旋轉機械常見的11種故障原因，你是不是都了解
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上一期內容我們為大家介紹了旋轉機械的各種狀態監測技術。狀態監測技術的目的就是為了避免故障的發生，那麼，常見的旋轉機械故障原因都有哪些呢？就讓我們為大家一一介紹一下吧。
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旋轉機械的故障診斷
1. 不平衡
不平衡是各種旋轉機械中最普遍存在的故障。
引起轉子不平衡的原因是多方面的，如轉子的結構設計不合理、機械加工質量偏差、裝配誤差、材質不均勻、動平衡精度差；運行中聯軸器相對位置的改變；轉子部件缺損，如：運行中由於腐蝕、磨損、介質不均勻結垢、脫落；轉子受疲勞應力作用造成轉子的零部件（如葉輪、葉片、圍帶、拉筋等）局部損壞、脫落，產生碎塊飛出等。
2. 不對中
轉子不對中通常是指相鄰兩轉子的軸心線與軸承中心線的傾斜或偏移程度。
轉子不對中可分為聯軸器不對中和軸承不對中。聯軸器不對中又可分為平行不對中、偏角不對中和平行偏角不對中三種情況。平行不對中時振動頻率為轉子工頻的兩倍。偏角不對中使聯軸器附加一個彎矩，以力圖減小兩個軸中心線的偏角。
軸每旋轉一周，彎矩作用方向就交變一次，因此，偏角不對中增加了轉子的軸向力，使轉子在軸向產生工頻振動。平行偏角不對中是以上兩種情況的綜合，使轉子發生徑向和軸向振動。軸承不對中實際上反映的是軸承座標高和軸中心位置的偏差。
軸承不對中使軸系的載荷重新分配。負荷較大的軸承可能會出現高次諧波振動，負荷較輕的軸承容易失穩，同時還使軸系的臨界轉速發生改變。
3. 軸彎曲和熱彎曲
軸彎曲是指轉子的中心線處於不直狀態。轉子彎曲分為永久性彎曲和臨時性彎曲兩種類型。
轉子永久性彎曲是指轉子的軸呈永久性的弓形，它是由於轉子結構不合理、製造誤差大、材質不均勻、轉子長期存放不當而發生永久性的彎曲變形，或是熱態停車時未及時盤車或盤車不當、轉子的熱穩定性差、長期運行後軸的自然彎曲加大等原因所造成。
轉子臨時性彎曲是指轉子上有較大預負荷、開機運行時的暖機操作不當、升速過快、轉軸熱變形不均勻等原因造成。
轉子永久性彎曲與臨時性彎曲是兩種不同的故障，但其故障的機理是相同的。轉子不論發生永久性彎曲還是臨時性彎曲，都會產生與質量偏心情況相類似的旋轉矢量激振力。
4. 油膜渦動和油膜振蕩
油膜渦動和油膜振蕩是滑動軸承中由於油膜的動力學特性而引起的一種自激振動。
油膜渦動一般是由於過大的軸承磨損或間隙，不合適的軸承設計，潤滑油參數的改變等因素引起的。根據振動頻譜很容易識別油膜渦動，其出現時的振動頻率接近轉速頻率的一半，隨著轉速的提高，油膜渦動的故障特徵頻率與轉速頻率之比也保持在一個定值上始終不變，常稱為半速渦動。
油膜渦動和油膜振蕩是兩個不同的概念，它們之間既有區別，又有著密切的聯繫。
當機器出現油膜渦動，而且油膜渦動頻率等於系統的固有頻率時就會發生油膜振蕩。油膜振蕩只有在機器運行轉速大於二倍轉子臨界轉速的情況下才可能發生。當轉速升至二倍臨界轉速時，渦動頻率非常接近轉子臨界轉速，因此產生共振而引起很大的振動。通常一旦發生油膜振蕩，無論轉速繼續升至多少，渦動頻率將總保持為轉子一階臨界轉速頻率。
轉子發生油膜振蕩時一般具有以下特徵：
． 時間波形發生畸變，表現為不規則的周期信號，通常是在工頻的波形上面疊加了幅值很大的低頻信號；
． 在頻譜圖中，轉子的固有頻率ω0處的頻率分量的幅值最為突出；
． 油膜振蕩發生在工作轉速大於二倍一階臨界轉速的時候，在這之後，即使工作轉速繼續升高，其振蕩的特徵頻率基本不變；
． 油膜振蕩的發生和消失具有突然性，並帶有慣性效應，也就是說，升速時產生油膜振蕩的轉速要高於降速時油膜振蕩消失的轉速；
． 油膜振蕩時，轉子的渦動方向與轉子轉動的方向相同，為正進動；
． 油膜振蕩劇烈時，隨著油膜的破壞，振蕩停止，油膜恢復後，振蕩又再次發生。如此持續下去，軸頸與軸承會不斷碰摩，產生撞擊聲，軸承內的油膜壓力有較大的波動；
． 油膜振蕩時，其軸心軌跡呈不規則的發散狀態，若發生碰摩，則軸心軌跡呈花瓣狀；
． 軸承載荷越小或偏心率越小，就越容易發生油膜振蕩；
． 油膜振蕩時，轉子兩端軸承振動相位基本相同。
5. 蒸汽激振
蒸汽激振產生的原因通常有兩個。一是由於調節閥開啟順序的原因高壓蒸汽產生了一個向上抬起轉子的力，從而減少了軸承比壓，因而使軸承失穩。二是由於葉頂徑向間隙不均勻，產生切向分力，以及端部軸封內氣體流動時所產生的切向分力，使轉子產生了自激振動。
蒸汽激振一般發生在大功率汽輪機的高壓轉子上，當發生蒸汽振蕩時，振動的主要特點是振動對負荷非常敏感，而且振動的頻率與轉子一階臨界轉速頻率相吻合。在絕大多數情況下（蒸汽激振不太嚴重）振動頻率以半頻分量為主。
在發生蒸汽振蕩時，有時改變軸承設計是沒有用的，只有改進汽封通流部分的設計、調整安裝間隙、較大幅度地降低負荷或改變主蒸汽進汽調節汽閥的開啟順序等才能解決問題。
6. 機械鬆動
通常有三種類型的機械鬆動。
第一種類型的鬆動是指機器的底座、台板和基礎存在結構鬆動，或水泥灌漿不實以及結構或基礎的變形。
第二種類型的鬆動主要是由於機器底座固定螺栓的鬆動或軸承座出現裂紋引起。
第三種類型的鬆動是由於部件間不合適的配合引起的，這時的鬆動通常是軸承蓋里軸承瓦枕的鬆動、過大的軸承間隙、或者轉軸上的葉輪存在鬆動。這種鬆動的振動相位很不穩定，變化範圍很大。鬆動時的振動具有方向性。在鬆動方向上，由於約束力的下降，將引起振動幅度加大。
7. 轉子斷葉片與脫落
轉子斷葉片、零部件或垢層脫落的故障機理與動平衡故障是相同的。其特徵如下：
． 振動的通頻振幅在瞬間突然升高；
． 振動的特徵頻率為轉子的工作頻率；
． 工頻振動的相位也會發生突變。
8. 摩擦
當旋轉機械的旋轉部件和固定部件接觸時，就會發生動、靜部分的徑向摩擦或軸向碰摩。這是一個嚴重的故障，它可能會導致機器整個損壞。在摩擦產生時通常分為兩種情況：
第一種是部分摩擦，此時轉子僅偶然接觸靜止部分，同時維持接觸僅在轉子進動整周期的一個分數部分，這通常對於機器的整體來說，它的破壞性和危險性相對比較小；
第二種，特別是對於機器的破壞性效果和危險性來說就是更為嚴重的情況了，這就是整周的環狀摩擦，有時候也稱為「全摩擦」或「干摩擦」，它們大都在密封中產生。在整周環狀摩擦發生時，轉子維持與密封的接觸是連續的，產生在接觸處的摩擦力能夠導致轉子進動方向的劇烈改變，從原本是向前的正進動變成向後的反進動。
摩擦的危害性很大，即使轉軸和軸瓦短時間摩擦也會造成嚴重後果。
9. 軸裂紋
轉子裂紋產生的原因多是疲勞損傷。旋轉機械的轉子如果設計不當（包括選材不當或結構不合理）或者加工方法不妥，或者是運行時間超長的老舊機組，由於應力腐蝕、疲勞、蠕變等，會在轉子原本存在誘發點的位置產生微裂紋，再加上由於較大而且變化的扭矩和徑向載荷的持續作用，微裂紋逐漸擴展，最終發展成為宏觀裂紋。
原始的誘發點通常出現在應力高而且材料有缺陷的地方，如軸上應力集中點、加工時留下的刀痕、劃傷處、材質存在微小缺陷（如夾渣等）的部位等。
在轉子出現裂紋的初期，其擴展的速度比較慢，徑向振動的幅值增長也比較小。但裂紋的擴展速度會隨著裂紋深度的加深而加速，相應的會出現振幅迅速增大的現象。尤其是二倍頻幅值的迅速上升和其相位的變化往往可以提供裂紋的診斷信息，因此可以利用二倍頻幅值和相位的變化趨勢來診斷轉子裂紋。
10. 旋轉失速與喘振
旋轉失速是壓縮機中最常見的一種不穩定現象。當壓縮機流量減少時，由於沖角增大，葉柵背面將發生邊界層分離，流道將部分或全部被堵塞。這樣失速區會以某速度向葉柵運動的反方向傳播。
實驗表明，失速區的相對速度低於葉柵轉動的絕對速度。因此，我們可以觀察到失速區沿轉子的轉動方向以低於工頻的速度移動，故稱分離區這種相對葉柵的旋轉運動為旋轉失速。
旋轉失速使壓縮機中的流動情況惡化，壓比下降，流量及壓力隨時間波動。在一定轉速下，當入口流量減少到某一值時，機組會產生強烈的旋轉失速。強烈的旋轉失速會進一步引起整個壓縮機組系統的一種危險性更大的不穩定的氣動現象，即喘振。此外，旋轉失速時壓縮機葉片受到一種周期性的激振力，如旋轉失速的頻率與葉片的固有頻率相吻合，則將引起強烈振動，使葉片疲勞損壞造成事故。
旋轉失速嚴重時可以導致喘振，但二者並不是一回事。喘振除了與壓縮機內部的氣體流動情況有關之外，還同與之相連的管道網路系統的工作特性有密切的聯繫。
壓縮機總是和管網聯合工作的，為了保證一定的流量通過管網，必須維持一定壓力，用來克服管網的阻力。機組正常工作時的出口壓力是與管網阻力相平衡的。但當壓縮機的流量減少到某一值時，出口壓力會很快下降，然而由於管網的容量較大，管網中的壓力並不馬上降低，於是，管網中的氣體壓力反而大於壓縮機的出口壓力，因此，管網中的氣體就倒流回壓縮機，一直到管網中的壓力下降到低於壓縮機出口壓力為止。
這時，壓縮機又開始向管網供氣，壓縮機的流量增大，恢復到正常的工作狀態。但當管網中的壓力又回到原來的壓力時，壓縮機的流量又減少，系統中的流體又倒流。如此周而復始產生了氣體強烈的低頻脈動現象——喘振。
喘振故障的識別特徵：
． 產生喘振故障的對象為氣體壓縮機組或其它帶長管道、容器的氣體動力機械；
． 喘振發生時，機組的入口流量小於相應轉速下的最小流量；
． 喘振時，振動的幅值會大幅度波動；
． 喘振時，振動的特徵頻率一般在1~15Hz之內；與壓縮機後面相聯的管網及容器的容積大小成反比；
． 機組及與之相連的管道等附著物及地面都發生強烈振動；
． 出口壓力呈大幅度的波動；
． 壓縮機的流量呈大幅度的波動；
． 電機驅動的壓縮機組的電機電流呈周期性的變化；
． 喘振時伴有周期性的吼叫聲，吼叫聲的大小與所壓縮氣體的分子量和壓縮比成正比。
11. 機械偏差和電氣偏差
在振動信號中，之所以會出現機械偏差和電氣偏差的問題，這是由非接觸式電渦流感測器的工作原理所決定的。
切削加工不完善的軸表面（橢圓形或不同軸）會產生一種正弦動態運動的指示，其頻率與旋轉部件的旋轉頻率相一致。不完善的切削表面的原因通常是由於最後加工的機床的軸承的磨損、刀具變鈍、進給太快或機床的其它缺陷產生的，或者是車床頂針的磨損造成的。軸頸表面上的不光滑或其它缺陷，如劃痕、凹坑、毛刺、銹疤等也將會產生偏差輸出。
檢驗這種誤差狀態的最簡單的方法是用百分表檢查軸頸的跳動值。百分表的波動值將確認非接觸式電渦流感測器所觀察到的被測表面的誤差存在的情況。
軸頸的被測表面應該象滑動軸承的軸頸表面那樣精心地保護，在吊裝時，所採用的纜繩要避開感測器測量的表面區域，存放轉子的支撐架應保證不會引起軸頸表面的劃痕、凹陷等。
一般來說，只要磁場是均勻的或對稱的，電渦流感測器在所存在的磁場中都能令人滿意地工作。如果軸上某一表面區域有很高的磁性，而其餘的表面是非磁性的或者只有很低的磁性，這就可能會出現電氣偏差。這是由於來自電渦流感測器的磁場作用到這種軸頸表面上時，引起了感測器靈敏度的改變。
另外，鍍層的不均勻、轉子材料的不均勻等也會引起電氣偏差。而電氣偏差是無法用百分表來測量和確認的。
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