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大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷

1 故障診斷的含義

故障就是指機(jī)械設(shè)備喪失了原來(lái)所規(guī)定的性能和狀態(tài)。通常把運(yùn)行中的狀態(tài)異常、缺陷、性能惡化及事故前期的狀態(tài)統(tǒng)稱(chēng)為故障，有時(shí)也把事故直接歸為故障。

而故障診斷則是根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)所獲得的信息，結(jié)合設(shè)備的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、運(yùn)行參數(shù)及其歷史運(yùn)行狀況，對(duì)設(shè)備有可能發(fā)生的故障進(jìn)行分析、預(yù)報(bào)，對(duì)設(shè)備已經(jīng)或正在發(fā)生的故障進(jìn)行分析、判斷，以確定故障的性質(zhì)、類(lèi)別、程度、部位及趨勢(shì)。

大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械是指由渦輪機(jī)（如汽輪機(jī)、水輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、煙氣輪機(jī)等）及其驅(qū)動(dòng)的工作機(jī)（如離心式壓縮機(jī)、軸流式壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)等）所組成的透平式流體動(dòng)力機(jī)械，習(xí)慣上簡(jiǎn)稱(chēng)大型機(jī)組。大型機(jī)組是化工、石化、電力、鋼鐵等行業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，例如：乙烯裝置的三機(jī)（裂解氣壓縮機(jī)、乙烯壓縮機(jī)、丙稀壓縮機(jī)），化肥裝置的五機(jī)（原料氣壓縮機(jī)、空氣壓縮機(jī)、合成氣壓縮機(jī)、氨壓縮機(jī)、二氧化碳?jí)嚎s機(jī)），煉油裝置的三機(jī)（煙機(jī)、主風(fēng)機(jī)、富氣式壓縮機(jī)），大型空分裝置的空氣壓縮機(jī)，中心電站的大型汽輪機(jī)或水輪發(fā)電機(jī)組，鋼鐵企業(yè)的氧壓縮機(jī)及高爐風(fēng)機(jī)等。大型機(jī)組由于功率大、轉(zhuǎn)速高、流量大、壓力高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、監(jiān)控儀表繁多，運(yùn)行及檢修要求高，因此在設(shè)計(jì)、制造、安裝、檢修、運(yùn)行等環(huán)節(jié)稍有不當(dāng)，都會(huì)造成機(jī)組在運(yùn)行時(shí)發(fā)生種種故障。大型機(jī)組本身價(jià)格昂貴，大型機(jī)組的故障停機(jī)又會(huì)引起整個(gè)生產(chǎn)裝置的全面停產(chǎn)，給企業(yè)、社會(huì)、國(guó)家造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，認(rèn)真做好大機(jī)組的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷工作，對(duì)避免惡性設(shè)備損壞事故的發(fā)生，降低停機(jī)次數(shù)和縮短停機(jī)時(shí)間、減少企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失是十分有益的。

2 故障診斷的目的

故障診斷的根本目的就是要保證大型機(jī)組的安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期、滿(mǎn)負(fù)荷、優(yōu)良運(yùn)行，其目的主要為：

①對(duì)機(jī)組運(yùn)行中的各種異常狀態(tài)作出及時(shí)、正確、有效的判斷，預(yù)防和消除故障，或者將故障的危害性降低到低程度；同時(shí)對(duì)設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行必要的指導(dǎo)，確保運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

②確定合理的故障檢修時(shí)機(jī)及項(xiàng)目，既要保證設(shè)備在帶病運(yùn)行時(shí)安全、不發(fā)生重大設(shè)備故障，又要保證停機(jī)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的確有問(wèn)題，合理延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命和降低維修費(fèi)用。

③通過(guò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，為提高設(shè)備的性能而進(jìn)行的技術(shù)改造及優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)提供數(shù)據(jù)和信息。

3 故障診斷的任務(wù)

故障診斷的任務(wù)主要包括三個(gè)方面，即監(jiān)視機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，判斷其是否正常；判斷機(jī)組的故障，預(yù)測(cè)將來(lái)發(fā)生的趨勢(shì)，并提供消除故障的思路；指導(dǎo)機(jī)組的運(yùn)行和維修。

4 故障診斷的方法

4.1 振動(dòng)分析法

振動(dòng)分析法是對(duì)設(shè)備所產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)進(jìn)行信號(hào)采集、數(shù)據(jù)處理后，根據(jù)振幅、頻率、相位及相關(guān)圖形所進(jìn)行的故障分析。

一方面由于在大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的所有故障中，振動(dòng)問(wèn)題出現(xiàn)的概率較高；另一方面，振動(dòng)信號(hào)包含了豐富的機(jī)械及運(yùn)行的狀態(tài)信息，既包含了轉(zhuǎn)子、軸承、聯(lián)軸器、基礎(chǔ)、管線(xiàn)等機(jī)械零部件運(yùn)行中自身狀態(tài)的信息，又包含了諸如轉(zhuǎn)速、流量、進(jìn)出口壓力及溫度、油溫等影響運(yùn)行狀態(tài)的信息；第三，振動(dòng)信號(hào)易于拾取，便于在不影響機(jī)器運(yùn)行的情況下實(shí)行在線(xiàn)監(jiān)測(cè)和診斷。因此振動(dòng)分析法是旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷中運(yùn)用廣泛，也行之有效的方法。采用振動(dòng)分析法，可以對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械大部分的故障類(lèi)型進(jìn)行準(zhǔn)確的診斷，如轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡問(wèn)題、轉(zhuǎn)軸彎曲、軸承工作不良、油膜渦動(dòng)及油膜振蕩、轉(zhuǎn)子熱不對(duì)中、動(dòng)靜件摩擦、旋轉(zhuǎn)失速及喘振、轉(zhuǎn)軸的橫向裂紋、葉輪松動(dòng)、結(jié)構(gòu)共振等等。

4.2 油膜分析法

油膜分析法是對(duì)機(jī)組在用潤(rùn)滑油的油液本身及油中微小顆粒所進(jìn)行的理化分析。通過(guò)對(duì)潤(rùn)滑油的粘度、閃點(diǎn)、酸值、破乳化度、水分、機(jī)械雜質(zhì)、液相銹蝕試驗(yàn)、抗氧化安全性等各種主要性能指標(biāo)的檢驗(yàn)分析，不僅可以掌握潤(rùn)滑油本身的性能信息，而且也可以了解到機(jī)組軸承、密封的工作狀況。尤其是對(duì)油液中不溶物質(zhì)，主要是微小固體顆粒所進(jìn)行的鐵譜分析、光譜分析、顆粒計(jì)數(shù)，可以識(shí)別油液中所含各種顆粒的化學(xué)成分及其濃度、形貌、尺寸，從而對(duì)潤(rùn)滑、特別是軸承合金、軸頸、浮環(huán)、機(jī)械密封的動(dòng)靜環(huán)、油封及油檔等摩擦副的磨損狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)的分析與診斷。因此油液分析法也是大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷中的一個(gè)重要方法。

4.3 軸位移的監(jiān)測(cè)

在某些非正常的情況下，大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子會(huì)因軸向力過(guò)大而產(chǎn)生較大的軸向位移，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起推力軸承磨損，進(jìn)而引起葉輪與汽缸隔板摩擦碰撞；大型汽輪機(jī)在啟動(dòng)和停車(chē)過(guò)程中，也會(huì)因轉(zhuǎn)子與缸體受熱和冷卻不均而產(chǎn)生差脹，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生軸向動(dòng)靜摩擦。盡管軸位移故障的概率不是很高，但也常有發(fā)生，特別是一旦發(fā)生后對(duì)設(shè)備造成的損壞往往是災(zāi)難性的。所以，對(duì)軸位移進(jìn)行在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷分析很有必要。

4.4 軸承回油溫度及瓦塊溫度的監(jiān)測(cè)

檢修或運(yùn)行中的操作不當(dāng)都會(huì)造成軸承工作不良，從而引起軸承瓦塊及軸承回油溫度升高，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成燒瓦。所以對(duì)軸承回油溫度、瓦塊溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)也很必要。按API617規(guī)定，軸承進(jìn)出口潤(rùn)滑油的正常溫升應(yīng)小于28℃，軸承出口處的較高油溫應(yīng)小于82℃。另外，用鉑電阻在距軸承合金1mm處測(cè)量時(shí)，一般不應(yīng)超過(guò)110～115℃。但由于溫度的反映往往滯后，具體的測(cè)量方法又各不相同，因此應(yīng)具體情況具體分析。

4.5 綜合分析法

在進(jìn)行實(shí)際的故障診斷時(shí)，往往是將以上各種方法連同工藝及運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測(cè)與分析一起進(jìn)行綜合分析的。

5 故障診斷的常用圖譜

5.1 常規(guī)圖譜（又稱(chēng)穩(wěn)態(tài)圖，不含開(kāi)停車(chē)信息）

5.1.1 機(jī)組總貌圖——顯示機(jī)組總貌，查看探頭的位置及位號(hào)。

5.1.2 單值棒圖——顯示實(shí)時(shí)振動(dòng)值，并可知低報(bào)、高報(bào)警值及轉(zhuǎn)速。

5.1.3 多值棒圖?——顯示實(shí)時(shí)通頻值及各主要振動(dòng)分量的振動(dòng)值，可大致了解機(jī)組運(yùn)行是否正常。

①通頻值——通頻值即總振動(dòng)值，為各頻率下振動(dòng)分量相互迭加后的總和。

②一倍頻——又稱(chēng)基頻、工頻，為轉(zhuǎn)子實(shí)際工作轉(zhuǎn)速的頻率，

f = n /60 [Hz]；轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡、軸承工作不良、熱態(tài)對(duì)中不良等均會(huì)引起一倍頻增大，發(fā)生概率依次降低。

③二倍頻——二倍工頻，轉(zhuǎn)子熱態(tài)對(duì)中不良、裂紋、松動(dòng)等都會(huì)引起二倍頻增大，主要是對(duì)中不良。

④0.5倍頻——0.5倍工頻，油膜失穩(wěn)會(huì)引起該頻率段增大，軸承工作不良（如間隙、緊力、接觸、搖擺、油檔等）也會(huì)引起該段頻率增大；旋轉(zhuǎn)失速（喘振的先兆）的頻率為(0.4~0.8)倍工頻，也有可能。

⑤可選頻段——用戶(hù)根據(jù)機(jī)組的特點(diǎn)，自己定義的頻段。

⑥殘余量——剩余頻率成分振動(dòng)分量的總和。該部分振值高時(shí)，轉(zhuǎn)子有可能發(fā)生摩擦、氣流脈動(dòng)等。

正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的多值棒圖通常是，一倍頻大，二倍頻小于一倍頻的一半，0.5倍頻微量或無(wú)，殘余量不大。

5.1.4 波形圖——顯示通頻振動(dòng)位移（總振值）與時(shí)間(周期)的關(guān)系，又稱(chēng)幅值時(shí)域圖。

在正常的狀態(tài)下，波形圖應(yīng)為較平滑的正弦波，且重復(fù)性好。

a．動(dòng)不平衡時(shí)，在一個(gè)周期內(nèi)為典型的正弦波；

b．中不良時(shí)，在一個(gè)周期內(nèi)為波峰翻倍，波形光滑、穩(wěn)定、重復(fù)性好；

c．摩擦?xí)r，波峰多，波形毛糙、不穩(wěn)定、或有削波；

d．自激振蕩（油膜渦動(dòng)，旋轉(zhuǎn)脫離）時(shí)，波形雜亂、重復(fù)性差、波動(dòng)性大。

5.1.5 頻譜圖——顯示了在各振動(dòng)分量的頻率及其振幅值。

橫坐標(biāo)可選擇“階比”或“頻率”，一般用階比。

各種頻率所對(duì)應(yīng)的故障可參照前面在多值棒圖中的介紹。

正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的頻頻圖通常是，一倍頻大，二倍頻次之、約小于一倍頻的一半，三倍頻、四倍頻…x倍頻逐步參差遞減，低頻（即小于一倍頻的成份）微量。

看圖譜不能就圖看圖，一定要與歷史和正常運(yùn)轉(zhuǎn)下的頻譜圖相比較，查找那些頻率成份發(fā)生了變化，變化的倍率有多大。

5.1.6 軸心軌跡圖——顯示轉(zhuǎn)子軸心相對(duì)于軸承座渦動(dòng)運(yùn)動(dòng)的軌跡。

有原始、提純、平均、一倍頻、二倍頻等軸心軌跡，主要看提純。

在正常的情況下，軸心軌跡為一橢圓形。

若軸心軌跡的形狀、大小重復(fù)性好，則表明轉(zhuǎn)子是穩(wěn)定的。

對(duì)中不良時(shí)，為香蕉狀，嚴(yán)重時(shí)為8字形；

摩擦?xí)r，多處出現(xiàn)鋸齒尖角或小環(huán)；

瓦塊安裝間隙相互偏差較大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)明顯的凸起狀。

油膜渦動(dòng)時(shí)，大圈套小圈。

5.1.7 振動(dòng)趨勢(shì)圖——顯示振幅及相位與時(shí)間的關(guān)系。

從振動(dòng)趨勢(shì)圖可以看到異常振動(dòng)的起始時(shí)間、持續(xù)時(shí)間、終止時(shí)間，依此查看DCS，查找機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)有無(wú)發(fā)生重大變化，從而確定故障的真?zhèn)?。還可以通過(guò)選擇框，看到各探頭的間隙電壓趨勢(shì)，從而確定一次儀表本身有*。

并且可以更清晰地看到工頻、二倍頻、0.5倍頻等主要頻率成份幅值變化的形態(tài)，從而進(jìn)行故障類(lèi)型、程度、趨勢(shì)的診斷。

依次看各振動(dòng)分量的趨勢(shì)圖，查找變化量大的頻率成分，從而確定故障類(lèi)型。例如，看一倍頻有無(wú)變化，能否回到原正常值，是否發(fā)生突變（含相位）。若不能回到原正常值，則為動(dòng)不平衡；若突變，則為轉(zhuǎn)子損傷；若變化緩慢，則為轉(zhuǎn)子結(jié)垢（如催化劑粘結(jié)）。

看異常振動(dòng)分量的變化倍率，從而確定故障的程度，進(jìn)而確定是否停機(jī)。例如，對(duì)動(dòng)不平衡，若超出正常值的一倍，應(yīng)引起重視，但仍可監(jiān)視運(yùn)行；若超出2.5倍，或?yàn)槔^續(xù)上升的趨勢(shì)，則應(yīng)盡快組織停機(jī)搶修。對(duì)伴有低頻分量引起的軸承工作不良，則應(yīng)根據(jù)波動(dòng)的間隔時(shí)間、波動(dòng)量的大小、能否回到原正常值作出判斷。

5.1.8 過(guò)程振動(dòng)趨勢(shì)圖——顯示轉(zhuǎn)子軸位移及機(jī)組的過(guò)程參數(shù)與時(shí)間的關(guān)系。

機(jī)組的過(guò)程參數(shù)，如進(jìn)出口壓力、溫度及流量、油溫、瓦溫等，對(duì)故障診斷是有幫助的。

軸位移發(fā)生變化時(shí)應(yīng)該與轉(zhuǎn)子的軸向力（由進(jìn)、出口壓差、流量、分子量、是否帶液等決定）及推力軸承瓦溫綜合判斷。

5.1.9 極坐標(biāo)圖——各振動(dòng)分量的幅值及相位隨時(shí)間變化的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，亦稱(chēng)可接受區(qū)域圖。

散布集中、相位穩(wěn)定時(shí)，好；散布區(qū)域增大、相位改變時(shí)，應(yīng)引起重視。

5.1.10 軸心位置圖——在忽略振動(dòng)的情況下，顯示軸心相對(duì)與軸承中心的穩(wěn)態(tài)位置。

可以看出軸承的偏位角、偏心距、小油膜的厚度，從而判斷轉(zhuǎn)子運(yùn)行是否平穩(wěn)。

5.1.11 全息譜圖——全面反映轉(zhuǎn)子在同一軸承處主要振動(dòng)分量的振幅、相位、頻率信息。

全息譜圖實(shí)際上是將兩個(gè)相互垂直的同一階次頻率諧波合成后的軌跡圖集合在一起，對(duì)分析較疑難的故障作用更加明顯。

正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，全息譜圖中的軌跡為橢圓。若軌跡為正圓或接近為正圓，則表明兩個(gè)相互垂直方向上的振動(dòng)幅值相同、相位差為90°或幅值相近、相位差很接近90°；若軌跡為斜直線(xiàn)或接近為斜直線(xiàn)，則表明兩方向振動(dòng)相位相同或非常接近；若軌跡為水平線(xiàn)或垂直線(xiàn)，則表明水平或垂直方向上的振動(dòng)分量要比另一方向大得多。

5.2 啟停機(jī)圖譜（又稱(chēng)瞬態(tài)圖，僅分析啟停機(jī)過(guò)程中的狀況）

5.2.1 轉(zhuǎn)速時(shí)間圖——顯示開(kāi)停機(jī)過(guò)程中，轉(zhuǎn)速變化與時(shí)間的關(guān)系。

5.2.2 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(chēng)極坐標(biāo)圖，或奈奎斯特圖。

通過(guò)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。

5.2.3 波德圖——顯示轉(zhuǎn)子振幅和相位隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系曲線(xiàn)。

可以看出臨界轉(zhuǎn)速，計(jì)算出動(dòng)態(tài)放大倍數(shù)，估算出系統(tǒng)阻尼。

5.2.4 頻譜瀑布圖(級(jí)聯(lián)圖) ——顯示轉(zhuǎn)子在各種轉(zhuǎn)速（或時(shí)間）下的頻譜變化。

通常表示：X軸——頻率；Y軸——振幅；Z軸——時(shí)間或轉(zhuǎn)速間隔。

6 故障診斷的步驟

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(guān)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：

，故障的真?zhèn)危?/span>

第二，故障的類(lèi)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)。

6.1 故障真?zhèn)蔚脑\斷

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(lèi)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(chē)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。

6.1.1 首先應(yīng)查詢(xún)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。常見(jiàn)的故障為小流量引起的旋轉(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，這些故障若處理及時(shí)、正確，則可消除、減弱。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)的機(jī)械故障為強(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。

如果系統(tǒng)未發(fā)生任何變化，同時(shí)又能確定儀表無(wú)誤，那么機(jī)械損傷肯定是真的發(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。

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(xún)，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，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。

1989年，某公司C廠(chǎng)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(xún)問(wèn)，該廠(chǎng)是在改用了D廠(chǎng)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。

2000年元月，某煉廠(chǎng)催化煙機(jī)的振動(dòng)值由以往的30～40μ上升到70~80μ，且有大幅度的波動(dòng)。廠(chǎng)方要求解體大修、更換轉(zhuǎn)子。由于輕載瓦的變化大于重載瓦，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?zhuān)蠹叶记宄氐恼J(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，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(hù)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(chē)間進(jìn)行了調(diào)整，在振動(dòng)值為40～50μ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。

6.1.2 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(zhuān)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(guān)、準(zhǔn)確的方法。

探頭是傳感器的俗稱(chēng)，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(chēng)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(xiàn)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(xiàn)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。由于該電壓與間隙成正比，因此稱(chēng)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(chēng)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(xiàn)性特性為200mV/mil，換算成公制為7.87V/mm或0.00787 V/μm。若振動(dòng)的間隙電壓與初始安裝電壓相差在±（1～2）V以?xún)?nèi)，軸位移的間隙電壓±軸位移值（單位：mm，遠(yuǎn)離探頭時(shí)為“＋”，靠近為“－”）×7.87與初始安裝電壓相差在±（0.5～1）V以?xún)?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，其顯示的振動(dòng)或軸位移數(shù)值是令人難以相信的探頭的初始安裝電壓均為某一定值，基本上為8 V、9 V、10 V、多數(shù)為10V。其中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，對(duì)調(diào)零位，也就是軸位移的初始安裝電壓，后還要校核，所以其誤差量很小，通常在±0.2V以?xún)?nèi)；而振動(dòng)探頭的安裝，則通過(guò)直接測(cè)量及調(diào)整安裝電壓來(lái)確定探頭的位置，運(yùn)轉(zhuǎn)后轉(zhuǎn)子被油膜托起，處于兩側(cè)45°上方的探頭間隙電壓會(huì)降低約0.5V左右，加之考慮到振動(dòng)值的影響，會(huì)產(chǎn)生約±1V的誤差量。對(duì)于振動(dòng)探頭的間隙電壓來(lái)說(shuō)，如果在機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)正常后記錄下各點(diǎn)的間隙電壓，或者有在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)記錄的各點(diǎn)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的間隙電壓、即GAP趨勢(shì)或GAP報(bào)表，并以此作為初始安裝電壓來(lái)判斷故障時(shí)的間隙電壓是否真實(shí)可信，那么必將更為。因?yàn)榧词拐駝?dòng)值增大了100μm，其間隙電壓的變化也不會(huì)超過(guò)0.4V，所以?xún)烧叩钠顟?yīng)該在±（0.5～1）V以?xún)?nèi)。

例如，2001年7月某煉油廠(chǎng)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)。立即趕到現(xiàn)場(chǎng)后，操作人員介紹停機(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。經(jīng)查，“二選二”的軸位移間隙電壓為17.6V和17.8V，并從DCS上調(diào)看到推力軸承溫度從52℃跳升到56℃，且略滯后于軸位移的變化。當(dāng)即判斷不是儀表誤動(dòng)作，而是止推軸承的軸承合金已磨光，原因很有可能是蒸汽帶液。為證實(shí)此判斷，在不影響盤(pán)車(chē)降溫的情況下，無(wú)法進(jìn)行軸承箱揭蓋查瓦，由鉗工用厚度為2.2mm及2.3mm的塞尺檢查了軸位移探頭處的間隙，并從回油中檢查到軸承合金的磨損碎粒。診斷的根據(jù)是，軸位移安裝電壓為10V，加上1mm的軸承合金厚度（大機(jī)組瓦塊軸承合金厚度一般為1～1.2mm，很少會(huì)超過(guò)1.5mm），即7.87 V，正好與17.6V和17.8 V相符，只有蒸汽帶液所形成的巨大軸向力才有可能造成止推軸承合金層瞬間磨光。

間隙電壓與初始安裝電壓相差過(guò)大時(shí)，則表明儀表已出現(xiàn)故障。其中，探頭、延伸電纜、測(cè)隙儀、顯示表頭、通訊卡等各個(gè)環(huán)節(jié)上都有可能出現(xiàn)問(wèn)題。具體來(lái)說(shuō)，防松螺母沒(méi)有鎖緊時(shí)，探頭會(huì)產(chǎn)生松動(dòng)，間隙電壓會(huì)產(chǎn)生較大的跳動(dòng)，并造成為低頻成分不固定的間歇性、跳動(dòng)性強(qiáng)烈振動(dòng)的假象，許多工廠(chǎng)都曾發(fā)生過(guò)這類(lèi)情況；檢修中會(huì)不經(jīng)意地碰傷探頭，會(huì)造成間隙電壓突然降低或消失，某化肥廠(chǎng)合成氣壓縮機(jī)中壓缸的軸位移探頭，就曾被鉗工敲擊時(shí)留下的突起翻邊的軸頭鎖母碰傷過(guò)，軸位移顯示紊亂，直至被迫切除；浮環(huán)密封、機(jī)械密封工作狀態(tài)不好時(shí)，探頭的密封膠及線(xiàn)圈會(huì)被油中的腐蝕介質(zhì)所腐蝕，造成間隙電壓緩慢降低，并引起振動(dòng)值緩慢降低、直至消失，或者引起軸位移負(fù)方向值緩慢增大的假象，直至連鎖保護(hù)動(dòng)作停機(jī)，某化肥廠(chǎng)氨壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)透平曾出現(xiàn)過(guò)反向軸位移連鎖停機(jī)，經(jīng)查是油中既有氨、又有水，造成探頭線(xiàn)圈腐蝕。延伸電纜接頭處密封不可靠時(shí)，油中的水份會(huì)使接頭銹蝕，造成間隙電壓忽有忽無(wú)，忽正常忽降低，直至*消失，許多工廠(chǎng)過(guò)去多次發(fā)生過(guò)此類(lèi)問(wèn)題，某化肥廠(chǎng)空壓機(jī)高壓缸周?chē)S位移于96年再次發(fā)生此問(wèn)題時(shí)，一開(kāi)始就被引起關(guān)注，后經(jīng)觀(guān)察證實(shí)后，提前切除了連鎖，如今許多工廠(chǎng)將接頭移至軸承箱外；延伸電纜自身鎧甲及絕緣破損時(shí)，油中的水會(huì)引起短路，造成間隙電壓升高，某煉油廠(chǎng)催化主風(fēng)機(jī)五機(jī)組曾發(fā)生過(guò)此問(wèn)題，其它工廠(chǎng)也有發(fā)生，因此現(xiàn)在不少工廠(chǎng)延伸電纜的鎧甲及絕緣已增厚。測(cè)隙儀的安裝位置靠近地面，容易發(fā)生的故障是因門(mén)、孔密封膠條失效，水進(jìn)入后短路造成間隙電壓混亂，多數(shù)情況下會(huì)造成報(bào)警及聯(lián)鎖動(dòng)作。本特利顯示表盤(pán)的電源卡在使用期過(guò)長(zhǎng)的情況下也會(huì)發(fā)生問(wèn)題，某化肥廠(chǎng)二氧化碳?jí)嚎s機(jī)在一段時(shí)間內(nèi)，若干個(gè)通道的振動(dòng)值都在無(wú)規(guī)則地有高有低地增大，經(jīng)查各間隙電壓均有所下降，下降的幅度開(kāi)始在1～2V，儀表部門(mén)認(rèn)為無(wú)明顯問(wèn)題，后仍繼續(xù)下降，低時(shí)僅有4~5V，同時(shí)振動(dòng)值又有較大上升，其間儀表部門(mén)終于發(fā)現(xiàn)是供電的電源卡出現(xiàn)故障，等備件到貨換上后，故障消除。如今，很多工廠(chǎng)都上了DCS，有時(shí)在DCS上發(fā)現(xiàn)振動(dòng)上升，甚至造成連鎖動(dòng)作停車(chē)，但現(xiàn)場(chǎng)的一次儀表及就地表盤(pán)上數(shù)值仍正常，這是通訊卡出現(xiàn)了故障，因此當(dāng)二次表或DCS上發(fā)現(xiàn)有問(wèn)題時(shí)，還應(yīng)到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行對(duì)照檢查。

總之，因儀表故障造成的各種假象屢見(jiàn)不鮮，在進(jìn)行故障診斷時(shí)，首先應(yīng)確認(rèn)儀表所顯示的信息是否真是可信、儀表本身有*。

6.1.3 應(yīng)查看相關(guān)的運(yùn)行參數(shù)有無(wú)相應(yīng)的變化

由于轉(zhuǎn)子本身是一個(gè)整體，通過(guò)聯(lián)軸器相連的幾根轉(zhuǎn)子所組成的一個(gè)軸系也是一個(gè)整體，盡管如今使用的金屬撓性聯(lián)軸器（如各種疊片聯(lián)軸器、膜盤(pán)聯(lián)軸器）以及過(guò)去使用的金屬半撓性聯(lián)軸器（如各種齒式聯(lián)軸器）能夠吸收很大或者較大的徑向、軸向、角向撓動(dòng)，但畢竟不可能*消除。因此，只要是真的發(fā)生了振動(dòng)增大，那么必然是某種激振力對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了作用。此時(shí)，盡管有的部位振動(dòng)增高幅度大，有的部位振動(dòng)增高幅度小，對(duì)于撓性轉(zhuǎn)子甚至有的部位會(huì)因?yàn)檎裥偷母淖兎炊駝?dòng)變??；但是有一點(diǎn)是肯定的，這就是整根轉(zhuǎn)子作為一個(gè)整體的振動(dòng)狀態(tài)必然發(fā)生了變化。同樣，如果真的發(fā)生了較強(qiáng)烈的振動(dòng)增大，整個(gè)軸系的振動(dòng)狀態(tài)也肯定會(huì)同時(shí)發(fā)生變化。

當(dāng)某一軸承某一方向振動(dòng)值明顯增大或甚至報(bào)警時(shí)，應(yīng)先后調(diào)看同一軸承、同一轉(zhuǎn)子、同一軸系相關(guān)測(cè)點(diǎn)在同一時(shí)刻的振動(dòng)值。若同一軸承另一方向的振動(dòng)值也同時(shí)變大或者變小，同一轉(zhuǎn)子另一端軸承兩個(gè)方向的振動(dòng)值也同時(shí)變大或變小，同一軸系上相鄰轉(zhuǎn)子軸承的振動(dòng)值也同時(shí)有變化，盡管變化有可能很小、變化幅度呈衰減狀，則肯定是真實(shí)的。也就是說(shuō)，不片面追求同一時(shí)刻振動(dòng)值是否同時(shí)增大，盡管同時(shí)增大的概率較高，關(guān)鍵只看同一時(shí)刻振動(dòng)值是否發(fā)生變化。若同一軸承的另一方向、同一轉(zhuǎn)子的另一端軸承、同一軸系相鄰轉(zhuǎn)子軸承的振動(dòng)值在同一時(shí)刻無(wú)絲毫變化時(shí)，則很可能是假的。

當(dāng)軸位移發(fā)生明顯變化或波動(dòng)時(shí)，對(duì)汽輪機(jī)應(yīng)主要查看蒸汽流量以及進(jìn)、排氣的溫度、壓力和監(jiān)視段壓力；對(duì)壓縮機(jī)則主要看各缸、各段的進(jìn)出口壓力以及氣體的組份和流量，同時(shí)都要檢查一下蒸汽或氣體是否帶液，止推軸承的瓦塊溫度以及回油溫度、回油量等。若上述運(yùn)行參數(shù)發(fā)生了明顯異常變化或較大的波動(dòng)，則肯定是真的；若上述運(yùn)行參數(shù)無(wú)任何變化，則很可能是假的。

6.1.4 應(yīng)察看現(xiàn)場(chǎng)有無(wú)人可直接感受到的異?，F(xiàn)象

這一條看起來(lái)很土，既難以定性、更無(wú)法定量，似乎很不科學(xué)，但實(shí)際上對(duì)判斷故障的真?zhèn)文軌蚱鸬經(jīng)Q定性的作用，是非常關(guān)鍵的一條。

由于工藝系統(tǒng)和運(yùn)行參數(shù)的情況有時(shí)較難摸清找準(zhǔn)，儀表問(wèn)題復(fù)雜且專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)，三方面查起來(lái)都要耗費(fèi)較多的時(shí)間。相比之下，人到現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)眼看、耳聽(tīng)、手摸，往往只需要幾分鐘，便可完成對(duì)機(jī)組狀況的總體了解，確實(shí)較為直觀(guān)、客觀(guān)、快捷。如果人都感受到了異常，那么機(jī)組肯定是發(fā)生了實(shí)實(shí)在在的變化，則故障肯定是真的，而且程度嚴(yán)重；如果感受到似乎有點(diǎn)異常，但不明顯，那么機(jī)組有可能發(fā)生了變化，則故障有可能是真的，其程度還不十分嚴(yán)重；如果感受不到絲毫異常，那么機(jī)器很可能沒(méi)有變化，則故障很可能是假的，即使真有故障，其程度也較輕微。當(dāng)然要做好這一點(diǎn)，需要依靠經(jīng)驗(yàn)的積累，平時(shí)對(duì)正常運(yùn)行的機(jī)組體驗(yàn)得多、體驗(yàn)得細(xì)，遇到故障發(fā)生時(shí)，自然就會(huì)感受到明顯的區(qū)別。

眼看，看機(jī)組就地壓力表以判斷振動(dòng)狀況，此類(lèi)壓力表處于懸臂管線(xiàn)的末端，剛性差，對(duì)振動(dòng)的反映較靈敏，正常情況下指針輕微顫動(dòng)，振動(dòng)增大時(shí)指針顫動(dòng)的幅度會(huì)增大，機(jī)組發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)時(shí)，一眼看過(guò)去會(huì)發(fā)現(xiàn)整個(gè)壓力表連同根部管線(xiàn)在一起顫動(dòng)；另外看回油的顏色和濁度，以判斷潤(rùn)滑狀況。

耳聽(tīng)的關(guān)鍵是聽(tīng)機(jī)組發(fā)出的聲音是否連續(xù)，中間有無(wú)間斷或迭加聲，聲音連續(xù)則表明運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，有間斷或迭加聲則表明很可能發(fā)生了故障（以上僅對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械而言），如果進(jìn)一步再能體會(huì)出噪聲的聲調(diào)和聲量，那就更好。還有聽(tīng)機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境噪聲以判斷機(jī)組總體運(yùn)行狀況，正常運(yùn)行下的機(jī)組，噪聲是連續(xù)、平穩(wěn)的，其聲調(diào)和聲音自有定式；因運(yùn)行參數(shù)變化或缸內(nèi)設(shè)備零部件發(fā)生故障時(shí)，缸內(nèi)氣體的流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生異常，因此而產(chǎn)生的氣流噪聲會(huì)使環(huán)境噪聲的聲調(diào)發(fā)生改變，有可能變高，也有可能變低，而聲量通常會(huì)變大；在發(fā)生嚴(yán)重設(shè)備故障的特殊情況下，不使用聽(tīng)棒便可以聽(tīng)到缸內(nèi)因零部件掉落而造成的金屬撞擊聲或金屬輾壓聲，因齒輪斷齒而造成的“咔啦、咔啦、咔啦啦…”的金屬輾壓聲，因軸承嚴(yán)重缺油而形成的“嘰…”金屬干摩擦高頻尖叫聲，等等。通過(guò)聽(tīng)棒可以了解到軸承及齒輪的工作狀況、轉(zhuǎn)子與固定元件有無(wú)發(fā)生摩擦、固定元件有無(wú)松動(dòng)以及氣流的脈動(dòng)狀況等，這是個(gè)細(xì)活，關(guān)鍵仍然是對(duì)連續(xù)、間斷、迭加聲、聲調(diào)的體會(huì)與把握。

手摸，用手指尖觸摸軸承箱或缸體以判斷振動(dòng)狀況，觸摸的點(diǎn)及方位不宜變，只能靠自己平時(shí)感覺(jué)的積累來(lái)判斷振動(dòng)的優(yōu)劣，經(jīng)驗(yàn)不足時(shí)可通過(guò)相互比較來(lái)加深感覺(jué)，或者使用Vm-63之類(lèi)的便攜式測(cè)振儀；手摸的另一種方法是用手去觸摸與軸承箱或缸體上剛性較差的油管，正常情況下，手摸上去只感到輕微抖動(dòng)，振動(dòng)較大時(shí)手會(huì)明顯感到抖動(dòng)增大，機(jī)組發(fā)生較強(qiáng)烈的振動(dòng)時(shí)，手摸上去會(huì)感到顫動(dòng)很大，甚至有麻手的感覺(jué)。

2002年10月，某公司重催氣壓機(jī)進(jìn)氣端軸承產(chǎn)生間歇性、跳動(dòng)性振動(dòng)，間歇周期由幾天一次逐步發(fā)展到一天2～3次，振動(dòng)發(fā)生時(shí)的跳動(dòng)范圍為3～5μm，問(wèn)題是振動(dòng)發(fā)生后振動(dòng)值回不到原來(lái)的數(shù)值，越來(lái)越高，由60～70μm很快發(fā)展到80～90μm，實(shí)際上為典型的油膜渦動(dòng)。由于振動(dòng)值能上能下，許多人并不擔(dān)心，并認(rèn)為有可能是儀表失靈。因此請(qǐng)公司領(lǐng)導(dǎo)到現(xiàn)場(chǎng)感受實(shí)際的振動(dòng)狀況，進(jìn)氣端軸承箱因包括止推軸承，箱體剛度大，但手摸的振動(dòng)感*，排氣端剛度差，但振動(dòng)感覺(jué)卻不及進(jìn)氣端，因此，振動(dòng)故障是真實(shí)的。由于已了解油膜渦動(dòng)的另一特點(diǎn)——突發(fā)性，領(lǐng)導(dǎo)決定立即停機(jī)。經(jīng)查為油中大量帶水所引起的瓦塊銹死，根本已無(wú)法擺動(dòng)。

1999年元月，某化工廠(chǎng)西門(mén)子汽輪機(jī)大修后多次試車(chē)均被迫中斷。其現(xiàn)象是，低轉(zhuǎn)速下較正常，約3000rpm后，伴隨著轉(zhuǎn)速升高，現(xiàn)場(chǎng)所感到的振動(dòng)加大、噪聲加大（新更換了增速齒輪箱），升速到6000～7000rpm后，現(xiàn)場(chǎng)的振動(dòng)及噪聲令人難以接受，試車(chē)被迫中斷，其間本特利表所顯示的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)值一直正常，尚未報(bào)警。在此情況下，有懷疑軸承的、有懷疑轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的、有懷疑不對(duì)中的，更多懷疑的是齒輪增速箱及儀表。到現(xiàn)場(chǎng)后，讓其再次開(kāi)車(chē)，通過(guò)手感發(fā)現(xiàn)前汽輪機(jī)軸承箱箱體垂直方向振動(dòng)大，而且伴隨著轉(zhuǎn)速上升而加劇，并達(dá)到難以接受的水平。同時(shí)氣缸的振動(dòng)也異常的大。由于氣缸是通過(guò)貓爪扒在前軸承箱上的，因此疑點(diǎn)集中到前軸承箱的穩(wěn)定性上，主要是連接螺栓螺母的預(yù)留間隙上。經(jīng)核對(duì)西門(mén)子原始圖紙，發(fā)現(xiàn)該廠(chǎng)理解錯(cuò)了制造商的要求，將0.1～0.15mm的間隙錯(cuò)誤地留到了墊圈內(nèi)的碟形彈簧墊圈上，結(jié)果造成前軸承箱連接螺栓螺母與墊圈的間隙變成了1mm以上，轉(zhuǎn)速上升后，前軸承箱隨著轉(zhuǎn)子的振動(dòng)在一同上下跳動(dòng)（水平方向有縱銷(xiāo)在限制），所以本特利表振動(dòng)雖不大（其所測(cè)的是轉(zhuǎn)子相對(duì)于軸承座的振動(dòng)），但實(shí)際的振動(dòng)卻很大。因此，還是人的感受往往更真實(shí)。

6.2 故障類(lèi)型的診斷

發(fā)生了什么類(lèi)型的故障，是何種原因所造成的故障，是故障診斷的核心。

開(kāi)始查找時(shí)范圍要大，凡是可能引起故障的信息都要收集，例如工藝系統(tǒng)、運(yùn)行、檢修方面的各種信息，甚至設(shè)備的原理、結(jié)構(gòu)、型號(hào)等。然后對(duì)所收集的信息進(jìn)行篩選，刪除本身正確、正常、未發(fā)生變化的信息。后，對(duì)剩下的疑點(diǎn)信息采用排除法，逐一去偽存真，特別要注意排除因發(fā)生故障所連帶產(chǎn)生的異?，F(xiàn)象，從而找出導(dǎo)致故障發(fā)生的真正原因。例如，當(dāng)喘振與軸位移波動(dòng)同時(shí)發(fā)生時(shí)，若診斷為軸位移故障肯定不對(duì)，說(shuō)軸位移波動(dòng)與喘振為故障的并列原因也不對(duì)，應(yīng)明確診斷為喘振故障，軸位移波動(dòng)是被連帶的，或者形象地說(shuō)喘振是肇事者，軸位移波動(dòng)是受害者。因此，對(duì)故障類(lèi)型的診斷，要找主要矛盾，要找肇事者、排除受害者，在確保準(zhǔn)確的前提下，盡可能只明確一條主要故障，即造成故障的真正原因。實(shí)在吃不準(zhǔn)時(shí)也可以多列幾條，但應(yīng)附加說(shuō)明其中的主次關(guān)系和可能發(fā)生的概率。

6.2.1 振動(dòng)故障類(lèi)型的診斷

在大機(jī)組所發(fā)生的各類(lèi)故障中，振動(dòng)故障發(fā)生的概率較高，具體引發(fā)的原因也復(fù)雜。對(duì)振動(dòng)類(lèi)型的診斷，在未配置頻譜分析儀時(shí)確實(shí)較為困難，只能根據(jù)振動(dòng)值的大小及變化形態(tài)，并參考流量、壓力、溫度、潤(rùn)滑油等運(yùn)行參數(shù)來(lái)進(jìn)行；即使配置了頻譜分析儀，也只是在故障發(fā)生后臨時(shí)架設(shè)到現(xiàn)場(chǎng)，故障發(fā)生時(shí)的頻譜信息未必都能及時(shí)捕捉到，其提供的僅為頻譜及波形、軸心軌跡等有限圖譜。此項(xiàng)工作的效果，在很大程度上取決于有關(guān)人員對(duì)設(shè)備工作原理與具體結(jié)構(gòu)的熟悉程度以及在機(jī)組運(yùn)行與檢修方面的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。實(shí)際上，能夠?qū)C(jī)組運(yùn)行及檢修提供預(yù)知性有效診斷的案例并不多，多數(shù)為事故發(fā)生后所進(jìn)行的故障分析。配置了在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之后，提供的圖譜及所含的信息大為增多，特別是機(jī)組在各種運(yùn)行狀態(tài)下，包括故障狀態(tài)、啟停機(jī)狀態(tài)下的信息均不會(huì)丟失，對(duì)振動(dòng)故障類(lèi)型的診斷提供了有力的支持。利用在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以方便地查找到引起通頻振動(dòng)增大的主要異常振動(dòng)分量的頻率，然后再對(duì)該振動(dòng)分量產(chǎn)生或增大的原因進(jìn)行具體的分析。

6.2.1.1 主要異常振動(dòng)分量頻率的查找步驟及方法

對(duì)于未設(shè)置在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的機(jī)組來(lái)說(shuō)，只能通過(guò)臨時(shí)架設(shè)頻譜分析儀的方法來(lái)查找引起通頻增大的主要異常振動(dòng)分量的具體頻率成分和其幅值的大小。如何正確看頻譜圖，前面已有介紹，這里不再過(guò)多重復(fù)，要強(qiáng)調(diào)的仍然是不要單純地看各種頻率及其幅值的大小，更要看其變化量的大小，重點(diǎn)是查找有無(wú)新的頻率成份、幅值相對(duì)變化大的頻率成份。而臨時(shí)架設(shè)的頻譜分析儀的不足之處，恰恰就是受客觀(guān)條件限制不大容易看到這些變化量。要彌補(bǔ)這一點(diǎn)，只能通過(guò)平時(shí)多積累一些各種轉(zhuǎn)速及工況下正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的頻譜圖，以便到故障發(fā)生時(shí)做相互比照。

對(duì)設(shè)置了在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的機(jī)組來(lái)說(shuō)，查找引起通頻增大的主要異常振動(dòng)分量的頻率可參考以下步驟及方法。

6.2.1.1.1 先看棒圖或多值棒圖

先看棒圖，可看到所有軸承測(cè)點(diǎn)振動(dòng)的實(shí)時(shí)值，同時(shí)還可看到規(guī)定的報(bào)警值及連鎖值，從而可以對(duì)當(dāng)前振動(dòng)水平的高低有個(gè)基本評(píng)價(jià)、并明確哪幾個(gè)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)值異常。

如果使用了S8000，那么可先看多值棒圖，其效果更好。因?yàn)樵诙嘀蛋魣D上，可同時(shí)看到通頻、工頻、0.5倍頻、2倍頻、自選頻段、剩余頻段的振動(dòng)實(shí)時(shí)值，不僅可以了解通頻，又形象、直觀(guān)地感受到各主要振動(dòng)分量自身的振動(dòng)水平以及對(duì)通頻貢獻(xiàn)所占的份額，從而對(duì)各振動(dòng)分量分布是否合理、有無(wú)明顯異?，F(xiàn)象有了大致的印象。因?yàn)樵谡＿\(yùn)行狀態(tài)下，總是工頻高，2倍頻約在工頻的一半以下，0.5倍頻微量或無(wú)，殘余量不高。如果，工頻過(guò)高、很靠近通頻，那么有可能是動(dòng)不平衡問(wèn)題；如果工頻正常，但2倍頻接近或超過(guò)工頻，那么有可能是熱不對(duì)中；如果半頻活躍（即不斷在跳動(dòng)）、有一定的幅值（不一定很高、如3～5μ，而5～8μ就算相當(dāng)高了）、而且此時(shí)工頻也同步跳動(dòng)增大，那么有可能是軸承工作不良；如果殘余量很高，那么有可能是摩擦、氣流脈動(dòng)、齒輪、疊片或膜盤(pán)聯(lián)軸器等其它問(wèn)題。這樣，便可為進(jìn)一步地仔細(xì)分析與診斷，提供一個(gè)大致的方向。

6.2.1.1.2 依次調(diào)看振動(dòng)趨勢(shì)圖

首先，看通頻趨勢(shì)圖，確定異常振動(dòng)的起始時(shí)間、大振動(dòng)或振動(dòng)變化大的發(fā)生時(shí)間，并依此時(shí)間查詢(xún)當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)工藝系統(tǒng)或運(yùn)行參數(shù)有無(wú)變化。另外，再查看一下振動(dòng)過(guò)程有無(wú)發(fā)生多次波動(dòng)的情況。在調(diào)看過(guò)程中，時(shí)間段的調(diào)整應(yīng)該分別長(zhǎng)一點(diǎn)和短一點(diǎn)，不要將有變化的疑點(diǎn)處遺漏，后再確定一個(gè)合適的時(shí)間段。

其次，必需看工頻趨勢(shì)圖，故障發(fā)生后轉(zhuǎn)子有無(wú)損傷？當(dāng)前狀況如何？看工頻趨勢(shì)圖便可一目了然。因?yàn)槿绻D(zhuǎn)子發(fā)生了機(jī)械損傷掉落，則肯定破壞了原有的動(dòng)平衡狀態(tài)，其工頻必然增大；但工頻增大并非肯定發(fā)生了轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡。具體看工頻趨勢(shì)圖時(shí)，不僅要看工頻的幅值趨勢(shì)圖，查工頻幅值有無(wú)增大；更要看工頻的相位趨勢(shì)圖，查工頻的相位是否也同時(shí)發(fā)生變化。只有幅值與相位同時(shí)發(fā)生變化，才能判斷為轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡發(fā)生了變化。另外，在看工頻趨勢(shì)圖時(shí)，還要看其變化是緩慢變化，還是跳變。如果是跳變，要看跳變了幾次；跳變后是否繼續(xù)爬升，特別是當(dāng)前能否穩(wěn)定在某一數(shù)值；如果是緩慢變化，要看幅值是否回落。

然后，應(yīng)該逐一看0.5倍頻、低頻、2倍頻、自選頻段、殘余量等趨勢(shì)圖，看這些振動(dòng)分量在通頻振動(dòng)發(fā)生時(shí)，有無(wú)明顯的增大變化。對(duì)0.5倍頻和低頻，不能只看其量的大小，因?yàn)榧词乖谡駝?dòng)較大的狀態(tài)下，只要不是在發(fā)生強(qiáng)振的那一時(shí)刻，這些頻率成份的振動(dòng)值都不會(huì)很高，主要是看其活躍不活躍，看其相對(duì)變化量大不大。

6.2.1.1.3 后看頻譜圖

頻譜圖能夠較為細(xì)致、準(zhǔn)確地反映出組成通頻振動(dòng)的所有具體頻率的成份及其幅值?？搭l譜圖決不能去找幅值大的頻率成份，并認(rèn)為其就是造成振動(dòng)大的主要原因，這是非常片面的。因?yàn)?，機(jī)組運(yùn)行正常時(shí)的頻譜圖，總是工頻大，二倍頻次之、約小于工頻的一半，三倍頻、四倍頻……n倍頻更小、并逐步參差遞減，低頻微量或無(wú)?？搭l譜圖時(shí)，不能就圖論圖，而應(yīng)該進(jìn)行對(duì)照比較，也就是通過(guò)故障發(fā)生時(shí)與正常運(yùn)行時(shí)的頻譜圖相互之間的比較，查找出主要異常振動(dòng)分量、即幅值相對(duì)變化大的頻率成份以及新出現(xiàn)的頻率的成份，只有該頻率成份的振動(dòng)分量才有可能是引起振動(dòng)故障的主要原因。此外，看頻譜圖時(shí)，多停留一些時(shí)間，在實(shí)時(shí)頻譜圖的刷新過(guò)程中，看看各頻率成份的幅值是否有變化，哪些頻率成份變化較大，尤其重要的是看低頻成份是否活躍，看是頻率成份活躍多一點(diǎn)、還是幅值活躍多一點(diǎn)?？吹皖l活躍時(shí)，工頻的幅值是否也跟著一起同步變化。如果工頻與低頻一起動(dòng)，盡管工頻變化的幅值可能超過(guò)低頻，但引起的原因可能還是低頻。

6.2.1.2 根據(jù)異常振動(dòng)分量頻率進(jìn)行振動(dòng)類(lèi)型診斷

分析判斷的思路如下圖所示。

如果主要異常振動(dòng)分量是工頻，則表明引起振動(dòng)的主要原因很可能是發(fā)生了動(dòng)不平衡，但也不排除軸承可能有問(wèn)題。區(qū)別二者，應(yīng)做以下三點(diǎn)判斷：①查通頻或工頻振動(dòng)趨勢(shì)圖，看振動(dòng)值能否回落到原來(lái)正常運(yùn)行時(shí)的數(shù)值。如果轉(zhuǎn)子發(fā)生了機(jī)械掉落損傷或者結(jié)垢，原有的動(dòng)平衡狀態(tài)受到了破壞，振動(dòng)值是無(wú)論如何也不可能恢復(fù)到原來(lái)數(shù)值的；而軸承工作不良所產(chǎn)生的振動(dòng)，尤其是油膜狀態(tài)不穩(wěn)定的振動(dòng)，只要軸承合金未發(fā)生嚴(yán)重磨損，是完夠恢復(fù)到原振值的。②查半頻或低頻趨勢(shì)圖，看工頻及半頻及低頻分量是否活躍。轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡只會(huì)增加軸承的載荷，不會(huì)影響到軸承油膜失穩(wěn)（除非發(fā)生極其強(qiáng)烈的振動(dòng)時(shí)），也就是說(shuō)工頻增大不會(huì)引起低頻增大；而軸承工作不良，會(huì)引起轉(zhuǎn)子振動(dòng)，即半頻及低頻增大會(huì)引起工頻增大。③查工頻趨勢(shì)圖，看工頻幅值變化時(shí)，相位是否同時(shí)發(fā)生變化。如果工頻變化是由動(dòng)不平衡所引起的，造成動(dòng)平衡變化的不平衡量的相位，不可能與原殘余不平衡量的相位*重合，工頻的相位必定變化。因此，可以肯定，只要是振動(dòng)值回不到原振值、低頻不活躍、工頻相位變化，那么必然是發(fā)生了由動(dòng)不平衡所引起的工頻增大。

為了進(jìn)一步區(qū)別動(dòng)不平衡的各具體故障類(lèi)型，還應(yīng)通過(guò)查看工頻趨勢(shì)圖判斷：工頻的幅值及相位是否為突變？如果是突變，那么就是有東西從轉(zhuǎn)子上掉落下來(lái)，轉(zhuǎn)子發(fā)生了性機(jī)械損傷。如果不是突變，是緩慢、較均勻地變化，還可再進(jìn)一步判斷：振動(dòng)值是否回落？即振動(dòng)值能否在增大后又有所降低，能降低，則為轉(zhuǎn)子結(jié)垢或催化劑粘接；不能降低則為轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲。此外，還有初始動(dòng)不平衡，即因轉(zhuǎn)子長(zhǎng)期水平臥放、或動(dòng)平衡試驗(yàn)失誤所致。其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)子的原始不平衡量過(guò)大，對(duì)升速極敏感。轉(zhuǎn)子在過(guò)臨界轉(zhuǎn)速前的低速跑合時(shí)，振動(dòng)值就較高，在通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域時(shí)強(qiáng)烈振動(dòng)，不得不中斷運(yùn)行。

如果壓縮機(jī)的主要異常振動(dòng)分量是低頻，則表明引起振動(dòng)的原因有可能是軸承問(wèn)題或喘振的前兆?——旋轉(zhuǎn)失速問(wèn)題。要分清軸承與旋轉(zhuǎn)失速，先要搞清各自的機(jī)理，以下做一點(diǎn)簡(jiǎn)單介紹。

所謂旋轉(zhuǎn)失速，是因容積流量偏小，在壓縮機(jī)葉輪中所形成的氣流脈動(dòng)。在正常工況下，氣體在流經(jīng)由葉片組成的擴(kuò)壓通道時(shí)，靠近葉輪壁面處的氣體會(huì)因粘性而速度降低、壓力增高，產(chǎn)生邊界層分離，在葉片非工作面靠近出口處形成與主流分離的脫離區(qū)。在容積流量降低時(shí)，氣體在葉輪入口處的速度降低，造成氣體在進(jìn)入葉輪葉片通道后的相對(duì)速度與設(shè)計(jì)工況不一致，而沖向葉片工作面。這樣，原來(lái)在外工作面上所產(chǎn)生的氣流脫離區(qū)因更缺乏主流的推動(dòng)而擴(kuò)大。流量進(jìn)一步減少時(shí)，脫離區(qū)就會(huì)變成形成脫離團(tuán)而堵塞一個(gè)或若干個(gè)葉片通道。脫離團(tuán)使葉輪入口處欲流入該葉道的氣體受阻，只能改變方向流入相鄰的葉道，流入旋轉(zhuǎn)方向前方葉道的氣流沖向葉片非工作面，使原有脫離區(qū)消失；流向后方葉道的氣流沖向工作面，使非工作面處的氣體流動(dòng)狀況更差，脫離區(qū)擴(kuò)大成脫離團(tuán)堵塞葉道，其堵塞后再次造成葉輪入口處的氣流改變方向，沖掉前方葉道的脫離團(tuán)，又使后方葉道形成堵塞。脫離團(tuán)的運(yùn)動(dòng)方向始終與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反，但又隨著葉輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，因此從坐標(biāo)系上來(lái)看，其旋轉(zhuǎn)速度低于葉輪轉(zhuǎn)速，所以稱(chēng)之為旋轉(zhuǎn)失速，又稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)脫離。旋轉(zhuǎn)失速既可以發(fā)生在某一級(jí)的某幾個(gè)葉輪流道中，也可以同時(shí)發(fā)生在某幾級(jí)的某幾個(gè)流道中；既可以發(fā)生在旋轉(zhuǎn)的葉輪中，也可以發(fā)生在固定元件、如擴(kuò)壓器中。顯然，旋轉(zhuǎn)失速發(fā)生時(shí)，氣流產(chǎn)生脈動(dòng)，并引起出口壓力及轉(zhuǎn)子振動(dòng)同時(shí)發(fā)生變化。

旋轉(zhuǎn)失速是喘振的前兆，發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速后，如果容積流量仍繼續(xù)降低，那么在葉輪中所形成的脫離團(tuán)的個(gè)數(shù)會(huì)越來(lái)越多，當(dāng)脫離團(tuán)充滿(mǎn)整個(gè)葉輪流道時(shí)，氣體的流動(dòng)狀況極為惡劣，會(huì)造成壓縮機(jī)的出口壓力降低，此時(shí)管網(wǎng)的氣體倒流入壓縮機(jī)中，使流量短時(shí)得到滿(mǎn)足，壓力重新升高，流向管網(wǎng)。管網(wǎng)壓力恢復(fù)后，壓縮機(jī)的流量又減小，管網(wǎng)中的氣體再次倒流。如此周而復(fù)始，壓縮機(jī)與管網(wǎng)一起產(chǎn)生了周期性振蕩現(xiàn)象，即為喘振。喘振的特點(diǎn)十分明顯，進(jìn)出口壓力發(fā)生大幅度波動(dòng)、機(jī)組產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)、伴有間歇性的氣流吼叫聲，生產(chǎn)企業(yè)時(shí)有發(fā)生，早已為人們所熟知，判斷非常容易。

軸承故障的原因很多，但都可以歸結(jié)到是引起油膜失常或破裂，使軸承不僅難以約束轉(zhuǎn)子的振動(dòng)，甚至反過(guò)來(lái)激發(fā)或加劇轉(zhuǎn)子的振動(dòng)。大型旋轉(zhuǎn)機(jī)組使用的幾乎全部都是液體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承，高速輕載的滑動(dòng)軸承容易產(chǎn)生油膜渦動(dòng)。轉(zhuǎn)子軸頸在軸承中穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，軸頸中心在O1位置上，載荷P與油膜反力R大小相等、方向相反，O1點(diǎn)就是軸頸旋轉(zhuǎn)時(shí)的平衡位置，這個(gè)平衡位置可由偏心率ε和偏位角θ來(lái)確定，見(jiàn)右圖。但是當(dāng)轉(zhuǎn)子受到外界瞬時(shí)干擾，假設(shè)軸頸中心移到O′位置時(shí)，油膜反力R變?yōu)?/span>R′，R′與P不再平衡，兩者的合力為F。F的徑向分力Fr與軸頸的位移方向相反，力圖把軸頸推回到原O1處，這是一種彈性恢復(fù)力。而切向分力Fu與軸頸位移方向相垂直，它有推動(dòng)軸頸繞平衡位置繼續(xù)旋繞的趨勢(shì)，這種旋繞運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為渦動(dòng)，Fu稱(chēng)渦動(dòng)力或切向力。

渦動(dòng)時(shí)，如果軸頸受到的渦動(dòng)力小于油膜阻尼力，則軸頸中心渦動(dòng)中所形成的軸心軌跡是收斂的，渦動(dòng)會(huì)減小；如果渦動(dòng)力等于油膜阻尼力，則軸心軌跡不再擴(kuò)大并成為封閉圖形，渦動(dòng)是穩(wěn)定的；如果渦動(dòng)力超過(guò)阻尼力，則軸心軌跡是發(fā)散的，渦動(dòng)是不穩(wěn)定的。渦動(dòng)的轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同時(shí)，稱(chēng)正進(jìn)動(dòng)；反之，為反進(jìn)動(dòng)。

理論推算出的渦動(dòng)轉(zhuǎn)速Ω等于轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速ω的一半，即

Ω＝ω/2，因此油膜渦動(dòng)又稱(chēng)為半速渦動(dòng)。實(shí)際中，渦動(dòng)頻率Ω總是小于轉(zhuǎn)子的工作頻率ω/2，大約為（0.43～0.48）ω，但渦動(dòng)比Ω/ω始終保持不變，即渦動(dòng)頻率Ω始終與轉(zhuǎn)子的工作頻率ω成比例地增減。當(dāng)轉(zhuǎn)速升速到臨界轉(zhuǎn)速nk1的2倍時(shí)，渦動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)子一階自振動(dòng)頻率ωk1相合拍，轉(zhuǎn)子與軸承系統(tǒng)發(fā)生強(qiáng)烈的共振，這種共振的渦動(dòng)稱(chēng)為油膜振蕩。如果轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高，振動(dòng)不減弱，渦動(dòng)頻率仍然保持ωk1不變。所以，油膜振蕩的特點(diǎn)是渦動(dòng)頻率緊緊咬住轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速不變，即Ω＝ωk1。此外，油膜振蕩還具有嚴(yán)重性、突發(fā)性、有時(shí)會(huì)發(fā)出間斷吼叫聲等特點(diǎn)。

軸承的油膜可視為彈性體，具有一定的剛度和阻尼。油膜剛度系數(shù)的定義為單位位移所引起的油膜力的增量，有四個(gè)剛性系數(shù)， Kxx=ΔFx/Δx, Kyx=ΔFy/Δx, Kyy=ΔFy/Δy, Kxy=ΔFx/ΔFy,和四個(gè)阻尼系數(shù)。其中Kyx、Kxy稱(chēng)為交叉剛度，不難看出，交叉剛度是引起油膜渦動(dòng)、乃至油膜振蕩的根本原因。

對(duì)于可傾瓦軸承，每個(gè)瓦塊均可自由搖擺，當(dāng)轉(zhuǎn)子軸頸受撓動(dòng)離開(kāi)原平衡位置后，各瓦塊均可按偏移后的載荷方向產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，自動(dòng)調(diào)整瓦塊油膜力與載荷相平衡，由于瓦塊支點(diǎn)的移動(dòng)，油膜力與載荷共線(xiàn)，從而消除了切向油膜力。理論計(jì)算也證明，在忽略瓦塊質(zhì)量和支點(diǎn)摩擦力的情況下，可傾瓦軸承的交叉剛度為零，不存在油膜渦動(dòng)和油膜振蕩。

大型旋轉(zhuǎn)機(jī)組所使的軸承多數(shù)為可傾瓦軸承，但橢圓瓦軸承、多油楔、多油葉軸承、甚至圓筒瓦軸承也都有應(yīng)用，對(duì)于這些軸承來(lái)說(shuō)，發(fā)生油膜渦動(dòng)、油膜振蕩的可能性都是存在的。既使是可傾瓦軸承，如果瓦塊的搖擺狀況惡劣，同樣也會(huì)發(fā)生油膜渦動(dòng)及油膜振蕩。另外，無(wú)論對(duì)哪種類(lèi)型的軸承，如果瓦面接觸狀況、軸承間隙、軸承緊力、油擋、軸頸與軸承同心度、潤(rùn)滑油等方面存在問(wèn)題，都會(huì)引起油膜失常，嚴(yán)重時(shí)油膜破裂，軸頸與軸承產(chǎn)生干摩擦而燒瓦。所有軸承在發(fā)生以上問(wèn)題時(shí)，轉(zhuǎn)子的振動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生程度不等的增大，振動(dòng)發(fā)生時(shí)的頻率成份幾乎又都是低頻，約為（0.4～0.5）倍頻，振動(dòng)又都具有跳動(dòng)性、間歇性、突發(fā)性等油膜渦動(dòng)的特點(diǎn)。

低頻分量活躍，可能是軸承問(wèn)題，也可能是氣動(dòng)問(wèn)題，氣動(dòng)主要是指旋轉(zhuǎn)失速。兩者的頻率特點(diǎn)比較接近，都是低頻，幅值不高，但活躍、豐富；并且都對(duì)轉(zhuǎn)速比較敏感。

兩者的區(qū)別在于喘振、旋轉(zhuǎn)失速會(huì)引起氣流脈動(dòng)，而軸承振動(dòng)是不會(huì)引起氣流變化的。旋轉(zhuǎn)失速有4個(gè)特點(diǎn)：①氣流脈動(dòng)；②出口壓力、進(jìn)口流量向下波動(dòng)；③振動(dòng)與氣流脈動(dòng)同步，旋轉(zhuǎn)失速?lài)?yán)重、接近喘振時(shí)，也會(huì)引起軸向位移的變化；④頻率范圍約為0.4～0.8倍頻。前兩個(gè)特點(diǎn)是軸承問(wèn)題所不具備的，后兩點(diǎn)也有所不同。怎么具體區(qū)分這兩者呢？判斷時(shí)可以在壓縮機(jī)出口管線(xiàn)上聽(tīng)是否有間歇性的氣流脈動(dòng)聲；同時(shí)還要看出口壓力、進(jìn)口流量是否向下波動(dòng)，如果上述現(xiàn)象都有，那么就可以判斷是旋轉(zhuǎn)失速。

判斷是否為軸承問(wèn)題還可以看振動(dòng)是否小于0.5倍頻，若小于就是軸承問(wèn)題；大于0.5倍頻就考慮旋轉(zhuǎn)失速。這是判定的一個(gè)很重要的標(biāo)準(zhǔn)，大多數(shù)資料上都認(rèn)為軸承問(wèn)題引起的振動(dòng)頻率是0.4～0.5倍頻，個(gè)別現(xiàn)象為2

倍頻除外，但不可能是大于0.5倍頻的低頻。

再就是判斷是否為油膜振蕩。大家知道發(fā)生油膜渦動(dòng)時(shí)渦動(dòng)比不變，油膜振蕩時(shí)的渦動(dòng)頻率就是轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速。也就是說(shuō)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速要達(dá)到一階臨界轉(zhuǎn)速的2倍時(shí)，渦動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速“合拍”而產(chǎn)生共振，此時(shí)振幅會(huì)突然猛增，出現(xiàn)強(qiáng)烈振動(dòng)；并且，軸心軌跡也會(huì)發(fā)生變化，變成為擴(kuò)散的雜亂無(wú)章的曲線(xiàn)。同時(shí)，頻譜圖中的半頻幅值達(dá)到甚至超過(guò)工頻成分的幅值；若再進(jìn)一步升速，渦動(dòng)頻率不變，且始終等于轉(zhuǎn)子的固有頻率（即一階臨界轉(zhuǎn)速）。所以，區(qū)分油膜渦動(dòng)、油膜振蕩、其它軸承問(wèn)題時(shí)，要判斷：渦動(dòng)比是否不變，渦動(dòng)頻率是否等于轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速nk1。如果渦動(dòng)比不變，即振動(dòng)頻率始終等于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的一半，則為油膜渦動(dòng)；否則，為其它軸承工作不良問(wèn)題；如果在二倍頻臨界轉(zhuǎn)速以下時(shí)，渦動(dòng)比不變，超過(guò)二倍頻臨界轉(zhuǎn)速后，渦動(dòng)頻率始終等于臨界轉(zhuǎn)速，則為油膜振蕩。

主要異常振動(dòng)分量為2倍頻時(shí)，大多數(shù)是熱態(tài)不對(duì)中，也有可能是轉(zhuǎn)子出現(xiàn)裂紋、葉輪出現(xiàn)松動(dòng)等，但是這些情況是極少發(fā)生的。熱態(tài)不對(duì)中，是機(jī)組在運(yùn)行狀態(tài)下轉(zhuǎn)子間的同心度不好。熱態(tài)不對(duì)中的頻率特點(diǎn)是2倍頻較高，往往同時(shí)伴有工頻分量較明顯的上升，以及3倍頻、4倍頻、5倍頻、…振動(dòng)分量均有所上升。熱態(tài)不對(duì)中區(qū)別于其它類(lèi)型振動(dòng)的特點(diǎn)：①對(duì)轉(zhuǎn)速不敏感，②軸心軌跡穩(wěn)定。若對(duì)轉(zhuǎn)速敏感，軸心軌跡不穩(wěn)定時(shí)，則可能是轉(zhuǎn)子有橫向裂紋，葉輪松動(dòng)。

如果引起振動(dòng)的頻率成份很多，從低頻到高頻，幾乎各種頻率成份都有，尤其是各倍頻之間極少出現(xiàn)的頻率成份都同時(shí)較多、甚至較密出現(xiàn)時(shí)，則表明轉(zhuǎn)子已發(fā)生了動(dòng)、靜摩擦。

6.2.2 軸位移故障原因的診斷

轉(zhuǎn)子軸位移值明顯異常增大時(shí)，首先排除是否為儀表故障而形成的假象。判斷儀表失靈簡(jiǎn)單、快捷的方法，是根據(jù)軸位移值來(lái)核算間隙電壓，前面已有介紹，這里不再重復(fù)。如果確認(rèn)儀表無(wú)問(wèn)題，則應(yīng)引起高度重視。對(duì)新機(jī)組或系統(tǒng)重新開(kāi)車(chē)、運(yùn)行參數(shù)發(fā)生較大變化時(shí)，更要特別注意。轉(zhuǎn)子一旦產(chǎn)生軸向碰撞，對(duì)設(shè)備造成的損壞程度往往是災(zāi)難性的。

軸位移值異常過(guò)大，主要原因是轉(zhuǎn)子軸向力增大，同時(shí)也不排除止推軸承發(fā)生磨損。轉(zhuǎn)子軸向力的產(chǎn)生原因是葉輪兩側(cè)存在著壓差。汽輪機(jī)的壓差來(lái)自于蒸汽在動(dòng)葉片中發(fā)生膨脹而產(chǎn)生的壓力降低。既使是沖動(dòng)式汽輪機(jī)，仍有較小的反動(dòng)度以改善蒸汽在動(dòng)葉中的流動(dòng)，而且隨著級(jí)數(shù)的增加，反動(dòng)度還會(huì)增大，所以蒸汽在動(dòng)葉片中還是產(chǎn)生膨脹的，因此壓差及軸向力都是存在的。反動(dòng)式汽輪機(jī)，蒸汽在動(dòng)葉片中的焓降占級(jí)總焓降的一半，其軸向力相對(duì)要大一些。對(duì)于離心式壓縮機(jī)，葉輪輪蓋側(cè)所受的壓力由二部分氣體壓力組成，一是由葉輪出口處經(jīng)輪蓋密封漏回到進(jìn)口氣體，二是葉輪進(jìn)口處的氣體；輪盤(pán)側(cè)則為下一級(jí)進(jìn)口處經(jīng)輪盤(pán)密封漏回到葉輪出口處的氣體，顯然輪蓋側(cè)的壓力要低于輪盤(pán)側(cè)。為了降低軸向力，結(jié)構(gòu)上采用了葉輪對(duì)稱(chēng)布置、設(shè)置平衡盤(pán)、汽輪機(jī)輪盤(pán)開(kāi)平衡孔等措施。經(jīng)平衡處理后的轉(zhuǎn)子殘余軸向力由止推軸承來(lái)承擔(dān)。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向力的方向指向排汽端，壓縮機(jī)各級(jí)、各段、各缸的軸向力方向均指向進(jìn)口端。壓差乘以所作用的面積再乘以質(zhì)量流量即為該級(jí)葉輪所產(chǎn)生的軸向力。所以，流量對(duì)軸向力的影響是較大的，而氣體是否帶液對(duì)軸向力的影響更大，既使是短時(shí)間大量帶液，往往也會(huì)對(duì)機(jī)組造成災(zāi)難性的重大事故。止推軸承磨損既有可能為自身原因或潤(rùn)滑不良所至，很大程度上仍可能為軸向力過(guò)大而引起。止推軸承合金層磨損時(shí)間極快，并伴有不大明顯的瓦塊溫度或回油溫度升高的異常現(xiàn)象，遇到此情況時(shí)，必須立即停車(chē)。

造成轉(zhuǎn)子軸向力過(guò)大的具體原因，對(duì)汽輪機(jī)來(lái)說(shuō)，有進(jìn)汽壓力過(guò)低、進(jìn)汽溫度過(guò)低、排汽壓力過(guò)高、通流部分結(jié)垢、蒸汽帶水以及流量過(guò)大等。對(duì)壓縮機(jī)來(lái)說(shuō)，則有進(jìn)出口壓差過(guò)大、流量過(guò)大、分子量過(guò)大、氣體帶液、軸封漏氣嚴(yán)重、轉(zhuǎn)速過(guò)低等。

6.3 故障程度的評(píng)估

判斷故障所形成的危害程度，對(duì)確定是否需要立即停車(chē)、能否維持運(yùn)行、是否需要減負(fù)荷運(yùn)行有著決定性的指導(dǎo)作用。

判斷時(shí)應(yīng)根據(jù)故障前后有關(guān)的運(yùn)行及監(jiān)測(cè)參數(shù)的數(shù)值進(jìn)行慎重的比較，然后參照有關(guān)規(guī)范、規(guī)定及設(shè)備的歷史狀況加以綜合判斷。既要考慮原有數(shù)值的大小，更要考慮其變化量的大小，重要的還是看其當(dāng)前數(shù)值的大小。以下仍就常見(jiàn)的振動(dòng)故障來(lái)舉例說(shuō)明。

如果為轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡所引發(fā)的振動(dòng)（并且為振值及相位均發(fā)生了突變），首先應(yīng)進(jìn)一步查看工頻趨勢(shì)圖，看振值及相位有無(wú)再次或多次發(fā)生突變。若有，說(shuō)明發(fā)生了二次損傷擴(kuò)大故障，故障的程度往往比較嚴(yán)重；若無(wú)，說(shuō)明未發(fā)生二次損傷，故障的程度一般較為穩(wěn)定且不大會(huì)發(fā)生再次的強(qiáng)烈振動(dòng)。其次，應(yīng)比較故障發(fā)生前后振值的變化量的大小。通常，故障后的振動(dòng)值小于故障前2倍時(shí)，可以認(rèn)為雖發(fā)生了較明顯的變化，但仍可繼續(xù)監(jiān)視運(yùn)行；故障后的振動(dòng)值為故障前的2.5倍到3倍以上時(shí)，認(rèn)為振動(dòng)的程度非常嚴(yán)重，應(yīng)考慮停車(chē)。第三，也是重要的，就是看當(dāng)前的振動(dòng)值（主要是工頻分量）有無(wú)繼續(xù)上升的趨勢(shì)。若無(wú)，說(shuō)明盡管轉(zhuǎn)子發(fā)生了動(dòng)不平衡，甚至當(dāng)前的振動(dòng)值也非常高，但不平衡質(zhì)量矩所造成的危害程度也就*水平而已；若有，即使上升的速率很緩慢，仍說(shuō)明故障程度相當(dāng)嚴(yán)重，從轉(zhuǎn)子上掉下的質(zhì)量較大，轉(zhuǎn)子在不平衡質(zhì)量矩的作用下仍將被繼續(xù)拉彎，不平衡質(zhì)量矩將繼續(xù)上升，必須停車(chē)。

如果為軸承工作不良而引起的振動(dòng)，由于此類(lèi)振動(dòng)通常為間歇性的波動(dòng)，判斷其危害程度主要是看相鄰兩次振動(dòng)的間隔時(shí)間、振動(dòng)發(fā)生跳動(dòng)時(shí)的持續(xù)時(shí)間和振動(dòng)值的跳動(dòng)范圍，為重要的是看振動(dòng)趨于平穩(wěn)后，振動(dòng)值能否回落到原有的正常值。若間隔時(shí)間越來(lái)越短，持續(xù)時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，振動(dòng)值的跳動(dòng)范圍越來(lái)越大，則說(shuō)明振動(dòng)程度趨于嚴(yán)重。特別是振動(dòng)值回落后高于原正常值，則表明程度相當(dāng)嚴(yán)重，應(yīng)考慮停車(chē)。

如果為摩擦而引起的振動(dòng)，應(yīng)立即查看轉(zhuǎn)子軸心的軌跡圖，看振動(dòng)的進(jìn)動(dòng)方向，若為正進(jìn)動(dòng)，說(shuō)明摩擦程度不很?chē)?yán)重，通常為梳齒密封的齒片所產(chǎn)生的摩擦，不必急于停車(chē)；若為反進(jìn)動(dòng)，特別是正、反進(jìn)動(dòng)交錯(cuò)發(fā)生時(shí)，說(shuō)明摩擦?xí)r所產(chǎn)生的能量相當(dāng)大，故障程度相當(dāng)嚴(yán)重，此時(shí)若振動(dòng)仍在加劇，必須立即停車(chē)。

6.4 故障部位的診斷

判斷故障所發(fā)生的具體部位，對(duì)停車(chē)后的搶修工作有著很重要的指導(dǎo)作用，判斷具體、準(zhǔn)確時(shí)，可以大大縮短搶修時(shí)間，降低檢修費(fèi)用，為工廠(chǎng)創(chuàng)造較好的經(jīng)濟(jì)效益。判斷時(shí)，一定要緊密結(jié)合設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)并參考各方面的信息加以綜合考慮。

例如，如果是轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡所引起的振動(dòng)（并且為振值及相位均發(fā)生了突變），對(duì)汽輪機(jī)和軸流式壓縮機(jī)而言大多數(shù)為斷葉片（包括斷鉚釘頭、圍帶、拉筋）；特別對(duì)凝汽式汽輪機(jī)來(lái)說(shuō)，斷葉片又多數(shù)發(fā)生在末級(jí)、次末級(jí)，因?yàn)槟┘?jí)、次末級(jí)處于濕汽區(qū)或干、濕汽過(guò)渡區(qū)，很容易產(chǎn)生水擊、水蝕而造成葉片疲勞斷裂；對(duì)軸流式壓縮機(jī)，則有可能發(fā)生在處于段間冷卻器后的中、高壓段的首級(jí)、次首級(jí)葉片；對(duì)離心式壓縮機(jī)，由于葉輪強(qiáng)度相對(duì)較高，除了災(zāi)難性的軸向摩擦外，葉輪很少發(fā)生斷裂損壞，產(chǎn)生動(dòng)不平衡的具體部位有轉(zhuǎn)子結(jié)垢，結(jié)垢后又突然掉落一塊，鑲嵌的軟密封突然脫落，轉(zhuǎn)子內(nèi)有異物（大修后開(kāi)車(chē)），止推盤(pán)、平衡盤(pán)、軸套、鎖母、半聯(lián)軸器等旋轉(zhuǎn)組件因間隙過(guò)大而產(chǎn)生松動(dòng)等。

如果是軸承工作不良所引起的振動(dòng)，產(chǎn)生的具體部位有瓦面接觸不好的形成“夾幫”，瓦塊支點(diǎn)處磨損變形而造成的瓦塊搖擺性不好，軸承合金脫離剝落，油擋間隙小于瓦隙而與軸頸產(chǎn)生接觸，軸頸與軸承間同軸度差，潤(rùn)滑油的粘度、溫度、壓力、流量不正常，軸承壓蓋緊力不夠等。

如果是熱態(tài)對(duì)中不良所引起的振動(dòng)，造成的原因有兩大類(lèi)。一類(lèi)是軸承支座升降的不均勻性而引起的，如管道力的作用、機(jī)殼變形或移位、基礎(chǔ)的不均勻下沉，特別是軸承支座的不均勻膨脹等。實(shí)際判斷時(shí)需要通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的仔細(xì)勘察或檢查運(yùn)行參數(shù)是否發(fā)生明顯變化而加以確認(rèn)。另一類(lèi)是聯(lián)軸器工作不良而引起的。對(duì)剛性聯(lián)軸器來(lái)說(shuō)，平行（徑向）不對(duì)中主要會(huì)激起2倍頻的振動(dòng)，同時(shí)也存在工頻和多倍頻的振動(dòng)，聯(lián)軸器兩側(cè)軸承徑向振動(dòng)的相位差為180°；角度（端面）不對(duì)中主要會(huì)激起工頻的振動(dòng)，同時(shí)也存在多倍頻的振動(dòng)，聯(lián)軸器兩側(cè)軸承徑向振動(dòng)的相位相同。對(duì)有中間套筒的齒式聯(lián)軸器來(lái)說(shuō)，即使是平行不對(duì)中，但在齒套與齒殼之間仍表現(xiàn)為角度不對(duì)中，不對(duì)中引起軸向振動(dòng)（軸位移動(dòng)）較大，聯(lián)軸器兩側(cè)徑向振動(dòng)相位差為180°，徑向振動(dòng)的2倍頻、3倍頻、4倍頻……的增大要比工頻的增大更為明顯一些。對(duì)疊片、膜盤(pán)聯(lián)軸器來(lái)說(shuō)，徑向振動(dòng)的頻率特點(diǎn)主要與螺栓孔數(shù)n有關(guān)，對(duì)偶數(shù)孔為n倍頻，對(duì)奇數(shù)孔則為2n倍頻。

6.5 故障趨勢(shì)的預(yù)測(cè)

判斷故障的發(fā)展趨勢(shì)，除了對(duì)確定是否需要停車(chē)有決定性作用外，還對(duì)如何維持運(yùn)行有著具體的指導(dǎo)作用。應(yīng)著重所發(fā)生故障的自身特點(diǎn)及故障發(fā)生后短時(shí)間內(nèi)所呈現(xiàn)的特征來(lái)進(jìn)行判斷。

例如，動(dòng)不平衡和軸承工作不良所引發(fā)的振動(dòng)均敏感于轉(zhuǎn)速的變化，而熱態(tài)不對(duì)中則對(duì)轉(zhuǎn)速不敏感；動(dòng)不平衡在極短的時(shí)間內(nèi)會(huì)引發(fā)二次損傷擴(kuò)大故障，只要不發(fā)生二次損傷和持續(xù)上升，盡管有時(shí)振動(dòng)值較大，但總體振動(dòng)趨勢(shì)較為平穩(wěn)，只要遠(yuǎn)離臨界轉(zhuǎn)速區(qū)，一般不會(huì)有新的發(fā)展；軸承工作不良所引發(fā)的振動(dòng)具有間歇性、波動(dòng)性和突發(fā)性，其發(fā)展趨勢(shì)難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，只要振動(dòng)發(fā)生跳動(dòng)后的振值能回落到原有正常值，可以認(rèn)為軸承尚未受到嚴(yán)重?fù)p傷，但多數(shù)情況下振動(dòng)會(huì)趨于越來(lái)越強(qiáng)烈；熱態(tài)不對(duì)中所引發(fā)的振動(dòng)發(fā)展趨勢(shì)通常比較平緩，特別是常有發(fā)生的軸承支座不均勻膨脹所引起的不對(duì)中振動(dòng)，處理得當(dāng)還可及時(shí)消除。

面對(duì)故障，只要分析透徹、判斷準(zhǔn)確，正確的處理意見(jiàn)就會(huì)在分析、判斷的過(guò)程中自然形成?；谂袛嘁岢隹煽?、穩(wěn)妥、切實(shí)可行的處理意見(jiàn)，通常需要依次明確以下問(wèn)題：①是立即停車(chē)檢修，還是維持運(yùn)行待機(jī)修理；②是降低負(fù)荷維持運(yùn)行，還是滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行；③是否需要采取哪些應(yīng)急措施來(lái)維持運(yùn)行；④維持運(yùn)行中需要監(jiān)視、調(diào)整哪些主要的運(yùn)行參數(shù)，具體為何值；⑤哪些運(yùn)行參數(shù)變化為何值時(shí)需立即停車(chē)；⑥停車(chē)后的搶修項(xiàng)目；⑦搶修中的重點(diǎn)檢查內(nèi)容及主要控制指標(biāo)。

大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷