來源：我們電廠人微信公眾號（ID：turbine_technology）

基本概念

振幅

振幅表示振動或動態運動的幅度，它是表示設備振動嚴重程度或烈度的一個重要指標。振幅可用峰-峰值（雙振幅）Xp-p，單位是μm；均方根值（烈度）vrms，單位是mm/s。

峰-峰值和均方根值在我們衡量振動大小時都常用到，比如：某廠主機軸瓦振動為兩個測點，采用均方根值，單位mm/s，并有保護值11.8mm/s（汽輪機）、14.8mm/s（發電機）。在我們常用手持測振儀上，我們也可以選擇測量峰-峰值和均方根值。

頻率

振動頻率是指振動物體在單位時間 (1s) 內振動周期數，為周期的倒數。它反映振動發生的快慢，是分析振動原因的重要依據。

• 通頻振動：實際的振動中往往同時存在多個不同頻率成分的振動分量，即呈現由各種頻率的正弦波振動分量迭加在一起的波形，該波形正峰值與負峰值之間的最大偏差值就是通頻振動，它是振動測試頻段內總的振動。

• 基頻振動：一倍頻（基頻）振動幅值表示轉速頻率相同的正弦波正峰值與負峰值之間的偏差值。

相位

振動相位（角）是由鍵相信號與選頻振動信號構成的相對關系，它是轉子或軸承座某一瞬間的振動選頻信號與軸上某一固定標志的相位差。相位的度量單位為度 (°)，通常振動相位在0～360°范圍之間變化。

一倍頻（基頻）相位振動的相位在振動分析中十分重要，它不僅反映了不平衡質量的相對位置，在動平衡中必不可少，而且在故障診斷中也很重要。

輔機常見振動故障及處理

常見故障可以分為三大類：機械類、基礎類、電氣類。

第一類，機械類

這是我們研究的重點，具體可分為轉子質量不平衡、軸承故障、聯軸器故障、共振、連接剛度不足。

1. 轉子質量不平衡

振動主振頻率為基頻，基頻振動幅值、相位均較穩定，振動隨轉速升高而增大，轉速越高振動爬升的速度越快，振動有很好的再現性。

汽機側輔機單純的質量不平衡故障不多，鍋爐側引風機、排粉機（中間儲倉式制粉系統）等設備由于工作環境較惡劣，葉片經常發生磨損和葉輪積灰等，所以此類設備經常會出現質量不平衡。

處理方法：轉子動平衡試驗。

案例1：某廠#1A汽動給水泵#3、4軸承振動

2010年3月14日2:33時，冷油器出口油溫為25.2℃，泵的流量為706m3/h，轉速為4585r/min時#4軸承振動開始爬升，6:11時，冷油器出口油溫為36.9℃，泵的流量為655m3/h，轉速為4478r/min時#3、#4軸承振動同時出現瞬間跳變，運行人員開始降轉速，#3、#4軸承振動隨轉速降低先是瞬間減小，之后隨轉速降低緩慢減小。之后又進行了兩次沖車，但都因#3軸承振動超標而打閘停機。

處理過程：停機后檢修人員對聯軸器、#3軸承進行了檢查。檢查發現問題如下：

• 聯軸器有多條螺栓松動；

• #3軸承頂隙偏大、側隙偏小；

• #3軸承瓦枕與瓦沒有緊力。由于短時間無法對#3軸承頂隙、側隙、軸承緊力進行處理，檢修人員處理了聯軸器螺栓。

檢查處理后再次啟動，啟動過程#3、#4軸承振動隨轉速的升高緩慢爬升，振動的主振頻率為基頻，并且基頻振動的幅值、相位較穩定。鑒于以上振動特征，并結合現場檢修情況，認為造成#1A給水泵#3、#4軸承振動異常的原因如下：

• 對輪聯軸器存在缺陷；

• #3、#4軸承油膜振蕩產生的大振動使得泵的中心發生了變化。

由于現場暫時不具備停泵復查中心的條件，經研究決定現場采取了用動平衡來彌補中心偏差產生的不平衡，具體加重部位為聯軸器。加重方案為：聯軸器加重188g∠260度。加重后#3、4軸承振動不超過35μm。

后續：在小修時發現泵側聯軸器鍵有裂紋。

案例2：某廠#4A引風機振動

2011年9月12日，該引風機更換了葉輪，更換葉輪后啟動振動超標，水平方向振動大小為101μm，經過對轉子進行動平衡，振動降為33μm。但隨著運行時間的延長，振動出現爬升，2011年10月11日，振動爬升至88μm。

處理過程：測得振動主振頻率為基頻，基頻振動幅值、相位均較穩定。由此可見振動表現出的是不平衡特征，但考慮到該引風機剛進行過動平衡不到一個月的時間，葉片不會這么快磨損。所以沒有直接進行動平衡，先對風機內部的葉輪積灰情況、焊口、連接部件等進行檢查，只發現葉輪上均勻的積了一層較厚的灰，其它未見異常。

考慮到葉輪是均勻積灰，又由于當時是搶修工期較緊，就沒有對積灰進行處理，采取了對轉子進行動平衡。第一次加重730g∠ 70度，振動降為63μm，經計算應再加重430g ∠10度，第二次加重時在第二次加重的位置處有積灰脫落，由于無法計算脫落灰的質量，所以將全部積灰處理掉。但第二次加重后振動增大至95μm。經計算確定第三次加重方案為：920g∠240度。（第一次和第二次加重合成是：1038 g ∠45度。）所以引起該引風機振動異常的原因是葉輪積灰。

注意：引風機動平衡時一定先檢查葉輪積灰情況，如果有積灰一定先將積灰清理后再進行動平衡。

2. 軸承故障

振動隨著運行時間的延長而爬升。動不穩定，存在一定幅度波動，振動主振頻率為2X、3X等高頻。（在振幅和振速差值很大時為高頻振動，一般首先想到軸承故障和動靜摩擦。）

案例3：某廠一臺引風機振動

該引風機為離心式風機，變頻運行，轉速在540r/min之前振動未見異常，當轉速升高至541r/min時，#2、3、4軸承振動出現跳變，其中#4軸承振動最為突出，振動由8μm跳至88μm，并且此時現場噪音變的非常大，轉速降至498r/min時振動恢復至正常值，降轉速降至481r/min，在481r/min運行不到20分鐘，#4軸承振動出現大幅跳變，降低轉速后振動有所減小，但振動仍大幅波動。為了進一步確定振動與轉速的關系又將轉速升至540r/min，此時振動最大已超量程（傳感器最大值設為500μm），并且波動幅度更大。

處理過程：經過振動頻譜分析，發現振動頻譜凌亂，振動主振頻率15Hz，當時工作頻率為：8.98Hz（轉速539r/min），15Hz約為1.7倍頻。鑒于以上情況，分析認為造成該引風機振動異常的原因是：存在動靜碰摩和#4軸承存在故障。停機后檢查發現#4軸承滾珠體已經和軸頸黏合在一起，軸頸發生嚴重碰摩。

案例4：某廠一臺排粉機振動

該排粉機振動超標，2011年2月26日，準備對該排粉機進行動平衡時，發現振動呈現大幅波動，振幅在32~136μm之間波動，引起振動波動的主振頻率為基頻，基頻振動幅值在20~121μm 之間波動。

處理過程：鑒于以上情況，認為造成該排粉機振動異常的原因是：轉子上存在松動部件和軸承存在故障。但由于現場不具備檢查軸承和葉輪鎖母的條件，多次嘗試靠動平衡解決，但都沒有達到預期的目的。2011年10月小修時，對軸承進行檢查，發現軸承內環有裂紋。更換軸承后啟動，振動還是超標，但這次振動主振頻率為基頻，并且基頻振動幅值、相位均較穩定，這說明轉子存在不平衡質量。通過在葉輪上加重，振動超標得以解決，振動由115μm將為26μm。

3. 聯軸器故障

振動主要發生在聯軸器兩側的軸承。如果電機轉子質量和機械部分轉子質量相當，聯軸器兩側軸承振動均會存在異常，如果電機轉子質量遠小于機械部分轉子質量，只有電機側靠近聯軸器軸承振動會出現異常，振動主振頻率為基頻，并伴隨2x成分。

案例5：某廠一次風機振動

該一次風機為離心式風機，風機額定轉速為1488r/min，電機轉子與風機轉子之間的聯軸器為蛇形彈簧聯軸器，由于聯軸器罩殼磨損嚴重，委托某加工單位仿制。檢修后啟動，電機后軸承和風機前軸承垂直、水平、軸向三個方向振動均出現異常，垂直方向振動分別為102μm、104μm。由于振動超標，檢修人員重新復測了中心，未見異常。

處理過程：經檢測這兩個軸承三個方向振動主振頻率均為基頻，并有一定量2x，未見明顯的軸承故障頻率，這表明各軸承不存在故障且安裝、潤滑良好；也沒有發現明顯的葉片通過頻率，另外，通過現場試驗發現，風機振動與擋板開度沒有關系，這表明風機通流部分正常。

通過以上分析排除了風機轉子不平衡、軸承損壞、安裝潤滑不良及風機通流部分損壞等故障。但風機驅動端軸承振動大于非驅動軸承振動，風機驅動端軸承振動與電機驅動端軸承振動大小接近，相位相反，各軸承水平、垂直、軸向振動均較大，且頻譜中2倍頻成分比較明顯，這些現象表明，風機可能存在風機轉子與電機轉子不對中的問題。由于中心復測過，沒有發現問題，另外，考慮到檢修時更換了聯軸器罩殼，所以決定拆下聯軸器罩殼，通過測量發現，新更換的聯軸器罩殼內徑與更換下來的舊罩殼比較小2mm。

將新的罩殼內徑加大了2mm回裝，回裝后啟動，這兩個軸承的異常振動消失，三個方向振動最大不超過50μm。這說明造成振動異常的原因是新的罩殼內徑過小，運行中罩殼限制了轉子的相對運動，引起轉子不對中。

案例6：某廠排粉機振動

該排粉機為離心式風機，風機額定轉速為1500r/min。大修時將尼龍棒式鏈接的聯軸器更換為螺栓套膠圈鏈接的聯軸器。大修后啟動，電機靠近聯軸器側軸承振動出現異常。具體振動情況如下：振動隨轉速升高而增大，由振動趨勢圖測定，剛定速1500r/min時水平方向振動為76μm，振動較穩定，但是隨著再循環門開度增大，振動出現跳變，只要門的開度不變，振動就一直很穩定，門全開時振動最大到240μm，隨著門開度的減小，振動也減小。并且降速的振動明顯小于升速時的振動。

處理過程：引起振動變化的主振頻率為基頻，并有一定量的2x，振動每次跳變時基頻相位也跳變約20度，振動穩定時基頻振動相位也穩定；振動與門的開度有關，門的開度增大，會出現兩種情況：電機電流增大和轉子所承受的扭矩增大。另外，降速振動明顯小于升速的振動，這也說明有兩種情況：降速時轉子不受電磁力和降速時轉子不承受扭矩。

經過以上分析，認為造成振動異常的原因是：

• 轉子承受大扭矩時聯軸器發生錯位（可能性最大）；

• 電機轉子受到不均勻電磁力。

由于無法排除上述兩個原因，但考慮到檢修更換了聯軸器，所以決定更換聯軸器，使用原來尼龍棒鏈接的聯軸器。更換聯軸器后啟動，振動異常問題得以解決。

這說明造成振動異常的原因就是聯軸器發生了錯位。造成聯軸器錯位的原因是套在螺栓上的膠圈強度不夠，大扭矩時發生變形，由于膠圈有定彈性，扭矩小時就自動恢復。

2006年3月17日，某廠#1機負荷660MW，1A汽動給水泵主泵軸承振動大，DCS顯示9mm/s，就地測振動10mm/s。其振動特征和案例1、案例5相似。夜間降負荷后對主泵對輪和中心檢查,發現對輪齒個別損壞造成振動,隨后制作了對輪拆裝專用工具更換新對輪，振動消除。

4. 共振

共振可分為支撐系統共振、基礎共振、定子共振。

• 支撐系統、基礎共振：都是由其固有頻率與該設備工作轉速頻率避開不夠，一般要求支撐系統、基礎等設備的固有頻率要避開工作轉速頻率±15%的范圍。這兩種共振的振動特點是振動主振頻率為基頻。解決這類問題的方案是：對系統進行加固，提高其固有頻率；對轉子進行動平衡，降低激振力。

  
  

• 定子共振：近年來，為了經濟性，把一些設備進行了變頻改造，但是由于設備在出廠時只考慮了工頻運行，這要就會出現在變頻區某個轉速下發生共振。振動特征：振動發生在某個轉速下，在該轉速區振動存在明顯的共振峰值，振動主振頻率為基頻，在該區域基頻振動相位變化較大，避開這個轉速區振動就減小。解決這類問題的方案是：對定子支撐狀況進行改變，改變其固有頻率；對轉子進行動平衡，降低激振力。

案例7：某廠取水泵電機振動

該泵為立式泵，電動機是上海電機廠生產的異步電動機。電機上軸承振動先是隨轉速升高緩慢爬升，轉速升至740r/min時，振動達到最大值，之后振動開始減小。另外，在就地對電機定子進行測試，測得其固有頻率為：12Hz。

處理過程：振動隨轉速升高，呈現出先揚后抑的趨勢，在740r/min (13Hz) 附近出現共振峰值，該轉速頻率接近電機定子固有頻率12Hz，并且振動主振頻率為基頻，這說明電機定子在740r/min轉速附近發生了共振。

由于現場對電機進行加固對振動沒有明顯改善，所以我們采取了對電機轉子進行動平衡，經計算確定在電機上端風扇加重86g∠166度，加重后振動得到一定程度改善，740r/min時東西方向振動由380μm降為115 μm。

5. 連接剛度不足

振動主要表現為在兩個連接部件之間存在差別振動，如地腳和臺板之間，臺板和基礎之間。對于一般的軸承座來說，測點上下標高在100mm以內的兩個連接部件，在連接被緊固的情況下，其差別振動應小于2μm。

造成連接剛度不足的原因：

• 連接螺栓松動：由于檢修或安裝時疏忽，軸承蓋、軸承座、基礎臺板等連接螺栓部分沒有擰緊或預緊力不夠。

• 軸承座與臺板接觸不良：由于軸承座或臺板的變形以及修刮不良，軸承座與臺板之間墊片過多或太厚、不平整等原因，這樣即使在各個連接螺栓都擰緊的情況下，仍不能達到要求的連接剛度，在動態下仍存在顯著的差別振動。

• 基礎臺板與基礎接觸不良：二次灌漿質量不高，基礎臺板墊鐵走動。基礎臺板墊鐵過高——墊鐵高度應小于80mm。軸承座漏油、振動大，基礎臺板墊鐵氧化。

第二類，基礎類

在線性系統中，設備呈現出的振動與激振力成正比，與它的動剛度成反比，所以基礎剛度差，也會造成振動異常。

基礎剛度差振動特征：基礎振動與軸承座地腳振動相當，有時比軸承座地腳振動還要大，其它振動特征與質量不平衡相似。

解決基礎剛度差的措施：對基礎進行加固，對轉子進行動平衡，降低轉子的激振力。

案例8：某廠引風機振動

該引風機為離心式風機，風機額定轉速為1000r/min，風機有兩個軸承支撐，首次啟動時，聯軸器側軸承振動超標，振動大小為106μm，此時，測得軸承座地腳和水泥基礎振動相當，大小為88μm。

處理過程：經檢測振動隨轉速升高而增大，基礎振動大，振動主振頻率為基頻，基頻振動幅值、相位均較穩定，這說明振動異常是由基礎剛度差引起，進而影響到軸承振動超標。由于現場不具備加固水泥基礎的條件，所以選擇了對風機轉子進行動平衡，經計算確定加重方案為：1585g∠185度，加重后軸承振動得到明顯改善，降為36μm，水泥基礎振動不到10μm。

雖然引風機振動超標的問題得以解決，但基礎剛度差的問題沒有解決。由于引風機工作環境惡化，運行一段時間后葉片會發生磨損，進而導致風機轉子產生不平衡，如果基礎剛度差，就會出現即使較小的不平衡質量，也會產生較大的振動，所以現場具備條件時應該對基礎進行加固。

案例9：某廠排粉機電機振動

該排粉機為離心風機，與相鄰排粉機共用一個基礎，額定轉速為1500r/min，單轉電機時電機兩側軸承振動不到10μm，連對輪后電機側兩個軸承振動大小均約為120μm。經檢測，振動有跳變，瞬間跳變至140μm，當相鄰排粉機電機不連對輪運行時，該電機軸承振動最大到160μm，并且振動開始波動，相鄰電機停止后，該電機軸承振動恢復到140μm，此時振動較穩定，當相鄰電機連對輪后運行時，該電機軸承振動最大到180μm，并且存在大幅波動。電機軸承振動波動時，排粉機側軸承振動也有小幅振動。另外，測得基礎振動約為40μm。該排粉機靜止，相鄰排粉機運行時測得該電機振動約為60μm。

原因分析：振動主振頻率為基頻，引起振動跳變的也是基頻，振動變化波動也是由基頻引起，基頻振動幅值波動的同時，基頻相位也有變化。并且振動波動是由啟動相鄰設備引起，波動量電機測軸承明顯大于排粉機側軸承，兩臺電機只有基礎相連，所以造成該排粉機電機軸承振動異常的原因應該是基礎存在缺陷。

第三類，電氣類

電氣故障會引起轉機的振動。振動隨運行時間的延長而爬升，并且振動波動較大，引起振動變化的主振頻率為2x，電機失磁后振動立即消失（這種振動一經停電振動立即消失，而機械振動隨轉速下降逐漸消失）。

電氣故障振動可分三個方面：

• 電源方面：三相電壓不平衡，三相電動機缺相運行。

• 定子方面：定子鐵心變橢圓、偏心、松動；定子繞組發生斷線、接地擊穿、匝間短路、接線錯誤，定子三相電流不平衡。

• 轉子故障：轉子鐵心變橢圓、偏心、松動。轉子籠條與端環開焊，轉子籠條斷裂，繞線錯誤，電刷接觸不良。

振動標準

在新的振動標準中，把振動效果分成4個區：

• A區，新建機組或新機器應該滿足的振動狀態。

• B區，機器能夠長時間運行的振動狀態。

• C區，應該進行檢修維護的振動狀態。

• D區，會對機器運轉造成傷害，應該馬上進行檢修的振動狀態。

《電力工業技術管理法規》

《電氣裝置安裝工程旋轉電機施工及驗收規范》

《在非旋轉部件上測量和評價機器的機械振動》

第2部分：50MW以上，額定轉速1500r/min、1800r/min、3000r/min、3600r/min陸地安裝的汽輪機和發電機軸承座振動速度評價區域邊界的推薦值

第3部分：額定功率大于15kW額度轉速120r/min至15000r/min之間的在現場測量的工業機器：

第一類機器，額定功率大于300kW并且小于50MW的大型機組；或轉軸高度H≥315mm的電機。

第二類機器，額定功率大于15kW，小于等于300kW的中型機器；或轉軸高度160mm≤H＜315mm的電機。

第三類機器，額定功率大于15kW，多葉片葉輪，并與原動機分開連接的泵（離心、混流、軸流）

第四類機器，額定功率大于15kW，多葉片葉輪，與原動機成一體（共軸）的泵（離心、混流、軸流）