? 你好，我是佟掌柜，歡迎你來到掌柜讀書，《旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷實(shí)用技術(shù)》。今天是第 15 期，我們說一說松動(dòng)，更準(zhǔn)確地說，是轉(zhuǎn)子支撐部件松動(dòng)。因?yàn)樵趯?shí)際的工業(yè)實(shí)踐中，松動(dòng)有很多種，地腳螺栓松動(dòng)是松動(dòng)，轉(zhuǎn)子葉輪和軸之間的配合松動(dòng)是松動(dòng)（就是咱們上周講的轉(zhuǎn)子熱套配合過盈不足），轉(zhuǎn)子支承部件的松動(dòng)也叫松動(dòng)——我們今天主要講這部分內(nèi)容。

轉(zhuǎn)子支撐部件連接松動(dòng)的底層原因，是因?yàn)橄到y(tǒng)結(jié)合面存在間隙或者連接的剛度不足，所以造成了機(jī)械阻尼偏低、機(jī)組運(yùn)行過程中振動(dòng)過大。在旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)那一章我們學(xué)過，振動(dòng)的大小跟剛度、阻尼都有直接的關(guān)系。而且松動(dòng)類故障跟摩擦類故障有個(gè)相像的地方，松動(dòng)不僅本身是一種故障，會(huì)影響機(jī)組的正常運(yùn)行，而且還會(huì)加劇別的故障。比如極小的不平衡或者不對(duì)中，本身對(duì)機(jī)組沒有很大的影響，但是由于松動(dòng)的存在，會(huì)導(dǎo)致支撐系統(tǒng)產(chǎn)生很大的振動(dòng)。

1.故障機(jī)理

前面我們說過了，機(jī)組的振動(dòng)大小是由激振力和機(jī)械阻尼共同決定的。轉(zhuǎn)子支承部件一旦松動(dòng)，就會(huì)導(dǎo)致連接剛度下降、機(jī)械阻尼降低，這是松動(dòng)導(dǎo)致振動(dòng)異常的根本原因。當(dāng)軸承套跟殼體之間的配合有比較大的間隙的時(shí)候，軸承套受轉(zhuǎn)子的離心力的作用，就會(huì)沿著圓周方向發(fā)生周期性的變形，這樣就會(huì)影響油膜的穩(wěn)定性。如果軸承座螺栓緊固不牢，造成結(jié)合面上有間隙，還會(huì)使整個(gè)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)都發(fā)生不連續(xù)的位移。

假設(shè)一個(gè)典型的轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)，它的右端軸承松動(dòng)，如圖 8 - 2 所示。

那么，它的振動(dòng)特征跟三個(gè)參數(shù)有關(guān)：轉(zhuǎn)速比 λ 、轉(zhuǎn)子偏心率 α 、間隙比 β 。轉(zhuǎn)子支承部件松動(dòng)有三種情況：

（1）當(dāng) λ = 0.75 的時(shí)候，振動(dòng)特征的計(jì)算結(jié)果如圖 8 - 4 所示。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)是否會(huì)進(jìn)入非線性狀態(tài)，跟轉(zhuǎn)子的偏心率 α 和轉(zhuǎn)速比 λ 都有關(guān)系。當(dāng)這兩個(gè)參數(shù)都很小的時(shí)候，轉(zhuǎn)子的振動(dòng)響應(yīng)小于靜變形。這種情況下，松動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)子的運(yùn)行影響很小。

（2）當(dāng) λ =0.792 的時(shí)候，假設(shè) α = 0.7 ，β = 0.5 ，那么，轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)是非線性系統(tǒng)，振動(dòng)的頻譜特征就會(huì)像圖 8 - 5 所顯示的這樣，振動(dòng)響應(yīng)除了基頻之外，還有 2 倍頻、 3 倍頻等高次諧波。

（3）當(dāng) λ = 0.75 ~ 2 的時(shí)候，如果 α = 0.7 ，β = 0.5 ，那么，轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)是非線性系統(tǒng)，基頻的振幅會(huì)隨著轉(zhuǎn)速比 λ 而變化。當(dāng) λ < 1 的時(shí)候，松動(dòng)的振動(dòng)比較大，穩(wěn)定性比較差；當(dāng) λ > 1 的時(shí)候，松動(dòng)的振幅反而比較小。

但是，這種情況下，有一件事兒要特別引起注意。那就是，在一定條件下，會(huì)發(fā)生 ?、? 等偶分?jǐn)?shù)次諧波共振的現(xiàn)象。共振現(xiàn)象是否出現(xiàn)，跟轉(zhuǎn)子的偏心率 α 和轉(zhuǎn)速比 λ 有關(guān)。

2. 故障特征

通過前面的故障機(jī)理的分析，我們能夠感受到，轉(zhuǎn)子支承部件松動(dòng)這類故障的振動(dòng)，主要是跟三個(gè)參數(shù)有關(guān)：轉(zhuǎn)速比 λ 、轉(zhuǎn)子偏心率 α 、間隙比 β 。這三個(gè)參數(shù)將一直影響后面的故障特征、診斷依據(jù)和敏感參數(shù)。

轉(zhuǎn)子支承部件松動(dòng)的故障特征：

（1）時(shí)域波形存在基頻、分?jǐn)?shù)諧波和高次諧波的疊加；

（2）頻率成分中同樣存在基頻、分頻和倍頻；

（3）軸心軌跡紊亂；

（4）存在殼體劇烈振動(dòng)現(xiàn)象。

3. 診斷依據(jù)

轉(zhuǎn)子支承部件松動(dòng)的故障征兆主要有：時(shí)域波形和頻率成分中都有基頻、分?jǐn)?shù)諧波和高次諧波（因?yàn)檗D(zhuǎn)子系統(tǒng)除了在轉(zhuǎn)速比 λ 和轉(zhuǎn)子偏心率 α 都很小的情況之外，基本都處于非線性的區(qū)域內(nèi)）；振動(dòng)不穩(wěn)定，所以軸心軌跡是紊亂的，相位也不穩(wěn)定；當(dāng)工作轉(zhuǎn)速到達(dá)某一個(gè)閾值的時(shí)候，振幅會(huì)突然增大或者減?。ㄟ@個(gè)前面講過，跟轉(zhuǎn)速比 λ 有關(guān)）。

在敏感參數(shù)方面，轉(zhuǎn)子支承部件松動(dòng)這類故障對(duì)于轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的變化很敏感（會(huì)影響轉(zhuǎn)速比 λ 和系統(tǒng)剛度），會(huì)隨著流量的變化有變化，但是對(duì)潤滑油溫、介質(zhì)溫度和壓力變化不敏感。比較典型的特征，是振動(dòng)具有非線性的特征，振動(dòng)對(duì)偏心率和轉(zhuǎn)速非常敏感。

4. 故障原因與治理措施

我們學(xué)習(xí)完了振動(dòng)機(jī)理、故障特征、故障征兆和敏感參數(shù)，現(xiàn)在來挖一挖產(chǎn)生轉(zhuǎn)子支承部件松動(dòng)故障的原因，還是那個(gè)模型：設(shè)計(jì) - 制造 - 安裝檢修 - 操作運(yùn)行 - 狀態(tài)劣化。

設(shè)計(jì)方面的原因，可能是設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)不合理，沒有防松的措施，或者是緊固體的強(qiáng)度不夠，運(yùn)行的過程中發(fā)生了斷裂；制造方面，有可能是配合尺寸加工誤差大，導(dǎo)致瓦背沒有緊力，或者緊固螺栓質(zhì)量差，容易松動(dòng)和斷裂；安裝檢修方面，可能是支撐系統(tǒng)的配合間隙過大，或者緊固螺栓緊力不足，沒有上緊，沒有按照技術(shù)要求實(shí)施防松措施；操作運(yùn)行方面超負(fù)荷運(yùn)行了；狀態(tài)劣化方面，支撐系統(tǒng)配合緊力消失，機(jī)殼或者基礎(chǔ)變形，螺栓松動(dòng)。

5. 故障案例

5.1 汽輪發(fā)電機(jī)組地腳螺栓松動(dòng)案例

這套汽輪發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)如圖 8 - 9 所示，由汽輪機(jī)、減速機(jī)、發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁機(jī)組成。

這套機(jī)組在汽輪機(jī)檢修之后進(jìn)行了振動(dòng)測量，發(fā)現(xiàn)前后軸承的振動(dòng)值里面，水平方向的振動(dòng)值明顯比別的方向大。如表 8 - 4 所示。

振動(dòng)信號(hào)頻譜分析，發(fā)現(xiàn)頻率成分中的主要頻率成分都是奇數(shù)倍轉(zhuǎn)頻，尤其是 3 倍頻最突出。

另外，時(shí)域波形的振幅變化很不規(guī)則，含有高次諧波成分。

結(jié)合以上分析，判斷汽輪機(jī)的前后軸承存在松動(dòng)。把機(jī)組停下來檢查，發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)后軸承的一側(cè)，有兩顆地腳螺栓沒有上緊。原因在于，預(yù)留熱膨脹間隙過大。后來按要求旋緊螺母，振幅就從85 μm 下降到了 27 μm ，其他各點(diǎn)的振動(dòng)值也都有所下降，實(shí)現(xiàn)了平穩(wěn)運(yùn)行。

5.2 風(fēng)機(jī)地腳螺栓松動(dòng)案例

這臺(tái)風(fēng)機(jī)是由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的，在試運(yùn)行的時(shí)候發(fā)現(xiàn)振動(dòng)超標(biāo)了。

用測振儀對(duì)機(jī)組的各軸承和固定軸承箱、電機(jī)的各地腳的垂直方向進(jìn)行了測試，發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)側(cè)軸承和地腳振動(dòng)比較大。

又用頻譜分析儀對(duì)軸承箱振動(dòng)量最大的 B 點(diǎn)處的水平方向采集了振動(dòng)信號(hào)，頻率成分中以工頻占主導(dǎo)，但是也有分?jǐn)?shù)諧波和倍頻成分。在同樣轉(zhuǎn)速下測量相位信號(hào)，發(fā)現(xiàn)相位有很大波動(dòng)。

通過以上的征兆參數(shù)，判斷引起機(jī)組振動(dòng)的主要原因是：地腳螺栓松動(dòng)，機(jī)組軸系不平衡。建議緊固 2、3、4 號(hào)地腳螺栓，并且對(duì)機(jī)組進(jìn)行現(xiàn)場整機(jī)全速動(dòng)平衡。

現(xiàn)場工作人員緊固了 2、3、4 號(hào)地腳螺栓，重新啟機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，在工作轉(zhuǎn)速下，對(duì)各軸承和地腳螺栓的垂直方向進(jìn)行振動(dòng)測量，并且用頻譜分析儀對(duì)軸承箱振動(dòng)最大的 B 點(diǎn)水平方向重新采集了振動(dòng)信號(hào)。振動(dòng)頻率中仍然是工頻占主導(dǎo)，但是已經(jīng)降到了 157 μm 。這個(gè)時(shí)候 3 號(hào)地腳螺栓的垂直方向振動(dòng)值還是比較大，但是由于現(xiàn)場的限制，想再緊固比較困難。所以，對(duì)機(jī)組進(jìn)行了現(xiàn)場整機(jī)全速動(dòng)平衡，在葉輪上加了 220 g 的配重之后，工頻降到了 9 μm ，軸承振動(dòng)最大的 B 點(diǎn)水平方向降到 21 μm ，垂直方向 8 μm 。機(jī)組振動(dòng)問題得到了解決，可以正常開車了。

? 好了，今天我們一起學(xué)習(xí)了轉(zhuǎn)子支承部件松動(dòng)這類故障的振動(dòng)機(jī)理、故障特征、故障征兆、敏感參數(shù)、故障原因和治理措施，還一起分析了兩個(gè)案例。希望我的解讀能夠?qū)δ阌兴鶐椭?/span>

設(shè)備管理看工課，咱們下周再見。