机械故障案例选编

旋转机械常见故障诊断实践案例选编郑州恩普特设备诊断工程有限公司2011年2月1.不平衡类故障1.1风机转子不平衡2007年8月15日，国投海南水泥股份有限公司所属一台风机振动较大，严重的影响了正常生产，受其委托，我们对该机组进行了振动检测，检测仪器使用乙方的检测设备——PDES-C型设备状态检测及安全评价系统，分别检测了电机两端轴承处和风机两端轴承处的振动。机组情况转速：850-900rpm功率：1300Kw风机叶片数：11轴承：双列滚柱轴承型号：SKF22328C3/W33本案例只列出振动较强烈的风机前端（靠近电机端）的振动谱图，图1和图2为风机前端（靠近电机端）轴承振动的时域波形和频谱图，图3和图4为该测点垂直方向振动波形和频谱图。图1.水平方向振动时域波形：图2.水平方向振动频谱图图3.垂直方向振动时域波形：图4.垂直方向振动频谱图⑴分析从以上振动的频谱图可以看出：振动中具有强烈的一倍频成分，据此可以判断此风机存在不平衡故障。⑵治理措施鉴于上述的检测和分析结果，我们建议甲方立即停机，并进行转子动平衡实验。于8月16日，对该转子实施了动平衡操作。⑶动平衡后的振动检测情况完成了动平衡实验后，风机振动明显减小，振动的速度有效值由原来的14mm/s降至2mm/s左右，见图5和图6。故障排除，机组回复正常运行。图5.治理后振动频谱图：图6.治理后振动时域波形⑷案例解析该案例符合平衡故障判别的特征，如强烈的1X特征，振动幅度的分布特征（靠近不平衡截面的测点振动幅度较大），都是正确诊断的重要依据。对该机组进行的现场动平衡也非常成功，振动幅度的降低很明显，达到了预期的目的，从另一个方面证明了高振的主要原因就是转子的平衡问题。1.2汽轮发电机组振动2010年11月28日，榆林能化集团的一台汽轮发电机组，在运行过程中振动较大，影响生产，厂方希望对机组振动进行测试、分析，找出故障原因。⑴机组情况及测试方案机组情况：机组结构简图及测点布置图如下：图1.机组结构简图及测点布置图汽轮机转速为3000rpm，通过联轴器等转速发电机运转。根据现场实际情况，选用吸附式加速度传感器测量。测点选取如图：①为汽轮机前端轴瓦；②为汽轮机后端轴瓦；③为发电机前端轴瓦；④发电机后端轴瓦。测试结果如下。⑵测试结果各测点的振动加速度大小如表1所示。表1各测点振动加速度值（g）测点①②③④水平0.6904.0242.7640.762垂直0.5712.4611.5610.694发发发发发发发发发发发发发图2测点②水平方向波形频谱图图3测点②垂直方向波形频谱图图4测点③水平方向波形频谱图图5测点③垂直方向波形频谱图⑶测量结果分析从测量结果分析，可以得到以下几点结论：①联轴器两端振动比较大，汽轮机前端和发电机后端振动较小。可见振动的根源应在联轴器部分；②联轴器两侧的振动除了具有明显的一倍频分量外，其二倍频分量也较为明显，可能汽轮机轴存在不平衡质量，且联轴器对中已经超过了要求。⑷处理建议对联轴器进行精确对中。对汽轮机转子部件进行动平衡（包括清洁除垢、修补缺损等）。⑸案例解析一般来说，联轴器不对中的识别原则是：联轴器两侧的振动较大，且存在较为明显的二倍频分量。本案例中符合这项识别原则，联轴器汽轮机侧的振动值最大，二倍频特征最明显，时间波形呈明显的“w”型。1.3离心式通风机振动天脊中化高平化工有限公司硫化车间一离心式通风机，自2008年1月以来，该机组电机振动较大，连续更换两台电机均无效，振动直接影响到机组的安全生产。本公司应邀于2008年2月19日对该机组进行振动检测和诊断。图1硫化风机机组监测示意图⑴机组概况和测点布置该风机机组是由三相异步电动机直接拖动，风机为悬臂式风机，结构简图及测点布置如图1所示。机组工作转速为1450r/min，功率为160kw，风机流量为87736m3/h，没有备机。钢筋混凝土专用基础，滚动轴承支承。发发发发发发发发发发发⑵测量结果振动测量使用郑州恩普特设备诊断有限公司研制的PDES设备状态检测与安全评价系统，测点分布为图1所示，每个测点测试包括水平方向、垂直方向和轴向。测点1对应于电动机前端，测点2对应风机后端，测点3对应风机前端，各测点振动记录如表1所示。表1硫化风机振动测量记录转速1450rpm振动烈度（mm/srms）方向①②③垂直6.92.03.2水平5.82.93.6轴向4.93.4典型测点的波形图和频谱图如图2所示。图2典型测点波形图与频谱图⑶诊断分析通过对本次振动数据的提取与分析，结合机组现场实际条件，得出以下结论：引起电机处振动大的原因是电动机驱动端靠背轮问题及风机叶片存在一定的不平衡。⑷结论2008年2月20日上午开始停机首先对风机进行现场动平衡处理，到下午14：00点动平衡处理完毕后开机振动值明显减小，原来最大振动位置处的振动值在4.0mm/s之内，其它各点振动烈度均有不同程度的下降。由于没有靠背轮备件，无法立即更换。如果靠背轮质量较好且成对更换的话振动效果应该更好！到目前为止，机组振动值没有继续增大的迹象，机组保持稳定运行。⑸案例解析本案例符合转子平衡问题的基本特征，即振动幅度具有明显的分布特征，在本例中振动幅度最大点为电动机内侧测点，判断为靠背轮质量问题定位准确（并不是对中问题，二倍频分量较小）。2.转轴弯曲类故障2.1制氧厂风机电机轴故障2010年09月17日，鄂钢制氧厂2#冷却风机在运行过程中机组振动较大，严重影响生产，厂方希望对机组振动进行测试、分析，找出故障原因。⑴机组情况机组结构简图如图1。图1冷却风机简图电机转速为1480rpm，额定功率160KW。根据现场实际情况，使用吸附式速度传感器对电机输出端径向和轴向振动、风机的径向振动、电机的安装基础振动分别进行了测量。采集参数设置为：自由采集，采样长度1024，采样频率789Hz，传感器选用速度传感器磁座安装，测试仪器为PDES-E，测试结果如下。⑵测试结果电机输出端水平、竖直和轴向的波形频谱图如图2、图3、图4所示。发发发发发图2电机输出端水平方向波形频谱图图3电机输出端竖直方向波形频谱图图4电机输出端轴向波形频谱图图5风机径向振动波形频谱图图6电机基础振动波形频谱图⑶结果分析与处理建议①电机两端振动均超出振动标准，电机输出端水平方向振动为5.4mm/s,竖直方向振动为8.1mm/s，轴向振动达到7.1mm/s,振动信号以工频（24.67Hz）为主。②电机基础水平方向振动为0.8mm/s,竖直方向为2.5mm/s,其竖直方向的振动大于水平方向的振动，其振动频率24.67Hz，为电机旋转频率。可见基础的振动是由电机的振动而引起。③对风机座用传感器测其相互垂直的两个方向振动，发现其径向振动分别为2.2mm/s和2.4mm/s,风机振动明显弱于电机振动。④由以上分析，振动的振源主要是电机的振动，电机振动以一倍频为主且没有其它高频成份存在，排除电机轴承的问题，故障的原因可能是电机转子存在平衡问题，如热弯曲变形、质量分布不均匀、转子构件结构缺损或结垢等问题。因此，建议从电机转子部件查找故障，如更换电机主轴或对主轴进行校直处理。同时基础因振动而遭到破坏，建议检修中同时强化基础，使其恢复稳固。最后厂方决定整体更换电动机。⑷处理结果更换电机后，测量电机输出轴端的振动波形频谱图如图7、图8所示。图7更换电机后电机输出端水平方向波形频谱图图8更换电机后电机输出端竖直方向波形频谱图从测量图像和数据可以看出，此时电机水平方向振动为0.07mm/s，竖直方向振动为1.5mm/s。远远小于更换电机前的振动值，并且已经小于允许振动值范围内，可以满足正常生产。很好的验证了以上的分析。⑸案例解析明显的一倍频分量和较大的轴向振动是轴弯曲的主要振动特征。3.不对中类故障2008年5月6日，河南济源豫光锌业五厂铸锭机组存在振动超标，需要对其进行测振分析，查找振动原因。⑴机组情况及测点布置机组参数：电机：型号Y100L1-4功率：2.2kW额定转速：1420r/min生产厂家：天津市小型电机厂生产日期：2004年调速方式：电磁调速测试实际转速：1250r/min链轮轴承：滑动轴承P326（2）测试结果测试结果见表1。表1测试结果汇总表测试方向振动烈度mm/srms12345H1.231.301.551.131.30V0.670.811.372.442.09A0.62//0.72/测点4和测点5的时间波形和频谱图见图2-图5。发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发图2测点4水平方向振动图3测点4垂直方向振动图4测点5水平方向振动图5测点5垂直方向振动⑶分析及处理意见从各点振动幅值看，4点垂直方向振动最大，其次是5点垂直方向，结合波形频谱图和机组特点，振动主要表现为不对中的特征，考虑到机组中滑差离合器与电机处于悬臂状态，这样当铝锭对机组产生一个冲击作用时，就使悬臂部分产生较大的振动，长期下来，就会降低轴承的使用寿命。因此建议在滑差离合器和电机处加强支承。⑷案例解析除了本例所属原因，从波形具有明显的调制现象看，铝锭对机组冲击的作用非常明显，应是振动的主要原因。增加支撑刚度有助于降低振动响应，但应进行必要的计算。4.基础松动类故障4.1．风机基础松动(1)机组情况8月20日，某水泥厂称，其所属的一台风机振动突然加剧，振动量达到10mm/s2,已经失去了先前的稳定运行状态。要求对其进行检测诊断。接到告急后，我们立即赶到现场，对其进行了检测和分析诊断，现就检测和分析诊断情况报告如下。(2)振动测试风机两端轴承处径向振动特征见图1-图4。图1水平方向振动波形图2水平方向振动频谱图3垂直方向振动波形图4垂直方向振动频谱(3)振动分析从此次振动的波形图和频谱图来看，频谱图上具有1X、2X、3X等较多的高倍频部分，具有基础松动故障的特征。经检查发现，确实有一支地角螺栓损坏，出现滑丝现象，无法紧固。(4)建议措施及处理结果根据诊断分析结果，我们建议厂家更换此坏掉的地脚螺栓，但由于更换地脚螺栓需要拆除地基重新埋置新的地脚螺栓，时间限制，我们不能在现场等待更换地脚螺栓后的情况，也就没有测量新的振动数据。后经厂家反映，更换地脚螺栓后振动减低，恢复到正常状态。处理后的振动时域波形和频谱图如图5、图6所示。图5水平方向振动波形图6水平方向振动频谱⑸案例解析水平方向振动较垂直方向大，说明主要原因是基础刚度差，而丰富的谐波特征，则是松动的表现。更换地脚螺栓同时加固了基础，因此振动得以有效的控制。5.齿轮类故障5.1．球磨机变速箱齿轮故障2009年12月19，武汉鑫凌云水泥厂所属的一台水泥磨机出现了较大的振动，要求对其进行检测和振动分析。(1)机组情况及测点布置机组简图和测点布置如图1所示：图1磨机简图及测点位置(2)测量结果及分析测试中发现测点3处振动最大，达到20mm/s.。分析测点3处的振动波形图和频谱图如下。发发发发发发发发发发发发发发从波形图上看有明显的拍现象，频谱图上也有明显的边频现象，这是齿轮故障的典型图谱，是齿轮轴旋转频率和齿轮啮合频率调制的结果，所以可以断定这是变速箱齿轮发生了故障。但由于不得知具体的变速箱参数，还难以确定具体的故障部位（哪个齿轮发生了故障）和故障类型，但这已经足够了，判断出是变速箱中齿轮发生了故障，就可以对齿轮箱进行检修。经停机检修，发现小齿轮存在均匀磨损情况，经更换齿轮后振动大大降低，工作状态恢复正常。⑶案例解析典型的齿轮故障特征：冲击、调制、边频带。00.20.40.60.811.2-50050时间波形图:s幅值/mm/s测点3时域图01002003004005006000510频率/Hz幅值/mm/s测点3频谱图6.轴承类故障6.1．云南铜业股份有限公司锅炉引风机故障诊断（1）机组概述电收尘车间锅炉引风机（布袋风机），由电动机通过联轴器和轴承座带动风机叶轮转动，叶片数12，为典型的悬臂风机，介质为烟气尾气，支承均为滚动轴承。其相关参数如下：电机额定功率：250KW电机额定转速：1477r/min电机端轴承型号：N322（负载端）、6322（风扇端）风机端轴承型号：N322（