；若軌跡為水平線或垂直線，則表明水平或垂直方向上的振動(dòng)要比另一方向大得多。二、啟停機(jī)圖譜啟停機(jī)圖譜又稱瞬態(tài)圖譜，僅用于分析啟停機(jī)過(guò)程中的狀況。1. 轉(zhuǎn)速時(shí)間圖轉(zhuǎn)速時(shí)間圖顯示了開(kāi)停機(jī)過(guò)程中，轉(zhuǎn)速變化與時(shí)間的關(guān)系。31 / 53某電機(jī)驅(qū)動(dòng)的煙機(jī)開(kāi)車時(shí)間圖某汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的氣壓機(jī)開(kāi)車時(shí)間圖可以看到；開(kāi)始升速不規(guī)范；調(diào)速系統(tǒng)有一定的缺陷并造成轉(zhuǎn)速波動(dòng)。2. 波德圖波德圖顯示了轉(zhuǎn)子振幅和相位隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系曲線。32 / 53從波德圖上可以得到以下信息：① 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在各種轉(zhuǎn)速下的振幅和相位；② 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速；③ 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)放大系數(shù) Q(Q=臨界轉(zhuǎn)速下的峰峰值∕操作轉(zhuǎn)速下的峰 峰值 )，動(dòng)態(tài)放大系數(shù)原可接受范圍是 3~8，但伴隨著設(shè)計(jì)與制造水平的提高，如今動(dòng)態(tài)放大系數(shù)越來(lái)越小，新出廠的機(jī)器多數(shù)在 以下，小于 的也屢見(jiàn)不鮮（API 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定小于 時(shí)為臨界阻尼狀態(tài)） ，動(dòng)態(tài)放大系數(shù)過(guò)大，很可能是不安全的；④ 轉(zhuǎn)子的振型；⑤ 系統(tǒng)阻尼的大小；⑥ 轉(zhuǎn)子是否發(fā)生熱彎曲；⑦ 轉(zhuǎn)子上機(jī)械偏差和電氣偏差的大小。由以上這些信息可以獲得有關(guān)轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)的剛度、阻尼特性以及轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡狀況。例如，對(duì)上圖而言：① 轉(zhuǎn)子在臨界轉(zhuǎn)速下一倍頻的最大振動(dòng)值及相位為 137 μm/232176。，操作轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)值及相位為 37 μm/288176。；② 轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速為 1622 r/min 左右；③ 轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)放大系數(shù) Q=137∕37=。④ 轉(zhuǎn)子的振型為一階振型；⑤ 轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)具有較適度的阻尼（振幅及相位在通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速區(qū)時(shí)變化較緩慢，放大系數(shù)也不過(guò)大） ；轉(zhuǎn)子上機(jī)械偏差和電氣偏差很小，幾乎為零。左圖則存在較大的機(jī)械偏差和電氣偏差。在開(kāi)車初期的低轉(zhuǎn)速下（圖中為 350 r/min） ，振動(dòng)值就達(dá)到 50μm以上，另外還存在干擾信號(hào)（圖中若干處直線狀線條） 。33 / 53右圖則顯示了在汽輪機(jī)新安裝或檢修開(kāi)車過(guò)程中所可能出現(xiàn)的轉(zhuǎn)子熱彎曲。啟動(dòng)時(shí)，振動(dòng)值幾乎為零；升速中，相位有變化，在600、1000、2022 r/min 時(shí)相位變化較大，在 2022r/min 時(shí)振動(dòng)值迅速增大；停車中，相位幾乎不變，振動(dòng)值雖然隨轉(zhuǎn)速降低而有所降低，但是卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于熱彎曲前升速時(shí)的振動(dòng)值，并回不到原來(lái)值。3. 奈奎斯特圖奈奎斯特（Nyquist）圖把開(kāi)停機(jī)過(guò)程中振幅與相位隨轉(zhuǎn)速變化關(guān)系用極坐標(biāo)的形式表示出來(lái)，又稱極坐標(biāo)圖。奈奎斯特圖用一旋轉(zhuǎn)矢量的點(diǎn)代表轉(zhuǎn)子的軸心，該點(diǎn)在各轉(zhuǎn)速下所處位置的極半徑就是轉(zhuǎn)子的徑向振幅，該點(diǎn)在極坐標(biāo)上的角度就是此時(shí)振動(dòng)的相位角。這種極坐標(biāo)表示方法在作用上與波德圖相同，但比波德圖更為直觀。通過(guò)最大振幅，可以看見(jiàn)轉(zhuǎn)子的實(shí)際臨界轉(zhuǎn)速；通過(guò)有無(wú)小圈，可以看到轉(zhuǎn)子以外的元件振動(dòng)，如管道、聯(lián)軸節(jié)、機(jī)殼、基礎(chǔ)等對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的諧振作用。通過(guò)奈奎斯特圖，很容易得到轉(zhuǎn)子的原始晃度，即機(jī)械偏差和電氣偏差的總和。從帶有原始晃度的圖形要得到扣除原始晃度后的振動(dòng)曲線很容易做到，只要將極坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)平移到與需要扣除的原始晃度矢量相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速點(diǎn)，原圖的曲線形狀保持不變。這樣，原曲線在新坐標(biāo)系中的坐標(biāo)即是扣除原始晃度后的振動(dòng)響應(yīng)。34 / 53通過(guò)奈奎斯特圖，還可以很容易得到轉(zhuǎn)子的慢轉(zhuǎn)矢量，也就是轉(zhuǎn)子的初始彎曲信號(hào)，因?yàn)檗D(zhuǎn)子的初始彎曲在低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下的相位是不變的。從上圖可以看到，轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速在 6100 r/min 左右，最大振動(dòng)值為 μm；轉(zhuǎn)子的原始晃度極?。?） ；慢轉(zhuǎn)矢量不大（ ） ，在 610 r/min 處。相對(duì)來(lái)說(shuō)，下圖中的原始晃度為 ，略微大了一些；慢轉(zhuǎn)矢量不大，約 7 μm，在 458 r/min 處。4．頻譜瀑布圖頻譜瀑布圖顯示了各時(shí)間間隔下的頻譜變化，簡(jiǎn)稱瀑布圖。將啟停機(jī)過(guò)程中連續(xù)測(cè)得的一組頻譜圖，按一定的時(shí)間間隔所組成的三維譜圖就是頻譜瀑布圖。其中，X 軸為頻率，Y 軸為振幅，Z 軸按時(shí)間間隔平行布置、有時(shí)附加上對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速。通過(guò)瀑布圖，可以清楚地看出各振動(dòng)分量的頻35 / 53率及幅值隨時(shí)間是如何變化的。5. 級(jí)聯(lián)圖極聯(lián)圖顯示了各轉(zhuǎn)速間隔下的頻譜變化。極聯(lián)圖與瀑布圖的區(qū)別是將時(shí)間間隔變成轉(zhuǎn)速間隔，Z 軸變?yōu)檗D(zhuǎn)速。極聯(lián)圖的特點(diǎn)是，各頻率分量在圖中構(gòu)成了由坐標(biāo)原點(diǎn) 0 發(fā)射的斜直線狀，這在分析與轉(zhuǎn)速有關(guān)的振動(dòng)故障時(shí)是很直觀的，常用來(lái)了解各轉(zhuǎn)速下振動(dòng)頻譜變化情況，可以確定轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速及其振動(dòng)幅值，特別是半速渦動(dòng)或油膜振蕩的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程等。36 / 53第三節(jié) 故障診斷的具體方法及步驟面對(duì)大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械所發(fā)生的各種故障，是立即停機(jī)搶修、防止事態(tài)擴(kuò)大，還是維持運(yùn)行、待機(jī)修理，或者是采取措施加以消除或減輕，診斷及處理的失誤會(huì)給企業(yè)帶來(lái)相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)損失。正確的診斷及處理，不可能來(lái)自于盲目的主觀臆斷，而應(yīng)該建立在獲取與故障有關(guān)信息的基礎(chǔ)上，依據(jù)機(jī)器的工作原理及具體結(jié)構(gòu)，運(yùn)用科學(xué)的分析圖形，按照合理的步驟進(jìn)行綜合分析，去偽存真、舍次取主，排除故障的受害者，找出故障的肇事者，這才是提高故障診斷準(zhǔn)確性的關(guān)鍵之所在。為了便于分析，不至于被眾多雜亂無(wú)章的信息弄亂自己的思路，需要逐步思考以下問(wèn)題：第一，故障的真?zhèn)?；第二，故障的類型；第三，故障的程度；第四，故障的具體部位；第五，故障發(fā)展的趨勢(shì)。一、故障真?zhèn)蔚脑\斷在某些狀態(tài)監(jiān)測(cè)參數(shù)（如振動(dòng)值、軸位移值、瓦塊溫度等）發(fā)生較大變化、甚至報(bào)警、聯(lián)鎖停機(jī)時(shí)，機(jī)械設(shè)備本身是否真的發(fā)生了故障，是否為儀表失靈或工藝系統(tǒng)波動(dòng)所造成的假象，是故障診斷首先應(yīng)解決的問(wèn)題。由于儀表失靈在大機(jī)組所發(fā)生的各類故障診斷中所占的概率較大，以及因工藝系統(tǒng)波動(dòng)或操作不當(dāng)（特別是在開(kāi)車或工藝負(fù)荷調(diào)整的過(guò)程中）而產(chǎn)生的故障也常有發(fā)生，因此切忌僅限于一、兩個(gè)因素就輕易判斷發(fā)生了機(jī)械設(shè)備故障，而應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)、儀表、運(yùn)行、現(xiàn)場(chǎng)等多方面情況進(jìn)行綜合的判斷。1．首先應(yīng)查詢故障發(fā)生時(shí)生產(chǎn)工藝系統(tǒng)有無(wú)大的波動(dòng)或調(diào)整系統(tǒng)的異常變化會(huì)造成機(jī)組工質(zhì)的組份、流量、壓力、溫度等發(fā)生異常的變化，從而引起機(jī)組振動(dòng)、軸位移、出力等發(fā)生變化，但此時(shí)機(jī)組未必發(fā)生機(jī)械損傷故障。如果系統(tǒng)發(fā)生了變化，盡管機(jī)組的振動(dòng)值、軸位移值明顯增大，甚至報(bào)警，但只要不再繼續(xù)上升，機(jī)械損壞的可能性往往較小，完全不用急于停機(jī)，可以監(jiān)視運(yùn)行、觀察處理。常見(jiàn)的工藝系統(tǒng)波動(dòng)所引起的一般故障，有小流量以及氣體組分變化引起的旋轉(zhuǎn)失速或喘振，工質(zhì)變化引起的轉(zhuǎn)子結(jié)垢，進(jìn)出口壓差變化引起的轉(zhuǎn)子軸向力偏大，等等，這些故障若處理及時(shí)、正確，則可消除、減37 / 53弱。然而，要是已連鎖停機(jī)或者振動(dòng)值和軸位移值仍在繼續(xù)上升，那么說(shuō)明故障較為嚴(yán)重，很可能發(fā)生了機(jī)械損傷。常見(jiàn)的工藝系統(tǒng)波動(dòng)所引起的機(jī)械故障，有強(qiáng)烈喘振引起的動(dòng)、靜件振動(dòng)碰擦損壞，工質(zhì)帶液引起的軸向力過(guò)大所造成的推力軸承損壞，等等。如果工藝系統(tǒng)未發(fā)生任何變化，同時(shí)又能確定儀表無(wú)誤，那么在振動(dòng)值突然明顯增大、甚至報(bào)警、聯(lián)鎖停機(jī)的情況下，機(jī)械損傷故障肯定是真的發(fā)生了，多數(shù)為機(jī)械掉落而引起的動(dòng)不平衡，以及軸承失效等。工藝系統(tǒng)有無(wú)波動(dòng)可以向當(dāng)班的操作人員、生產(chǎn)調(diào)度員進(jìn)行查詢，如果系統(tǒng)配置了 DCS，則可以直接調(diào)看與機(jī)組工質(zhì)組份、流量、壓力溫度等有關(guān)的趨勢(shì)圖，最好再將有問(wèn)題的振動(dòng)、軸位移、瓦溫及流量、壓力、溫度等做在同一時(shí)間坐標(biāo)的趨勢(shì)圖上，這樣進(jìn)行判斷，即快捷、方便，又準(zhǔn)確、明了。例如，89 年，某公司 C 廠德國(guó)西門(mén)子公司制造的汽輪機(jī)機(jī)組投運(yùn)不久便出現(xiàn)下列的問(wèn)題：①振動(dòng)值增大；②監(jiān)視段壓力高；③出力不足。其實(shí)，蒸汽膨脹受阻，熱能難以充分轉(zhuǎn)化為動(dòng)能才是造成三個(gè)問(wèn)題的原因所在。而西門(mén)子汽輪機(jī)多為反動(dòng)式，動(dòng)、靜葉片間距相對(duì)較窄，結(jié)垢不僅會(huì)使轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡狀態(tài)發(fā)生變化、振動(dòng)值增大，而且還會(huì)使通流面積明顯變小、蒸氣難以充分膨脹，從而引起監(jiān)視段壓力高和出力不足。經(jīng)詢問(wèn)，該廠是在改用了 D 廠硬度較高的蒸汽后出現(xiàn)問(wèn)題的。因此明確診斷為汽輪機(jī)結(jié)垢，建議用濕蒸汽低速清洗，打開(kāi)缸體導(dǎo)淋檢查確認(rèn)。在隨后的清洗中，缸內(nèi)排出的全是乳白色、含有大量鈣、鈉離子的硬水。未進(jìn)行開(kāi)缸檢查修理，結(jié)垢消解，運(yùn)行恢復(fù)正常。2022 年元月，某煉廠催化煙機(jī)的振動(dòng)值由以往的 30～40μm 上升到70~80μm，且有大幅度的波動(dòng)。廠方要求解體大修、更換轉(zhuǎn)子。由于振動(dòng)值為緩慢變化，而且有多次回落降低（盡管比正常值高） ，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)感到轉(zhuǎn)子和軸承均未受到損傷，而是催化劑粘結(jié)到轉(zhuǎn)子上所致。為了說(shuō)明問(wèn)題，通過(guò) DCS 在同一時(shí)間坐標(biāo)上做出了煙機(jī)各振動(dòng)值與煙氣以及輪盤(pán)冷卻蒸汽溫度的趨勢(shì)圖，結(jié)果很明顯的看到，振動(dòng)趨勢(shì)的所有峰值，總是與蒸汽溫度趨勢(shì)的谷值一一對(duì)應(yīng)。通過(guò)此圖無(wú)需作過(guò)多解釋，大家都清楚地的認(rèn)識(shí)到，煙機(jī)的振動(dòng)是由催化劑的粘結(jié)與脫離所形成的動(dòng)不平衡而引起的，38 / 53而催化劑的粘結(jié)明顯與輪盤(pán)冷卻蒸汽的溫度有關(guān)。因?yàn)楫?dāng)時(shí)為冬季，低壓蒸汽管網(wǎng)用戶較多，尤其是白天與夜晚相差較大，蒸汽的溫度無(wú)法保證，而且有時(shí)為濕氣。因此，根本不需要停機(jī)揭缸檢修，只要保證蒸汽的正常溫度，不讓濕氣進(jìn)入，煙機(jī)的振動(dòng)值就會(huì)回落、穩(wěn)定。之后，車間進(jìn)行了調(diào)整，在振動(dòng)值為40～50 μm 的水平上連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行了 10 個(gè)月，直到計(jì)劃大修改造。2．其次應(yīng)查看探頭的間隙電壓是否真實(shí)可信由于儀表失靈造成的振動(dòng)及軸位移增大的假象實(shí)在不算少，對(duì)生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)儀表又是科技含量高的獨(dú)門(mén)專業(yè)，局外人很難摸清儀表是否有問(wèn)題。在此情況下，通過(guò)查看探頭的間隙電壓來(lái)判斷儀表是否失靈，不失為一種比較簡(jiǎn)單、直觀、準(zhǔn)確的方法。探頭是傳感器的俗稱，振動(dòng)傳感器主要有三種：渦流式位移傳感器、電動(dòng)式速度傳感器、壓電式加速度傳感器。用于監(jiān)測(cè)大機(jī)組振動(dòng)、軸位移以及轉(zhuǎn)速、鍵相的幾乎都是渦流式位移傳感器。位于前置放大器（又稱測(cè)隙儀）內(nèi)、能提供 200k～2MHz 高頻振蕩的石英振蕩器，與探頭內(nèi)的線圈及諧振電容構(gòu)成并聯(lián)振蕩回路，在探頭端面產(chǎn)生高頻交變磁場(chǎng)。當(dāng)磁場(chǎng)范圍內(nèi)出現(xiàn)金屬導(dǎo)體（如轉(zhuǎn)子）時(shí)，導(dǎo)體表面會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流即電渦流。電渦流產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)會(huì)阻止高頻交變磁場(chǎng)的變化，導(dǎo)體越接近，即轉(zhuǎn)子與探頭之間的間隙越小，感應(yīng)電流就越大，而線圈的電感量就越小，因此只要測(cè)出電感量的變化，即可知道轉(zhuǎn)子與探頭的間隙變化。探頭通過(guò)延伸電纜輸出的電壓信號(hào)是高頻載波調(diào)幅或調(diào)頻信號(hào)，經(jīng)測(cè)隙儀內(nèi)的檢波器轉(zhuǎn)化為直流電壓。由于該電壓與探頭和轉(zhuǎn)子之間的間隙成正比，因此稱為間隙電壓。間隙電壓 U 又可分為直流分量 Uo 和變化分量Ua 兩部分。直流分量對(duì)應(yīng)于初始間隙（又稱安裝間隙）或平均間隙，用于測(cè)量軸位移；變化分量對(duì)應(yīng)于振動(dòng)間隙，用于測(cè)量振動(dòng)。測(cè)隙儀輸出的間隙電壓信號(hào)經(jīng)后續(xù)儀表的進(jìn)一步處理，即可轉(zhuǎn)化成振動(dòng)、軸位移、轉(zhuǎn)速的數(shù)值顯示及狀態(tài)監(jiān)測(cè)的各種圖譜。對(duì)于使用較多的本特利探頭，其間隙電壓與間隙的線性特性為200mV/mil，換算成公制為 。實(shí)際運(yùn)行中，伴隨著振動(dòng)間隙、軸位移間隙的變化，間隙電壓必然也按照這一基本特性發(fā)生變化。也就是說(shuō)，可以根據(jù)間隙電壓的數(shù)值來(lái)判斷儀表本身有無(wú)發(fā)生故障。探頭的初始安裝電壓均要求為某一定值，多數(shù)為 10 V，也有為 8 V、9 V。對(duì)于振動(dòng)探頭來(lái)說(shuō)，是通過(guò)直接測(cè)量及調(diào)整安裝電壓來(lái)確定探頭的位置的?？紤]到：① 運(yùn)轉(zhuǎn)后轉(zhuǎn)子被油膜托起，處于兩側(cè) 45176。上方的探頭間隙電壓會(huì)降低約 V 左右；② 即使振動(dòng)值增大了 100 μm，其間隙電壓的變化也不會(huì)超過(guò)39 / 53 V；③ 振動(dòng)探頭的安裝有一定的隨意性；④ 其它的偏差。因此，振動(dòng)探頭運(yùn)行時(shí)的間隙電壓與所規(guī)定的初始安裝電壓相比較，偏差應(yīng)該在177。（2～3）V以內(nèi)。一般來(lái)說(shuō)，超過(guò) 2V 測(cè)振儀表很可能存在故障，超過(guò) 3V 基本失靈。如果在機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)正常后記錄了各點(diǎn)的間隙電壓，或者有在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)記錄的正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的間隙電壓，以此作為參照數(shù)據(jù)來(lái)判斷故障時(shí)的間隙電壓是否真實(shí)可信，那么就消除了上述①、③因素的影響，必將更為精確、可信。因?yàn)榧词拐駝?dòng)值增大了 50μm、 100μm，其間隙電壓的變化也不會(huì)超過(guò) 、 V，若間隙電壓變化不符合探頭特性，超過(guò)177。（～1）V ，測(cè)振儀表很可能已失靈。軸位移探頭的安裝極為精細(xì)，先反復(fù)串動(dòng)轉(zhuǎn)子校核止推間隙，再取中，調(diào)零位，也就是軸位移的初始安裝電壓，最后還要校核，所以其誤差量很小，通常在177。 V 以內(nèi)。也就是說(shuō)，當(dāng)軸位移的間隙電壓 177。軸位移值（單位：mm，遠(yuǎn)離探頭時(shí)為“＋” ，靠近為“－” ） 與初始安裝電壓相差在177。（～1）V 以內(nèi)，則表明間隙電壓真實(shí)可信，儀表無(wú)明顯故障。若間隙電壓超出上述范圍，則表明間隙電壓有問(wèn)題，儀表已出現(xiàn)故障，其顯示的軸位移數(shù)值令人難以相信。例如，2022 年 7 月某煉油廠連續(xù)重整循環(huán)氫壓縮機(jī)機(jī)組在通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，汽輪機(jī)軸位移突然連鎖動(dòng)作停機(jī)。操作人員認(rèn)為，停機(jī)前機(jī)組及工藝系統(tǒng)一切正常，也未見(jiàn)止推軸承溫度升高及其他任何運(yùn)行參數(shù)報(bào)警，屬儀表誤動(dòng)作。經(jīng)查， “二選二”的軸位移間隙電壓為 V 和 V，并從 DCS 上調(diào)看到推力軸承溫度從 52℃跳升到 56℃，且略