振動分析診斷技術是設備故障診斷最重要最常用的方法。但在設備現場的實際工作中,常常遇到的最困難的也是最關鍵的問題是，在使用簡易診斷儀器〈如振動計〉已經發現設備存在故障的情況下，如何根據各種振動分析儀〈頻譜分析儀〉提供的振動波形和頻譜，診斷出設備的故障類型、部位及嚴重程度，以便據此采取相應的措施。

一、故障原因

當轉子質量中心偏離轉動中心時出現不平衡。造成不平衡的原因通常是：裝配不適當、轉子上有附加物生成、轉子質量磨損、轉子破裂或丟失部件。

二、頻譜和波形特征

（1）徑向振動大

① 基頻有穩定的高峰，其他倍頻振幅較小。

② 基頻幅值隨轉速增大而增大，這是不平衡的重要特征。

（2）軸向振動較小

三、儀器設置

（1）最高分析頻率。低轉速：200Hz。高轉速：400Hz。

（2）波形、頻譜、振動速度或加速度顯示。

四、診斷

（1）頻域：

① 確認頻譜中以穩定的基頻分量為主，其他倍頻幅值很小。

② 軸向振動比徑向振動小得多。

③ 必要時改變轉速，確認基頻幅值隨轉速增大而增大。

（2）時域：

① 波形以穩定的單一頻率為主，軸每轉一周出現一個峰值。

② 軸向振動比徑向振動小得多。

五、說明

（1）造成徑向振動基頻幅值大的其他故障有：軸不對中、軸彎曲、機械松動及機械共振。應將它們與不平衡區分開，在檢測不平衡之前予以糾正。

（2）若 1×RPM、2×RPM、3×RPM 等分量大，而且垂直方向的振動明顯大于水平方向振動，可能是基礎松動。

（3）若軸向振動較大，并且徑向和軸向的 1×RPM、2×RPM、3×RPM 分量較大，可能是軸不對中。

（4）稍微改變轉速，若基頻幅值變化很大，可診斷為機械共振。

（5）對于電機，若基頻幅值大的同時，其振動時域波形有緩慢調制現象，可能是機電

故障，如轉子斷條或裂紋。

（6）軸彎曲與不平衡有相似的頻譜特征。區分的方法是：低速轉動下檢查轉子各部位的徑向跳動量，可判斷是否有初始彎曲；在一定轉速下改變機組負荷，若振動隨負荷和時間而變化，則可能是局部摩擦、受熱或冷卻不均勻引起的熱彎曲。

實例 1 離心壓縮機不平衡

（1）故障情況

某化工廠離心壓縮機高壓缸的徑向振動自 3 月以來呈不斷增長趨勢，有的測點振動峰峰值從 27μm 增長到 50μm，幾乎翻了一番

低壓缸轉速為 6446r/min，高壓缸轉速為 13175r/min。

（2）診斷

利用監測和診斷系統對振動測試信號進行分析診斷，振動測點分布高壓缸 5 月 2 日振動頻譜。從頻譜圖可以看出，主要頻率分量只有基頻分量一個，其余倍頻分量均很小，所占比例在 10%以下。軸心軌跡基本上呈圓形，很規則，波動很小，并且為正進動，即軸心軌跡旋向與轉子旋轉方向相同。

為了進一步了解情況，將 3 月份以來的轉子振動數據作趨勢分析，左右軸承大體類似。可以看出，2 倍頻分量振幅基本上沒有變化，振動通頻峰-峰值增長的原因完全是由于基頻振動分量的增長。由該機器以往的運行經驗，引起振動增加的原因可能有：①探頭失效，引起測試數據不準；②轉子對中不良；③壓縮機高壓缸內部氣流不穩；④油膜渦動；⑤不平衡量增加。

現在根據上面的分析確定振動上升的真正原因。探頭失效不可能造成讀數增加，因為高壓缸四個徑向振動探頭的振幅都有所增加。而且基頻分量明顯增長的同時 2 倍頻分量卻保持不變。對中不良也可排除，因為對中不良的特征是 2 倍頻分量增長，在振動中占較大比重，并且軸心軌跡狹長。但實際情況并非如此。壓縮機內部工作氣流不穩所激發的振動，一般在頻譜上會出現一些與轉子或其零部件固有頻率有關的頻率成分，而實際頻譜上沒有這樣的頻率成分，氣流不穩這一條也可排除。又因為 0.5 倍頻附近沒有明顯的頻率分量，所以也不是

油膜渦動。從頻譜上突出的基頻分量，加之圓形軸心軌跡，可以有把握地認為，不平衡是振動增大的主要原因。另外，趨勢圖上基頻變化曲線與通頻振動峰-峰值變化曲線十分吻合，也表明振動增大的原因是不平衡的增大。高壓缸轉子轉速高達 13000r/min 以上，對轉子的微小不平衡量很敏感。根據以往的運行記錄和檢修記錄，認為不平衡量增加的可能原因有二：一是轉子葉片結垢或磨損不均勻，當繼續運轉時，結垢或磨損有可能趨于均勻，使振動逐漸平緩甚至降低。二是由于機器基礎熱變形造成轉子撓度變形加大，熱變形主要受氣溫影響。綜合上述兩種可能原因，可知振動的變化將比較緩慢，不會突然造成機器的損壞。診斷結論為：①振動增大主要原因是不平衡量的增加；②振動變化比較緩慢，不會引起突發事故，只要注意監測，在振幅峰-峰值到達報警值以前，不必停車檢修；

③建議下次大修時，對轉子進行現場動平衡調試，以降低振動幅值。

三是驗證，根據診斷結論，機組繼續運轉了 18 個月，直至大修。振幅緩慢上升，但未發生什么故障，未影響生產正常進行，監測頻譜中仍只有基頻分量，可見振動原因仍是不平衡，未出現新的振源。

實例 2 壓縮機不平衡

（1）故障情況

某石化化工廠 C501 機組壓縮機大修后進行催化劑再生工作時，振動報警，測點 D位移高達 68μm，超過允許值 60μm；測點 C（與測點 D 互成 90°）位移在 50～60μm 之間波動，測點 A、B（彼此互成 90°）振動也較以往增大。

（2）診斷

①用示波器觀察 C、D 及其他測點振動波形，無異常。②用磁帶記錄儀記錄各測點信號，進行頻譜分析并與運行正常時的頻譜比較，發現：工頻（255Hz）振幅明顯增大，D 點增大 1.9 倍，C 點增大 1.73 倍。其他頻率分量振幅變化不大，小于工頻的低頻部分和大于工頻部分均未出現新的峰值。據此診斷為壓縮機轉子出現了顯著的不平衡。估計不平衡由轉子上結垢所致。排除油膜振蕩、不對中、干磨擦的可能性。

（3）采取措施

①暫不停機，再維持運行 4～5 天，直至催化劑再生工作完成。②密切監視振動狀態。③再生完成后解體檢查。

（4）驗證

停機解體檢查證實，轉子和機殼氣體流道結垢十分嚴重，最厚達 20mm，第一級吸入口處約 3/4 的流道被堵，垢的主要成分是燒蝕下來的催化劑。清垢后起動，各點振動值均正常。工廠機動科據此提出建議：鑒于催化劑再生工作容易產生結垢，此項工作應安排在壓縮

機大修前進行，以避免重復檢修。

六、對中故障原因

兩個相連接的機器軸線不平行或不重合，一個或多個軸承安裝傾斜或偏心，即為不對中。造成不對中的原因可以是裝配不當，調整不夠，基礎損壞，熱脹或聯軸節鎖死。

七、頻譜和波形特征

（1）軸向振動大①1×RPM、2×RPM 甚至 3×RPM 處有穩定的高峰，一般達到徑向振動的 50%以上，若與徑向振動一樣大或比徑向振動更大，表明情況嚴重。②4～10×RPM 分量小。

（2）徑向振動大

①1×RPM、2×RPM 甚至 3×RPM 處有穩定的高峰，特別 2×RPM 分量有可能超過 1×RPM 分量。②4～10×RPM 分量小。

（3）時域波形穩定，每轉出現 1 個、2 個或 3 個峰，無大的加速度沖擊現象。

八、儀器設置

（1）最高分析頻率：低轉速：200Hz。高轉速：1000Hz；

（2）波形，頻譜，振動速度或加速度顯示。

九、診斷

（1）頻域①確認軸向和徑向在 1×RPM、2×RPM 及 3×RPM 處有穩定的高峰，特別注意 2×RPM分量。②4～10×RPM 分量很小。

（2）時域

確認以穩定的周期波形為主，每轉出現 1 個、2 個或 3 個峰值。沒有大的加速度沖擊現象。若軸向振動與徑向振動一樣大或比徑向更大，表明問題嚴重。

十、說明

（1）在確認不對中的若干特征時，若顯示出下列現象之一，則可能是機械松動：軸向振動小；4～10×RPM 分量較大；

時域波形雜亂，無明顯峰值。

（2）在診斷為不對中時，若 1×RPM 分量比其他分量占優勢，可能是角不對中。

（3）若時域波形不穩定或顯示出有較大沖擊現象，可能是其他故障。

（4）對于電機，若基頻及其他倍頻分量大的同時，其振動波形有調制現象，或基頻處出現邊頻，可能存在機電方面的故障，如轉子斷條或軸承傾斜導致的偏心。

（5）關于皮帶輪不對中問題。

實例 1 壓縮機組對中不良

（1）故障情況

某化工廠壓縮機組。電動機轉速 1500r/min，壓縮機轉速 7758r/min。3號測點位移 150μm，速度峰值 9mm/s，均超過允許值。

（2）診斷

3 號測點位于齒輪箱頂蓋上，由于頂蓋不直接壓在軸承蓋上，而且箱蓋剛度不很高，所以傳遞途徑對振動影響較大。為此，將測點調整到軸承座的基座 8 號測點位置。8 號測點的位移和速度頻譜圖，2×RPM（50Hz）分量幅值很大，甚至超過 l×RPM ，3×RPM 幅值也較大，

說明該軸承座振動異常。考慮到 8 號測點前面有聯軸節，故診斷為電機與齒輪箱的聯軸節對中不良。

（3）驗證：

停機后對聯軸節測量發現，對中超差甚大，垂直方向兩軸中心偏移達 0.15mm，電機中心較高。降低電機中心后開機，3 號點位移減為 6μm，速度峰值減為 3mm/s，其他各點振幅也平均降低 25%。8 號測點對中以后的位移和速度頻譜，可以看到，2×RPM和 3×RPM 分量已基本消失。

（1）故障情況

某煤礦-電機-發電機（M-G）機組7#軸承處溫度監測指示超標，操作者將溫度升高歸因于不平衡增大，要求作現場動平衡。

（2）診斷

①首先用測振儀測量總振動水平，并與 ISO2372 速度標準對照，以確定機器狀態。測量結果列入。雖然總的振動水平并不能表明溫度超標的原因，但 7#、8#軸承軸向振動大于徑向振動，值得注意。

②對軸承振動作頻譜分析。由譜圖可以看出，軸向振動各頻率分量分別大于水平振動各頻率分量，軸向振動 3×RPM 分量甚至超過基頻分量。

綜合以上兩點，診斷結論為：機組對中不良，造成軸承上產生很大的卡緊力，它相當于一個單向載荷，是溫度升高的根源所在。

圖 3-12 機組軸承振動頻譜（工作轉速 748r/min）

（3）驗證

停機檢查對中情況，發現機座一端下沉，造成轉子軸頸軸線不對中超標。經重新對中后，開機運行正常，7#軸承處溫度超標問題得以解除。

想了解更多振動分析診斷知識，請關注江蘇振迪檢測網站！

www.hyw7842400001.my3w.com