旋转机械的振动故障类型及解决办法

旋转机械的振动故障类型及解决办法
旋转机械是指主要功能是由旋转运动完成的机械。

如电动机、离心式风机、离心式水泵、汽轮机、发电机等，都属于旋转机械范围。

旋转机械的振动故障类型大概有以下几种:
一、转子的振动故障
转子组件是旋转机械的核心部分，由转轴及固定装上的各类盘状零件（如叶轮、齿轮、联轴器、轴承等）所组成。

转子的故障又分为转子的不平衡、转子与联轴器不对中等故障。

旋转机械转子由于受材料的质量分布、加工误差、转配因素以及运行中的冲蚀和沉积等因素的影响，至使其质量中心和旋转中心在一定程度上的偏心距。

静不平衡的转子由于偏心距较大，表现出更为强烈的动不平衡振动。

解决动平衡问题可以在转子安装之前做好平衡工作，但现在越来越多的是使用现场动平衡仪，可以省去转子安装与拆卸的不便，尤其对于大型转子更为方便。

现场动平衡仪可以在转子旋转的状态下直接计算出重量的偏差大小和角度，解决转子不平衡问题。

转子不对中包括轴不对中和轴系不对中，轴承不对中本身不会引起振动，它影响轴承的载荷分布、油膜形态等运行状况。

一般情况下，转子不对中都是指轴系不对中，故障原因在联轴器处。

引起轴系不对中有几方面的原因：安装使用中对中超差；轴承座热膨胀不均匀；机壳变形或移位；地基不均匀下沉；转子弯曲，同时产生不平衡和对中不良。

解决不对中问题较为方便的是使用激光对中仪进行对中分析，根据分析结果进行转子轴系的位置调整，解决不对中问题。

二、转轴的振动故障
转轴弯曲：设备停用一段时间后重新开机时，常常会遇到振动过大甚至无法开机的情况。

这多半是设备停用后产生了转子轴弯曲的故障。

转子弯曲有永久性弯曲和暂时性弯曲两种情况。

永久性弯曲是指转子轴成弓形。

造成永久性弯曲的原因有设计制造缺陷、长期停放方法不当、热态停机时未及时盘车或遭凉水急冷所致。

临时性弯曲指可恢复的弯曲。

造成临时性弯曲的原因有负载过大、开机运行时暖机不充分、升速过快导致转子热变形不均匀等。

转轴横向裂纹：转轴横向裂纹的振动响应与所在位置、裂纹深度及受力的情况等因素有极大的关系，因此所表现出的形式也是多样的。

在一般情况下，转轴每转一周，裂纹总会发生张合。

转轴的刚度不对称，从而引发非线性振动，能识别的振动主要是123倍频分量。

三、其他原因引起的振动故障
连接松动、油膜涡动及振荡、磨碰、喘振等。

以上是旋转机械的振动故障类型，我们在遇到旋转机械故障时，首先用振动分析仪进行分析，确定振动原因，再根据振动原因对症下药，分析出解决的办法。

当然，旋转机械故障是比较复杂的，往往出现几种原因共同发生的状况，这就需要振动分析人员有足够的经验。

培训题目：《转子动平衡——原理、方法和标准》培训目的：
多种原因会引起转子某种程度的不平衡问题，分布在转子上的所有不平衡矢量的和可以认为是集中在“重点”上的一个矢量，动平衡就是确定不平衡转子重点的位置和大小的一门技术，然后在其相对应的位置处移去或添加一个相同大小的配重。

内容摘要：
动平衡前要确认的条件：
1. 振动必须是因为动不平衡引起。

并且要确认动不平衡力占振动的主导。

2. 转子可以启动和停止。

3. 在转子上可以添加可去除重量。

培训教案：
第一章不平衡问题种类
为了以最少的启停次数，获得最佳的平衡效果，我们不仅要认识到动不平衡问题的类型（静不平衡、力偶不平衡、动不平衡），而且还要知道转子的宽径比及转速决定了采用单平面、
双平面还是多平面进行动平衡操作。

同时也要认识到转子是挠性的还是刚性的。

刚性转子与挠性转子
对于刚性转子，任何类型的不平衡问题都可以通过任选的二个平面得以平衡。

对于挠性转子，当在一个转速下平衡好后，在另一个转速下又会出现不平衡问题。

当一个挠性转子首先在低于它的70%第一监界转速下，在它的两端平面内加配重平衡好后，这两个加好的配重将补偿掉分布在整个转子上的不平衡质量，如果把这个转子的转速提高到它的第一临界转速的70%以上，这个转子由于位于转子中心处的不平衡质量所产生的离心力的作用，而产生变形，如图10所示。

由于转子的弯曲或变形，转子的重心会偏离转动中心线，而产生新的不平衡问题，此时在新的转速下又有必要在转子两端的平衡面内重新进行动平衡工作，而以后当转子转速降下来后转子又会进入到不平衡状态。

为了能在一定的转速范围内，确保转子都能处在平衡的工作状态下，唯一的解决办法是采用多平面平衡法。

挠性转子平衡种类
1. 如果转子只是在一个工作转速下运转，小量的变形不会产生过快的磨损或影响产品的质量，那么可以在任意二个平面内进行平衡，使轴承的振动降低到最小即可。

2. 如果一个挠性转子，只是在一个工作转速下工作，但是将转子的变形量降低到最小是极其重要的，这时最好采用多平面动平衡修正。

3. 如果一个转子必须在一个宽广的转速范围内都能平稳地工作，即该转子在低转速时是刚性的，在高转速时是挠性的，这时最好采用多平面动平衡修正。

临界转速
当转子的转速达到自身产生弯曲共振时的转速，称为临界转速。

转子经过临界转速时，转子产生的弯曲振型数，取决转子转速与转子自振频率相一致的数量。

一般来说转子的转速低于它的自振频率的70%时，认为它是一个刚性转子，而高于它的自振频率的70%时，认为它是一个挠性转子。

由于转子的转速升高通过它的自振频率而产生弯曲或变形时，转子的重心就会偏离转子的转子的转动中心线，产生新的不平衡状态。

第二章如何识别动不平衡问题
不平衡问题的主要特征
振动频谱典型特征：不平衡问题通常是较高的转频振动占主导，一般其转频振动成份大于或等于其通频振动的80%以上。

不平衡力具有一定的方向性，离心力在径向基本是均匀的，轴及支承轴承的运动轨迹近似为一个圆，然而，由于轴承座的垂直支承刚度大于水平方向，所以正常的轴及支承轴承的运动轨迹为椭圆，即正常情况下水平方向振动要比垂直方向振动大1.5到2倍，若超出这个范围，可能存在其它问题，特别是可能存在共振问题。

径向与轴向振动比较，当是不平衡问题占主导时，径向振动（水平和垂直）要比轴向方向的振动大得多（悬臂转子除外）。

悬臂转子不平衡问题的方向性，通常情况下，径向和轴向振动都比较大，它是静不平衡和力偶不平衡同时存在，所以通常情况下需要二平面进行平衡修正。

有不平衡振动问题转子，其振动相位是稳定和可重复的。

不平衡问题会促使共振幅值增大，如果转子的工作转速比较靠近其系统自振频率处的共振点时，少量的不平衡振动会增大10到50倍。

转子不平衡问题的相位表现，在转子输入、输出端轴承水平方向测量得到的相位差与在转子输入、输出端轴承垂直方向测量得到的相位差基本相等（+/-30°）否则主要问题不是动平衡问题。

例如，如果在一个电机的输入、输出端轴承水平方向测量得到的振动相位差为30°，而在其输入、输出端轴承垂直方向测量得到的振动相位差近似为150°，则工程师企图对这个转子实施动平衡操作，似乎是在浪费时间。

第三章引起转子不平衡的原因
装配错误，安装时一个零件的质量中心线与转动中心线不重合。

铸造气孔装配误差半键问题
转子变形，由于残余应力、受热不均等引起转子变形。

转子上有沉积物
设计不均称，如电动机转子绕线一侧与另一侧是不均称的。

由以上原因引起转子某种程度的不平衡问题，分布在转子上的所有不平衡矢量的和可以认为是集中在“重点”上的一个矢量，动平衡就是确定不平衡转子重点的位置和大小的一门技术，然后在其相对应的位置处移去或添加一个相同大小的配重。

第四章动平衡操作的重要性
由于动不平衡产生的力，若不予以修正，在转动设备中具有很强的破坏性，不仅对支承轴承产生损坏，也会引起机器基础开裂，焊缝开裂，同时由于不平衡引起的过大的振幅造成产品质量下降。

由于不平衡产生的离心力取决于转子的转速和重点的重量。

第五章现场动平衡技术
一般来说，对大多数转动设备，最好是在现场进行动平衡操作，这是因为现场进行动平衡操作是在实际的操作条下、实际的工作转速下进行，并且转子是在自身支承轴承和基础之上。

三点现场动平衡操作法
1、以工作转速启动转子，测量和记录原始振动幅值为O’。

例如，O’＝6 mils（152um）
2、以O’为半径，画圆，如图1所示。

3、停下转子，在转子上取三个点“A”、“B”和“C”，相隔近似120°。

不一定是很准确的120°，然而三点相隔的角度必须是已知的，在我们的例子中如图2所示，“A”点是起点标
注为0°。

其它点标注如图2所示。

4、选择一块合适的试重，安装到转子点“A”处，此处可参考计算试加重的公式。

例如，试加重（TW）＝ 10 ounces （283.5克）
5、启动转子达到正常工作转速，测量并记录此时的振动幅值记为 O’+T1。

注，如图5所示，从A、B、C绘制的三个圆相交于点D。

13、从原始振幅圆的圆心“O”按图6所示方式画直线OD，该直线标记为“T”。

14、使用与画原始振动圆时相同的比例，测量直线段“T”的长度。

在我们的例子中，经过测量后，此“T”直线的长度为5.25in
（133mm）。

15、使用下面的公式，计算修正重量： CW=TW(O’/T) 式中：CW＝修正重量 TW＝试加重量
O’＝原始不平衡振幅读数
T ＝测量的结果矢量
在我们的例子中，计算结果如下： CW=TW(O’/T)
CW=10oz×（6.0/5.25）
CW=11.4oz
或
CW=TW(O’/T) CW=283.5克×（152/133）
CW=323克
16、按图7所示，使用量角器，测量直线“T”与直线“OA”之间的角度，此角度即是修正重量相对于转子上的“A”点的安装角度。

在我们的例子中，这个角度经测量得41°。

17、停下转子，从“C”点处拆下试加重。

18、按在第15步中经过计算确定的配重，安装到经过第16步确定的角度处。

在我们的例子中，经计算的配重为11.4oz（323克），将其
安装到转子上从“A”点处，顺时针转过41°的位置处，如图8所示。

按照上述说明，将计算的修正重量加到经计算的角度处后，此转子应该到此平衡完毕。

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简易找风机转子动平衡方法
作者：周建（仪化设备工程公司）时间：2008-5-8
摘要：引风机振动的原因很多，转子动不平衡是风机振动的原因之一。

专业技术书籍中介绍的找风机转子动平衡的方法有多种，但在实际工作中使用这些方法都比较复杂，难以让检修人员所熟练掌握与应用。

本人在此介绍一种在以往的长期工作实践中摸索总结得来的简易找风机转子动平衡方法。

关键词：风机转子轴承叶轮轴排粉机论文主题：
在火力发电厂的各类风机中，排粉机作为锅炉燃烧输送煤粉的设备。

它的叶轮被输送介质磨损是很严重的。

仪化热电生产中心每三年一次的设备大检修都会对排粉机的叶轮磨损处进行焊补（除更换新叶轮外），这样势必会造成叶轮的不平衡。

另外新叶轮在加工制造过程中由于各种因素，偶尔也会出现不平衡现象。

这些不平衡通过找静平衡的方法是可以解决其中一部分的，而一些经过静平衡校验合格的风机转子在高速旋转时仍会发生振动，这些转子的不平衡就必须通过找动平衡的方法才能加以彻底消除。

几经企业改革，大批专业检修人员的离退，在实际工作中，能够很好的解决设备各类疑难杂症的人员不是很多，能现场解决风机动平衡的屈指可数。

一、常用风机找动平衡的几种方法
专业书籍中详细介绍的方法基本为：两点法、三点法及闪光测相法。

具体做法如下：
1、两点法：
测出风机在工作转速下两轴承的振动振幅，若A侧振动大（振动值为Ao），则先平衡A侧，在转子上某一点（作记号1）加上试加质量M，测得振动值为A1，按相同半径将此试加质量M移动180°（作记号2），测得振动值为A2，根据测得的A0、A1、A2值，选适当的比例作图，求出应加平衡质量的位置和大小。

做法下图：
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作△ODM，使OM：OD：DM=A0：A1/2：A2/2，延长MD至C，使CD=DM，并连接OC；以O为圆心，OC为半径作圆O；延长CO与O圆交于B，延长MO交圆于S，则OC为试加质量M引起的振动值（按比例放大后的振动值），平衡质量Ma为：Ma=M*OM/OC。

由图中量得角∠COS为d，则平衡质量应加在第一次试加质量位置1的逆转向α角或顺转向d角处，具体方位由试验确定。

2、三点法
此法与两点法基本相同，只是用同一试加质量M按一定的加质量半径依次加在互为120°的三个方向上，测得的三个振动值为A1、A2、A3，作图如下：
以o为圆心，取适当的比例，以A1、A2、A3为半径画三段弧A、B、C，在弧A、B、C上分别取a、b、c点，使三点距离彼此相等，连接ab、bc、ca得等边三角形，并作三角形三个角的平分线交于s点，连接os，以s为圆心，sa（sa=sb=sc）为半径作圆，交os于s’点，s’点即平衡重量应加的位置，从图中看出，它在第一次与第二次加试块的位置之间，且靠近第二次加试块的位置（按比例选取），平衡质量Ma，按下式计算：Ma=os/sa*M
3、闪光测相法找动平衡
其原理是引起转子振动的干扰力就是不平衡质量产生的离心力，通过仪器测出干扰力的最大
振幅及相位变化，运用向量计算可知不平衡质量的大小和位置，在其相反位置上加上相等的质量，就可抵消由于不平衡质量而产生的振动。

用闪光灯的闪光时间直接受振动相位的控制，当转速和闪光灯的闪光频率同步时，闪光灯每次闪光的时间正好是转轮到同一位置的时候，闪光测相法步骤分为9步，数次试加平衡块和启动转机，测得振幅和相位，再进行向量作图运算，以求出应加平衡块的质量和位置。

在此可看出以上这些方法难以被检修人员掌握和运用的原因有：1）步骤多，耗时长，反复试加重块；2）复杂，需作图计算，并动用专用仪器。

二、简易找风机动平衡的方法
一种在以往的长期工作实践中摸索总结得来的简易找风机转子动平衡方法：我们知道，不平衡的转子在转动时会产生离心力，此力周期性地冲击着轴承产生振动，我们用测振表先测出轴承部位的振动值，掌握转子工作状态下的不平衡状况，然后按如下步骤操作实施：
1、在停止转动的风机轴上靠近叶轮部位选择一段，擦净其表面，检查确定其圆度合乎标准。

2、起动风机至工作转速，用磨尖的石笔在此轴段中心线的位置缓慢伸入，当石笔刚接触到轴表面时即停止前伸，而改变为沿轴向推移一小段后收回，使轴段上留下石笔画出的线段，如此重复画数次直至画完选定的轴段。

动作一定要轻而稳，注意石笔不可伸得太前，否则轴上将会画出整圈圆弧，前伸不足则笔和轴的接触不够，画不上线段或画出的线段不清楚，从而难以判断，在画线的同时，可用振动表测出轴承振动值a。

3、待风机停稳后，在轴上找出所画线段的中心线A-A，在轴的其他部位做好其位置标记F，将A-A线转至水平位置，此时叶轮上同侧水平位置A点即为不平衡偏重点，在它的180°对面为配重点B点，经长期实践总结得知，在叶轮直径为1600mm，转速为1480转/分的排粉机转子上，以配重体积为□20×30×5的铁板约降低振动值0.01mm左右来计算配重铁块体积的大小，再将确定的配重块焊接在B点上。

4、再次启动风机，用上述方法在轴段上重新画线，并测出轴承振动值b，与原振动值a作比较，以得知配重后转子振动值的变化，待风机再次停稳后，检查新画线段中心线与原画线段中心线A-A的位置标记F是否一致，若一致，且b<a，则看b值是否达到了标准要求，若还未符合，则可在B点上再次添加配重，起动测值，直到达到标准要求；若b>a，且新画线段中心线与与F相对180°，则说明配重量过大，可相应减小；如果两次画线的中心线不重合或相对180°，则说明两次画线中有误差，可重新画线校正。

（此情况在实际操作中没有遇到过）
轴
叶轮
石笔
叶轮
轴承
画出线段
中心线
轴
叶轮
三、实例分析
下面以检修实例加以说明：2001年5月31日，仪化热电生产中心#3炉甲乙侧排粉机更换
新叶轮后，试转测得振动值分别为：
甲排
水平垂直轴向推力侧 0.04 0.016 0.028 承力侧 0.088 0.019 0.03
5
乙排
水平垂直轴向推力侧 0.047 0.039 0.046 承力侧
0.164
0.047
0.062
这些数据表明振动超标（检修规程规定振动值应≤0.08mm，新修设备振动值应不大于0.06mm），经诊断为转子的不平衡故障，采用上述方法先在乙侧排粉机叶轮上找出配重测点后，配重铁板为□150×100×10，起动重新测得振动值：
乙排
水平垂直轴向推力侧 0.031 0.025 0.026 承力侧 0.062 0.03 0.032
再次画线检查配重与前次位置相一致，再次添加配重块铁板□40×60×5后测得振动值：乙排
水平垂直轴向推力侧 0.024 0.018 0.011 承力侧 0.04 0.019 0.012
在甲侧排机转子上采用同样方法找出配重点后配重□50×60×10后测得振动值
甲排
水平垂直轴向推力侧 0.021 0.015 0.017 承力侧 0.04 0.016 0.019
此项工作从8：50开始至11：35结束，共用时2小时45分，共有2名钳工、1名焊工参加工作，耗材1支石笔，数根焊条。

另外，采用此方法还曾成功消除了热电生产中心#1炉乙侧吸风机、#3炉甲侧送风机及聚脂生产中心动力12K环吹风机的转子不平衡振动。

四、结束语
通过对比及实践证明，这种方法操作简便，较容易让现场检修人员掌握与实施，并能有效地解决风机转子不平衡问题，且用时较短，耗费少，是一个切实可行的简易找风机转子动平衡的方法。

一、旋转机械运转产生的振动
机械振动中包含着从低频到高频各种频率成分的振动，旋转机械运转时产生的振动也是同样的。

轴系异常（包括转子部件）所产生的振动频率特征如下：
发生频率
主要异常现象
振动特征
不平衡
1.转子轴心线周围质量分布不均匀。

2.振动频率与旋转频率一致。

不对中 1.联轴器连接的两轴中心线偏移。

2.振动频率与旋转频率一致或与旋转频率成倍
松动 1.基础螺丝松动或轴承磨损引起的振动。

2.振动频率含有旋转频率的高次成分。

低频
油膜振荡
1.常发生在定制给油的滑动轴承上。

2.是因轴承的力学特征引起的振动。

3.振动频率是轴的固有频率。

压力脉动
1. 在泵、风机等产生压力的结构中，每次涡轮通过涡壳部位，流体、压力变动。

2. 当压力机构有异常时就产生压力脉动。

中频
叶轮叶片通过振动
1. 轴流式或离心式压缩机中，透平运行时，由于动静叶片间干涉。

2. 叶轮和导叶间干涉,喷头和叶轮间干涉引起的振动。