《机械故障诊断技术》读书报告MAO pei-gang南阳理工机械与汽车工程学院 473004动平衡诊断案例分析综述Diagnosis of dynamic balance Case Analysis were Review摘要简要阐述组动平衡故障诊断中所使用的现代测试与分析技术。

通过五个动不平衡故障的诊断与处理实例，指出了波德图、频谱图等现代分析技术对于组动平衡故障诊断的价值和意义；总结了基于现代测试与分析技术的动平衡故障的主要特征。

；验证了影响系数法对于动平衡故障处理的准确性及实用性。

对于提高动平衡故障诊断的准确性及其精度具有推广和借鉴意义。

关键词：动平衡故障诊断振动分析AbstractThe modern measuring and analyzing technologies applied in the dynamic balance fault diagnoses are described briefly。

In view of five dynamic unbalance fault diagnoses and treatments。

the significance and purpose of the modern analyzing technologies such as Bode Plot，Spectrum Plot for the dynamic balance fault diagnoses are put forward，and its characteristics based on testing and analyzing technologies are summarized．The accuracy and practicability of the influence coefficient method for its treatment are proved．The instructions and experiences of improving theaccuracy and precision of dynamic balance fault diagnoses are provided．Keywords:dynamic balance fault diagnosis vibration analysis目录1信号分析方法 (4)1.1频域分析方法 (4)1.2频谱图分析方法 (4)2故障实例 (4)2.1案例一 (4)2.1.1故障机器及故障分析 (4)2.1.2机组动平衡故障的现场处理 (6)2.1.3分析结论 (6)2.2案例二 (7)2.2.1故障诊断分析 (7)2.2.2现场动平衡校验 (9)2.2.3分析结果验证 (9)2.3案例三 (10)2.3.1机组技术参数及测点布置 (10)2.3.2 机组振动数据采集及故障分析 (10)2.3.3处理结果 (12)2.4案例四 (12)2.4.1空压机电机振动监测和故障诊断 (12)2.4.2安装平衡块试重及校正后效果 (13)2.5案例五 (13)3结束语 (14)参考文献 (15)1信号分析方法1.1频域分析方法频域（频率域）—自变量是频率,即横轴是频率,纵轴是该频率信号的幅度,也就是通常说的频谱图。

频谱图描述了信号的频率结构及频率与该频率信号幅度的关系。

对信号进行时域分析时，有时一些信号的时域参数相同，但并不能说明信号就完全相同。

因为信号不仅随时间变化，还与频率、相位等信息有关，这就需要进一步分析信号的频率结构，并在频率域中对信号进行描述。

1.2频谱图分析方法信号频谱分析就是利用MATLAB实现快速傅里叶变换的分析的方法，通过DSP 数字信号处理器对实时采集到的信号进行FFT运算后实现时域与频域的转换，频谱分析主要分析信号是由哪些频率的正弦信号叠加得到的，以及这些正弦信号的振幅，反映的是频域中各频率分量幅值的大小，适用于非周期信号和持续时间很短的瞬态信号的频谱测量。

2故障实例2.1案例一2.1.1故障机器及故障分析鄂坪水电站1 号机组是由型号为HLD294 － LJ －220 的水轮机和型号为SF38 － 18 /4250 的发电机所组成。

额定功率为38 MW，额定转速为333． 3 r /min，上导轴承安装间隙为双边300um，下导轴承安装间隙为双边300um，水导轴承安装间隙为双边320um。

机组启动时发现轴承摆度较大，经过多次对轴瓦检查与调整，故障仍不能消除。

测量显示，在额定转速下，各轴承的摆度数据如表1 所示。

表一：1 号机组额定转速下摆度数据( 峰峰值) um图1 1 号机组原始摆度波德图根据表1 的数据，鄂坪水电站1 号机组上导、下导摆度分别为871um和597um。

该值大大超过相应的导轴承间隙300um，因此存在严重的故障。

图1 中的上图为相位随转速的变化; 下图为幅值随转速的变化; 实线为通频幅值，虚线为转频幅值。

由从图1 可见，随着转速的升高，上导( 下导) 摆度的幅值与转速呈明显的抛物线关系，这就很好地说明了振动幅值与转速的平方成正比的关系，避免了变转速试验带来的繁琐工作，由此可以判断该发电机转子存一定的动不平衡。

水导摆度( 未列出) 的幅值虽然呈现随转速升高而升高的趋势，但主要是受下导摆度的影响，只需对发电机转子进行平衡处理，即可明显改善水导的摆度。

图2 额定转速下1 号机组上导摆度的频谱图由图2 可见，1号机组额定转速上导摆度的频谱主要为1 倍频，反映相应的激振力为工频，振动为强迫振动。

这同样也印证了该机组的故障为动不平衡。

对此采用了影响系数法进行现场动平衡处理，共在发电机转子轮毂上部配重3 次。

配重后，机组的摆度降到优良范围。

整个动平衡过程见表2。

动平衡后的上导－X 摆度波德图示于图3。

图3 中，实线为通频幅值; 虚线为转频幅值。

该图显示，机组摆度随转速升高而升高的趋势已大大减缓。

数据及图表表明: 通过3 次加重，已使机组摆度大幅降低，达到了优秀水平，动平衡效果明显，所采用的分析处理方法准确、迅速、精度高。

表2 1 号机组动平衡过程及摆度数据( 峰峰值) um图3 动平衡后1 号机组摆度波德图机组动平衡故障的主要特征通过以上对水轮发电机组现代振动测试与分析技术的阐述及多台机组动平衡故障的诊断处理实践，可以发现，采用现代传感器技术和先进的仪器、仪表及软件技术，可以对水轮发电机组动平衡故障作出快速、准确的诊断。

依据长期的诊断和处理实践，可以对水轮发电机组动平衡故障的主要特征归纳总结如下。

(1) 振动、摆度主要表现在发电机转子的轴承上，但对水轮机轴承会产生影响;(2) 在额定转速条件下振动、摆度的幅值和相位比较稳定;(3) 在频谱图上，在额定转速条件下，机组的上导、下导轴承的摆度、上机架、下机架径向振动的频谱以1 倍频为主，其分量占比达90%以上;(4) 在波德图上，机组的上导、下导轴承摆度，上机架、下机架径向振动的幅值随转速上升呈近似抛物线形上升。

2.1.2机组动平衡故障的现场处理现场通过加重的方式进行动不平衡故障的处理。

根据上导、下导摆度或上机架、下机架径向振动的相对大小，额定转速，转子长径比等，可决定加重的端面和大小。

大型机组可在轮毂沟中加重，小型机组一般可在转子轮毂上端面或下端面加重。

在动平衡中采用影响系数法可很好地兼顾水导摆度的大小，并可在一定程度上综合考虑电磁不平衡的影响。

所以，影响系数法实际上也是一种综合平衡法。

实践表明，采用影响系数法进行水轮发电机组动平衡故障的处理是完全可行的，该方法具有准确、快速、平衡精度高的特点。

2.1.3分析结论(1) 采用现代水轮发电机组振动测试与诊断技术进行动平衡故障诊断，具有直观、准确的特点，尤以波德图、频谱图具有较高的实用价值。

(2) 将影响系数法用于处理水轮发电机组动平衡故障，能够做到快速处理，且能兼顾不同的测点和工况，平衡精度高，因此可广泛用于水轮发电机组动平衡故障的处理。

2.2案例二八钢能源中心动调的煤气风机主要负责为各分厂提供燃烧煤气，用于锅炉燃烧、钢材切割及钢水冶炼等生产主线。

能源中心动调共有此类风机6台，此次选用的为2~3#风机。

电机型号YB450S2-2，功率355 kW，转速为2 980 r/min；偶合器为调速型液力偶合器，调速范围为1 700~2 920 r/min；风机转子D700-11,叶轮质量300 kg，最高转速2 920 r/min。

设备结构分布，见图1。

设备自投产以来，运行平稳，各项参数正常。

2013 年10月，风机轴承振动值逐渐上升，已达到机组报警值，由于该风机介质为煤气，须严格控制振动幅值，故针对风机进行周期监测，分析故障原因，准备实施检修。

图4煤气风机测点分布图表3煤气风机检修前各测点振动幅值2.2.1故障诊断分析由表3可知，电机和偶合器各测点振动幅值都在设备正常运行标准范围（4.5 mm/s）以内，主要以风机自由端（6号点）轴向和垂直振动幅值超标。

接着将通过分析风机的故障频率（图5和图6），来做出最终判断。

由风机自由端（6号点）垂直方向的频谱图和时域波形，其振动幅值的最大值出现在频率47.5 Hz，也就是风机的转动频率，且其它倍频不明显，同时在时域波形中，波形规整，类似于正弦波形。

初步诊断为风机叶轮不平衡或基础强度不够。

图5 风机自由端（6V）频谱图图6 风机自由端（6V）时域波形转子不平衡常见频谱图和时域波形都与图5、图6相似，但常以水平方向振动最明显。

此风机为悬臂风机，轴向方向较大可以理解，但查看表3发现其主要是垂直方向振动最大，轴向次之，而水平方向却在正常范围，这一特征给设备故障诊断带来了一些疑问。

通过测量其底座位移，发现数据与其轴承座位移量相近。

随后停机对风机底座进行加固，焊接加强筋，并对风机底座及外壳中分面螺栓进行坚固，后再次开机到工作转速，振动幅值下降了1.2 mm/s，效果不明显，故排除底座强度不够的原因。

通过总结该类风机的历史维护经验，最终判断风机振动报警是由其叶轮动不平衡故障引起。

停机对风机叶轮表面进行清理，同时安排技术人员准备进行叶轮动平衡校验。

2.2.2现场动平衡校验由于年末生产需求，不能安排充裕时间进行风机转子离线动平衡校验，只好考虑对风机进行现场动平衡校验。

在充分保证安全的前提下，用眼镜阀隔断风机进出口煤气，并按相关工艺要求对管道用空气进行吹扫置换，煤气浓度检测合格后方可作业。

对设备进行现场动平衡校验，当前动平衡理论已经相当成熟，现代动平衡仪普遍采用影响系数法，又称测相平衡法，其步骤为( 以单面平衡为例) : ①首先测转频的振幅和相位; ②加试重; ③测取加试重后的振幅和相位; ④计算出应加的重量和位置。