不对中故障的分析与诊断技巧

1不对中故障的分析与诊断技巧王殿武张敬伟摘要从追其不对中原因，辫其不对中形式，熟知不对中特征来谈不对中故障分析与诊断的基本原则，并以诊断实例进行说明，指出不断实践是提高监测效果和诊断水平的途径之一。关键词不对中分析诊断中图分类号TB53文献标识码B用振动法进行设备状态监测与故障诊断时，应力求做到概念清晰、思路明确、方法得当、刻苦实践，才能取得满意的效果。一、诊断不对中故障应做到概念清晰1．追其不对中原因一是设计对中考虑不够及计算偏差；二是安装找正误差和对热态转子不对中量考虑欠佳；三是运行操作上超负荷运行和机组保温不良，轴系各转子热变形不一；四是机器基础、底座沉降不均使对中超差和软地脚造成对中不良；五是环境温度变化大，机器热变形不同。2．辨其不对中形式轴颈在轴承中偏斜称轴承不对中；用联轴器连接的转子不处在同一直线上称轴系不对中；轴系不对中可分为平行不对中、角度不对中、综合不对中。3．熟知不对中特征轴系不对中本身不会产生振动，主要影响到油膜性能和阻尼，在转子不平衡时，由于轴承不对中对不平衡力的反作用，会出现工频振动；当其不对中过大时，有可能使转子失稳或产生碰摩，在一定条件下会出现高次谐波振动（负荷大时）或引起油膜涡动进而导致油膜振荡（负荷轻时）。而轴系不对中将导致轴向、径向交变力，引起其振动特征频率为转子工频的轴向振动和2倍频分量的径向振动。对于齿式联轴器，平行不对中时产生以轴向为主的振动，角度不对中及综合不对中时和刚性联轴器不对中一样，会产生径向振动和轴向振动。二、诊断不对中故障务必思路明确1．测轴振动与测机壳（轴承座）的选择因故障时转子振动的变化比轴承座敏感，故用电涡流位移传感器测轴振动是首选，不具备条件时，可用速度（或加速度）传感器测量机壳（轴承座）的振动。2．分析频带的选择因不平衡、不对中故障均发生在低频带，故应根据机组转子转速选分析频带为1kHz或500Hz以下为宜。3．测量参数的选择位移d、速度v、加速度a是描述振动幅值大小的三个参数，由于位移参数对100Hz以下的低频信号敏感，速度参数对1kHz以下的低频信号敏感，加速度参数对1kHz以上的高频信号敏感，故不对中应选位移或速度参数。4．诊断标准与参考图谱的选择在排除存在其他故障的情况下，根据机组类别和仪器功能进行选择；做简易诊断可选绝对、相对、类比三种标准之一，在此基础上再选机组正常时的图谱或不对中故障图谱作为参考图谱，用实测分析图谱与之对比作出精密诊断。三、诊断不对中故障力求方法得当进行机组的故障诊断时，在熟知其故障振动机理的基础上，辨清各故障之间的区别与联系，以求在众多的信号分析谱图中，寻找与不对中故障对应的特征信息。诊断不对中故障，可用时域波形图、幅值（功率）谱、相位谱、轴心轨迹（或提纯的）、全息谱、级联图来识别。分别有如下一些表现形式。1．时域波形为1X、2X叠加的M形波形。2．幅值、功率谱上2X分量大，常伴有1X及高次谐波；当不对中比较严重时，会出现准确的分频X12、2X13及调制和差频成分1X、3X。3．轴线平行不对中的振动频率有明显的2X特征，而相位是基频的2倍；角度不对中的振动频率具有径向2X特征，激振力振幅对转速敏感；综合不对中特征频率为2X，激振力幅与不对中量成正比，且随转速升高而加大；联轴器同侧相互垂直的两个方向上，2X相位差是基频的2倍。4．在联轴器两侧同一方向的相位差：在平行不对中时为0°，角度不对中时为180°，综合不对中时为0°～180°。5．振动方向上：平行不对中主要以轴向为主，角度不对中和综合不对中时径向、轴向均较大。6．轴心轨迹呈双环椭圆，提纯轴心轨迹呈香蕉形或8字形；其进动方向为正进动。7．全息谱上2X、4X椭圆较扁，且两者长轴近似垂直。8．振动随转速、负荷变化明显；油温、介质温度变化有影响；但不随压力、流量变化。四、实践现以汽轮发电机组故障诊断为例，介绍上述不对中故障的分析与诊断基本原则的实践。中国铝业河南分公司热力厂的汽轮发电机组，正常运行时各测点振值较小，2003年8月初以来，振动呈逐步平缓上升趋势。为避免设备运行状态恶化，需查找故障源消除异常振动，因此，于9月16日对该机组按图1所示测点进行了监测分析诊断。1．根据机组结构和运行状态进行分析大型机组常见振动故障类型有：齿轮和滚动轴承损伤、不平衡、不对中、轴弯曲、轴裂纹、支承联接松动、动静碰摩、轴配合失效、油膜涡动、油膜振荡、旋转失速、喘振等。因该机组是滑动轴承支承的转子，故不存在滚动轴承损伤故障；由于机组振动呈逐步平缓上升趋势，依据此振动形式和特征及机组情况，可排除原始不平衡、突发不平衡、轴弯曲、轴裂纹、轴配合失效、油膜振荡、旋转失速、喘振故障的产生。表1汽轮机发电机组转轴振动标准（双振幅）μm选用电涡流位移传感器（水平、垂直、鉴相）测机组轴的振动。鉴于机组转子转速为3000r/min(50Hz)，故选分析频带为500Hz以下。由初步分析知，该机组可能发生的故障是渐变不平衡、不对中、支承联接松动、3动静碰摩、油膜涡动，而这些故障均与转子工频（50Hz）、半频或倍频等低频成分相关，且因电涡流位移传感器本身输出的是位移参数，故选位移参数作为测量参数。在此基础上，选表1作为振动评价标准，并以机组正常时的图谱作为参考图谱，用当时所测图谱与其进行对比分析诊断，以确诊机组的故障类型。2．根据机组信号各谱图呈现的故障对应特征来识别故障经监测对比分析，机组各测点的振值较正常时有所增大，尤其是测点3,测点4的振值增大较多；鉴于测点3处振值占首位，因此，选测点3的振动信号进行对比分析诊断。由图2和图3的时域波形对比可知：机组正常时，垂直方向和水平方向上均呈现出平稳的等幅正弦波；其通频双振幅值，垂直方向上为28μm，水平方向上为38μm，均属表1振动标准“良好”。而机组异常时，垂直、水平两方向上的波形均发生畸变，尤其在水平方向上呈现出明显的工频、2倍频迭加的“M”形波形；其通频双振幅值，垂直方向上为42μm，水平方向上为64μm，且已超过表1振动标准的“良好”，其振值是正常时的1.7倍。由此可初步判断为转子不对中故障。4由图4和图5的幅值谱对比可知：机组正常时，垂直、水平方向上均以工频能量为主，分别为21μm、30μm；2倍频能量很小，分别为7μm、12μm，没出现高次谐波。机组异常时，垂直、水平两方向上工频能量有所增加，但2倍频能量显著增大，垂直方向上为15μm，是正常时的2倍，水平方向为36μm，是正常时的3倍，且5出现了较小的高次谐波。由以工频能量为主，2倍频成分显著增大且有较小高次谐波之特征，因而可进一步推断为转子不对中故障。6由图6和图7的仿真鉴相轴心轨迹图对比可知：机组正常时，其轴心轨迹是一个较为稳定的规则椭圆。而机组异常时，轴心轨迹图畸变为被损伤的香蕉形。由此也充分表明是转子不对中故障。依据测点3靠近联轴器轴承处，具有振动较大特征，也符合转子不对中故障的规律性，综合上述各谱图分析，可推知机组发生的不是渐变不平衡、支承联接松动、动静碰摩、油膜涡动故障。参照不对中故障振动信号特征，最终诊断为汽轮发电机组产生了稍为明显的转子不对中故障，但不严重。鉴于其振值未接近报誓值且转子振动是平缓渐变的，不会突然造成机器损坏，建议对机组加强监测，在振动双峰值未达到报替值以前，不必停车检修，但当达到其报警值后应及时进行对中处理。在计划检修期前的几个月内，机组运转无事故发生。机组运转至计划检修期后进行了对中处理，其振值降到“良好”标准以内，事实充分表明此诊断结论正确。参考文献1盛兆顺，尹琦岭．设备状态监测与故障诊断技术及应用．化学工业出版社，2003，62陈大禧，朱铁光．大型回转机械诊断现场实用技术．机械工业出版社，2002，