【正文】 時的工頻振動趨勢圖8. 過程振動趨勢圖過程振動趨勢圖顯示了機(jī)組的過程參數(shù)以及振動值與時間的關(guān)系。過程參數(shù)為工作介質(zhì)的進(jìn)出口壓力、溫度、流量以及油溫、油壓、瓦溫、軸位移、轉(zhuǎn)速、…、等等。將過程參數(shù)與振動值都放在同一的時間坐標(biāo)上對故障診斷是非常有幫助的。上圖是汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸位移與振動值的趨勢圖。圖中顯示，在軸位移發(fā)生變化的同時，進(jìn)汽側(cè)軸承兩振動值同時發(fā)生變化，而排汽側(cè)軸承振動值無變化，因此可以判斷這是進(jìn)汽側(cè)調(diào)節(jié)汽門動作而引起的正常變化。9. 極坐標(biāo)圖極坐標(biāo)圖為各振動分量的幅值及相位隨時間變化的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，亦稱可接受區(qū)域圖。散布集中、相位穩(wěn)定時，好；散布區(qū)域增大、相位改變時，應(yīng)引起重視。10. 軸心位置圖在忽略振動的前提下，軸心位置圖顯示了轉(zhuǎn)子軸心相對于軸承中心的穩(wěn)態(tài)位置。通過軸心位置圖可以看出偏位角、偏心距、最小油膜的厚度，從而判斷轉(zhuǎn)子運(yùn)行是否平穩(wěn)。一般來說，大機(jī)組轉(zhuǎn)子軸心位置的偏位角應(yīng)該在20176?！?0176。之間，最小油膜厚度大約為(30～200) μm。如果偏位角過大，則表明軸心位置上移，預(yù)示著轉(zhuǎn)子很容易發(fā)生不穩(wěn)定渦動；如果最小油膜厚度產(chǎn)生變化，明顯變小則表明很可能出現(xiàn)磨損或者油溫、瓦塊溫度明顯增高，變大則表明潤滑油的粘度變大。11. 全息譜圖全息譜圖全面反映了在同一測量截面上轉(zhuǎn)子主要振動分量的振幅、相位、頻率信息。全息譜圖實(shí)際上是將兩個相互垂直的探頭所測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其作用更加明顯。全息譜圖中工頻的軸心軌跡應(yīng)該為較規(guī)整的橢圓（二倍頻相反，為極偏的橢圓或接近直線），即長、短軸相差不大。若工頻軌跡為正圓或接近為正圓，轉(zhuǎn)子在各個方向上的工頻幅值相同或相近，與轉(zhuǎn)子彎曲后的實(shí)際渦動軌跡一致，表明為典型的動不平衡。若工頻軌跡為極偏的橢圓或接近直線，轉(zhuǎn)子在橢圓長軸或直線方向上的工頻幅值要比其它方向大得多，振動的方向性十分明顯，與轉(zhuǎn)子彎曲渦動軌跡不再一致，而軸承、支承剛度上的差異顯現(xiàn)出來。 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)過程中的狀況。1. 轉(zhuǎn)速時間圖轉(zhuǎn)速時間圖顯示了開停機(jī)過程中，轉(zhuǎn)速隨時間變化的關(guān)系。某電機(jī)驅(qū)動的煙機(jī)開車時間圖某汽輪機(jī)驅(qū)動的氣壓機(jī)開車時間圖可以看到；開始升速不規(guī)范；調(diào)速系統(tǒng)有一定的缺陷并造成轉(zhuǎn)速波動。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。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，如今動態(tài)放大系數(shù)越來越小，（），動態(tài)放大系數(shù)過大，很可能是不安全的；④ 轉(zhuǎn)子的振型；⑤ 系統(tǒng)阻尼的大??；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)子的動平衡狀況。例如，對上圖而言：① 轉(zhuǎn)子在臨界轉(zhuǎn)速下一倍頻的最大振動值及相位為137 μm/232176。，操作轉(zhuǎn)速下的振動值及相位為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（振幅及相位在通過臨界轉(zhuǎn)速區(qū)時變化較緩慢，放大系數(shù)也不過大）；⑥ 轉(zhuǎn)子上機(jī)械偏差和電氣偏差很小，幾乎為零。右圖則存在較大的機(jī)械偏差和電氣偏差。在開車初期的慢轉(zhuǎn)速下（圖中為350 r/min），振動值就達(dá)到50μm以上，另外還存在干擾信號（圖中若干處直線狀線條）。下圖則顯示了在汽輪機(jī)新安裝或檢修后開車過程中可能出現(xiàn)的轉(zhuǎn)子熱彎曲現(xiàn)象。啟動時，（工頻）振動值幾乎為零。升速過程中，振動值很小，基本為1~3μm，最大不超過8μm，相位隨轉(zhuǎn)速變化，都顯正常。問題是在遠(yuǎn)離臨界轉(zhuǎn)速（約為3700 r/min左右）的2000 r/min下暖機(jī)跑合時，振動值用30分種由2μm、3μm逐步上升到60μm、75μm，同時相位也發(fā)生了變化。在轉(zhuǎn)速穩(wěn)定不變的情況下，工頻的幅值及相位發(fā)生變化，表明轉(zhuǎn)子的平衡狀態(tài)發(fā)生了變化；由于是緩慢變化，表明很可能是發(fā)生了轉(zhuǎn)子因熱膨脹受阻或受熱不均勻而產(chǎn)生的熱彎曲。停車過程中（在降到600 r/min后，又有一次升速到1000 r/min，并再次發(fā)生熱彎曲的現(xiàn)象），隨轉(zhuǎn)速降低，振動值降低、但相位基本不變（其中一次變化為再次熱彎曲），進(jìn)一步驗(yàn)證了為熱彎曲。停車后，振動值（、）和相位都回不到原來值，表明已形成了永久性彎曲。3. 奈奎斯特圖奈奎斯特（Nyquist）圖把開停機(jī)過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，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)上的角度就是此時振動的相位角。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。通過最大振幅，可以看見轉(zhuǎn)子的實(shí)際臨界轉(zhuǎn)速；通過有無小圈，可以看到轉(zhuǎn)子以外的元件振動，如管道、聯(lián)軸節(jié)、機(jī)殼、基礎(chǔ)等對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的諧振作用。通過奈奎斯特圖，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響應(yīng)。通過奈奎斯特圖，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，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， μm；轉(zhuǎn)子的原始晃度極?。ǎ宦D(zhuǎn)矢量不大（），在610 r/min處。相對來說，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間間隔下的頻譜變化，簡稱瀑布圖。將啟停機(jī)過程中連續(xù)測得的一組頻譜圖，按一定的時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軸按時間間隔平行布置、有時附加上對應(yīng)的轉(zhuǎn)速。通過瀑布圖，可以清楚地看出各振動分量的頻率及幅值隨時間是如何變化的。5. 級聯(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)的振動故障時是很直觀的，常用來了解各轉(zhuǎn)速下振動頻譜變化情況，可以確定轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速及其振動幅值，特別是半速渦動或油膜振蕩的發(fā)生和發(fā)展過程等。第三節(jié) 故障診斷的具體方法及步驟面對大型旋轉(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給企業(yè)帶來相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)損失。正確的診斷及處理，不可能來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章的信息弄亂自己的思路，需要逐步思考以下問題：第一，故障的真?zhèn)危坏诙?，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。一、故障真?zhèn)蔚脑\斷在某些狀態(tài)監(jiān)測參數(shù)（如振動值、軸位移值、瓦塊溫度等）發(fā)生較大變化、甚至報警、聯(lián)鎖停機(jī)時，機(jī)械設(shè)備本身是否真的發(fā)生了故障，是否為儀表失靈或生產(chǎn)工藝系統(tǒng)波動所造成的假象，是故障診斷首先應(yīng)解決的問題。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，以及因生產(chǎn)工藝系統(tǒng)波動或操作不當(dāng)（特別是在開車或負(fù)荷調(diào)整的過程中）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)生時生產(chǎn)工藝系統(tǒng)有無大的波動或調(diào)整生產(chǎn)工藝系統(tǒng)的異常變化會造成機(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、軸位移、出力等發(fā)生變化，但此時機(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)組的振動值、軸位移值明顯增大，甚至報警，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。常見的工藝系統(tǒng)波動所引起的一般故障，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、正確，則可消除、減弱。然而，要是已連鎖停機(jī)或者振動值和軸位移值仍在繼續(xù)上升，那么說明故障較為嚴(yán)重，很可能發(fā)生了機(jī)械損傷。常見的工藝系統(tǒng)波動所引起的機(jī)械故障，有強(qiáng)烈喘振引起的動、靜件振動碰擦損壞，工質(zhì)帶液引起的軸向力過大所造成的推力軸承損壞，等等。如果系統(tǒng)未發(fā)生任何變化，同時又能確定儀表無誤，那么在振動值突然明顯增大、甚至報警、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)械脫落引起的動不平衡（如斷葉片），以及軸承失效等。生產(chǎn)工藝系統(tǒng)有無波動可以向當(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)的趨勢圖，最好再將有問題的振動、軸位移、瓦溫及流量、壓力、溫度等做在同一時間坐標(biāo)的趨勢圖上，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廠德國西門子公司制造的汽輪機(jī)機(jī)組投運(yùn)不久便出現(xiàn)下列的問題：①振動值增大；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)化為動能才是造成三個問題的原因所在。而西門子汽輪機(jī)多為反動式，動、靜葉片間距相對較窄，結(jié)垢不僅會使轉(zhuǎn)子動平衡狀態(tài)發(fā)生變化、振動值增大，而且還會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，該廠是在改用了D廠硬度較高的蒸汽后出現(xiàn)問題的。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)行開缸檢查修理，結(jié)垢消解，運(yùn)行恢復(fù)正常。2000年元月，某煉廠催化煙機(jī)的振動值由以往的30～40μm上升到70~80μm，且有大幅度的波動。廠方要求解體大修、更換轉(zhuǎn)子。由于振動值為緩慢變化，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。為了說明問題，通過DCS在同一時間坐標(biāo)上做出了煙機(jī)各振動值與煙氣以及輪盤冷卻蒸汽溫度的趨勢圖，結(jié)果很明顯的看到，振動趨勢的所有峰值，總是與蒸汽溫度趨勢的谷值一一對應(yīng)。通過此圖無需作過多解釋，大家都清楚地的認(rèn)識到，煙機(jī)的振動是由催化劑的粘結(jié)與脫離所形成的動不平衡而引起的，而催化劑的粘結(jié)明顯與輪盤冷卻蒸汽的溫度有關(guān)。因?yàn)楫?dāng)時為冬季，低壓蒸汽管網(wǎng)用戶較多，尤其是白天與夜晚相差較大，蒸汽的溫度無法保證，而且有時為濕氣。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)的振動值就會回落、穩(wěn)定。之后，車間進(jìn)行了調(diào)整，在振動值為40～50 μm的水平上連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行了10個月，直到計(jì)劃大修改造。2. 其次應(yīng)查看儀表、主要是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及軸位移增大的假象實(shí)在不算少，對生產(chǎn)企業(yè)來說儀表又是科技含量高的獨(dú)門專業(yè)，局外人很難摸清儀表是否有問題。在此情況下，通過查看探頭的間隙電壓來判斷儀表是否失靈，不失為一種比較簡單、直觀、準(zhǔn)確的方法。探頭是傳感器的俗稱，振動傳感器主要有三種：渦流式位移傳感器、電動式速度傳感器、壓電式加速度傳感器。用于監(jiān)測大機(jī)組軸振動、軸位移以及轉(zhuǎn)速、鍵相的幾乎都是渦流式位移傳感器。渦流式位移傳感器的工作原理是：位于前置放大器（又稱測隙儀）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。當(dāng)磁場范圍內(nèi)出現(xiàn)金屬導(dǎo)體（如轉(zhuǎn)子）時，金屬導(dǎo)體表面會產(chǎn)生感應(yīng)電流即電渦流。電渦流產(chǎn)生的感應(yīng)磁場會阻止高頻交變磁場的變化，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。探頭通過延伸電纜輸出的電壓信號是高頻載波調(diào)幅或調(diào)頻信號，經(jīng)測隙儀內(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。直流分量對應(yīng)于初始間隙（又稱安裝間隙）或平均間隙，用于測量軸位移；變化分量對應(yīng)于振動間隙，用于測量振動。測隙儀輸出的間隙電壓信號經(jīng)后續(xù)儀表的進(jìn)一步處理，即可轉(zhuǎn)化成軸振動、軸位移、轉(zhuǎn)速的數(shù)值顯示及狀態(tài)監(jiān)測的各種圖譜。對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。實(shí)際運(yùn)行中，伴隨著振動間隙、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，可以根據(jù)間隙電壓的數(shù)值來判斷儀表本身有無發(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。對于振動探頭來說，是通過直接測量及調(diào)整安裝電壓來確定探頭的位置的?？紤]到：①振動探頭的安裝有一定的隨意性；②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有所降低（ V左右）；③即使振動值增大了100 μm， V；④ 其它的偏差。因此，振動探頭運(yùn)行時的間隙電壓與初始安裝電壓相比較，偏差應(yīng)該在177。（2～3）V以內(nèi)。一般來說，超過2V測振儀表很可能存在故障，超過3V基本失靈。另外，在紀(jì)錄了機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)正常后各點(diǎn)的間隙電壓或有在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)自動記錄了間隙電壓的情況下，則消除了上述①、②因素的影響，間隙電壓的判斷將更為精確、可信。如果振動值與間隙電壓的變化關(guān)系不符合探頭特性（），超過177。，那么測振儀表很可能已失靈。例如，某振動探頭運(yùn)轉(zhuǎn)正常時的振動值/間隙電壓為20μm / V，現(xiàn)在為70μm / V，其振動值增大了50μm， V， V， V，因此測振儀表本身有問題。