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GB／T 19873.3-2019 机器状态监测与诊断 振动状态监测 第3部分：振动诊断指南

表A.2总结了诊断问题

.3当建议采取措施时需考虑的因素

本条款是关于当诊断确定故障需要处理时在建议措施之前评估风险。建议措施依赖于故障诊断中 的置信度（例如，该机器之前有过同样的正确诊断吗）、故障类型和严酷度以及安全和商业的考虑。对所 有情况提出建议措施不是也不可能是本部分的目标。然而，当建议采取措施时有几个问题宜考虑，指出 其中一些如下： a） 仪器故障 该机器正在使用的仪器能维修和替换吗？ 可替换的仪器能安装吗？ 根据保存的有用的信号机器状态能被充分的确定吗？ 维修或替换仪器能等到计划停机吗？机器的任务和任何可知的风险需要立即干预吗？ b） 不严重的或未诊断出的机器故障 当进一步调查正在进行时，能采用提高型的状态监测方案以确定状态的任何进一步恶化吗？ 较严重的或已诊断出的机器故障 机器的安全职责是什么？

19873.3—2019/ISO133

机器的商业职责是什么？ 运行中机器故障的安全、商业或环境后果是什么？ 有机器穴余吗？ 如果故障发生有备用的机器可用吗？ 能够安排实施运行变化（例如负荷、速度、温度等变化)以减小故障的影响吗？ 下一次计划停机维修或替换是什么时候？ 有以前同样机器类型同样故障的经验吗？ 能采用提高型的状态监测方案以确定状态的任何进一步恶化吗？ 在可接受的机器运行故障风险下机器能运行到下一次计划停机吗？ 为避免故障状态的恶化JC／T 2465-2018 水泥窑用湿法耐火喷射料，机器能在可控的方式下停止运行吗？

B.1安装故障的振动诊断流程图

本附录描述安装故障的诊断过程。这些故障对于所有机器来说都是很常见的。图B.1的流程图是 诊断过程的一个指南，但并不是全面的

图B.1安装故障的诊断流程图

推荐的方法在图B.1中图解阐述。包含视觉检查和谱分析2的安装问题的诊断方法建议作为已安 装机器测试的主要内容。此外，共振测试3、时域波形分析、轨迹分析、相位分析和工作变形 OperationalDeflectionShape，ODS）分析当必要时也可以采用

义对安装的机器进行任何测试前.完成机器和现场

振动量值宜进行测量并和相应的国家标准对照。如果振动量值在充许限度内那么这不是一个安 装故障。

整个运行范围的阶次分析和谱分析是 断的核心。然而这也取决于机器。谱数据通常是 速度数据，但是也可以是加速度数据（对于高速度机器）和位移数据（对于压缩机和低速机器）。 根据情况这些谱数据宜从驱动和被驱动机器所有轴承上水平、垂直和轴向全部三个方向测量。宜 获取完整的机器知识用于识别特征频率。谱分析的目的是识别出导致机器振动的频率。如果所有的振 动振幅都在允许的范围内，那么机器可以作为正常接受然而，如果任何频率成分具有高的振幅，那么 谱分析则用来将高振幅振动频率和机器的某个频率关联起来

高振幅振动的谱分析结果将是以下三种情况之一

有许多和机器相关的问题可以导致高的1x振动。在这些故障中包括转子的机械不平衡和

不平衡，管道压力和滑座水平。在这种情况下，需要在机器上进行特殊的振动测量来描述该 1x振动的本质，且区分不同的1x故障。这些测量包括：时域波形测量，相位测量和工作变形 (ODS）测量。 b 在除运行频率（1x）外的和已知原因有关的其他频率 实例是包括只有1x或者同时存在1x和2x（见图B.2)，甚至3x的不对中。另一个例子是谱中 运行速度谐波逐减的振幅（见图B.3）。这个谱的形状经常和轴承及安装滑座的松动相关联。 c） 在不能和机器通常可知的缺陷联系起来的频率 在这种情况下，需要进行额外的测试以判断这些频率的来源。这些测试包括共振测试（包括冲 击试验和瞬态测试）、模态测试和流量特征测试，见图B.4的a)～d)。共振测试的目的是使观 测到的频率和机器的固有频率（静止部件）或者共振速度（旋转部件）相关联。模态测试是共振 测试更高级的形式，在这里机器的所有模态特征都被确定，包括固有频率、阻尼比和模态振型， 模态测试很少在现场使用，因为它是一种精细的测试方法，通常时间和费用成本都很高。然 而，当有正当理由需要时，它可成为获得机器特征和清楚地识别谱中观测到频率的强有力工 具，并且提出一个问题的解决方案。关于流量特征测试，它一直是个保证旋转机器总是在最高 效率点或者接近最高效率点运行的好办法，否则会出现更高的振动振幅。比如，出现泵的回流 和气穴效应以及压缩机失速的这种情况

图B.3电机轴承的松动2

最为困难的情况出现在谱分析发现了高的1x振动。有很多和安装问题相关的故障可能会导致 1x振动。在这些故障中包括不平衡、不对中、外壳变形、基础倾斜、滑座水平、管道应力和过大的轴 原。在这种情况下，需要在机器上进行特殊的振动测量，来描述该1x振动的本质，且区分不同的 章。这些测量包括：时域波形测量，相位测量和工作变形（ODS）测量

B.2.5时域波形分机

图B.4立式泵的共振测试

时域波形测量可用于区分不对中（见图B.5）、管道压力（见图B.6）和过大轴承间隙（见图B.7）。 对于管道压力，很明显作用在机器上的力是定向的，通常在水平方向上，并且这个方向力作用在整个机 器上。不适当的轴承间隙也会导致定向力。然而，这种不适当间隙在轴承上是局部的，对特殊几何轴承 尤其如此，如椭圆或多油叶轴承，

图B.5不对中时域波

图B.7不当的轴承间隙

相位分析用于诊断常见的安装异常，如不平衡、不对中、轴弯曲和壳体变形。下面是用相位信息进 行诊断的例子。 a）如果联轴器两侧有180°径向相位改变，则问题通常是不对中。如果跨联轴器没有发生径向相 位改变，则问题通常是不平衡。然而，在少数情况下，如果振型的一个节点在联轴器上，则径向 相位信息的阐述必须重新评估。需指出的是，跨联轴器有轴向180°相位改变是不对中故障的 良好表征。 b）壳体变形可以通过机器在水平、垂直或轴向上存在180°相位改变（边对边或端到端）进行 识别。 c）当转子有一个共振速度且通过这个转速时，理论上将会发生180°相位改变（见图B.3）。实际 上，由于存在阻尼和其他共振速度，相位改变会小于180° X 轴承翘起可以通过测量轴承座周围的相位，并注意由于翘起轴承的摆动而引起的相移。在许多情 兄下，时间波形相位的组合分析在振动形式可视化和识别问题中是非常有用的。 3.2.7ODS分析 如果在时域波形和相位分析后1x振动问题仍未解决，则宜测量汇作变形（ODS)。ODS用于识别 基础倾斜（见图B.8)，滑座水平（见图B.9)，滑座松动和轴平行的间题。在ODS测量中，有相位参考的 x振动是在机械结构或滑座上的网格点测量的。这显示了机器在工作载荷和运行速度下的实际变形。 要注意ODS不是机器或结构的模态振型，除非机器处于共振状态，但可以将其看作所有模态振型贡献 勺总和。ODS分析在识别安装问题方面非常有用，因为它提供了机器、滑座的一个可视化的实际振动 彩式特别具加里一个机盟滑座

如果在时域波形和相位分析后1x振动问题仍未解决，则宜测量作变形（ODS)。ODS 基础倾斜（见图B.8)，滑座水平（见图B.9)，滑座松动和轴平行的间题。在ODS测量中，有相 1x振动是在机械结构或滑座上的网格点测量的。这显示了机器在工作载荷和运行速度下的 要注意ODS不是机器或结构的模态振型，除非机器处于共振状态，但可以将其看作所有模态 的总和。ODS分析在识别安装问题方面非常有用，因为它提供了机器、滑座的一个可视化的 形式。特别是，如果一个机器滑座在其ODS展现出大个节点，那么这是基础倾斜或滑座水平 个明确指示。为确认ODS分析的结果将需要对滑座或基础水平的精确测量，

表B1安装故障的故障表

附录C （资料性附录） 径向流体动压流体膜轴承的诊断

轴承是旋转部件支承系统的一部分。流体动压流体膜轴承通过流体层（通常是油）支承轴颈，流体 是通过拖更流体通过一个模形或多个楔形的动态行为而产生的。图C.1显示了这种油楔， 轴承仅包含了机器的一部分，但它们是提供有效刚度和阻尼要素的重要部件。在某些情况下，由于 油承失稳会出现问题 流体动压轴承为刚性和挠性转子以及高于或低于固有频率的转子提供支承。辅承支承的柔性（支 承流体动压轴承的底座或底座基础的柔性）可以由于机器设计或随时间而发生很大改变。

图C1流体动压轴承中的油

2正交轴相对探头测量

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图C.3轴承内的特征振动和位置偏移

图C.4描绘了随着速度的增加轴心位置的变化。这通常受轴承负载的影响。在轴心靠近间隙圆的 立置运行（如低速，高偏心率或高轴承负载）可能会导致碰摩，而在轴心靠近轴承中心运行（即高速，低偏 心率或低轴承负载）可能导致运行不稳定。 负载可因机器内部的力而变化、例如齿轮负载和来自工艺流体的压力。对中的变化也会影响轴承 的负载。像振动一样，能识别位置的轴相对探头的使用，提供了一个方法查明由轴承负载导致的问题还 是轴承负载变化方面的问题。 对于立式机器，由手轴承上没有重力负载，轴中心线位置不是唯一确定的，且机器需要特别注意，例 如轴承的预加载

其他重要的测量是轴承温度和轴承箱体振动。温度检测器通常植入轴承中。用这些类型的检测器 可以看到负载变化。原则上温度检测器安装在期望的最高温度点附近；可倾瓦轴承可在多个承载瓦块 中使用温度检测器。更宽的轴承可以在轴承中线的任人侧进行温度测量。这些温度探测器的位置，可 适当地进行穴余配置。 根据机器和轴承支承系统的类型，可能需要箱体振动测量来帮助查明问题。与轴相对的传感器 样，这些可以是永久性使用仪器的一部分也可以是仅仅为测试需要添加的。虽然有经验法则建议何时 使用这些，但确定需要的最佳方法是对振动进行采样。对一项测试，即使它几乎不导致箱体运动，获得 这些测量也是有必要的。何时使用箱体振动测量的论述，见ISO/TR19201。

图C.5描绘了不同轴承典型的预期振动和位置图。普通滑动轴承和椭圆轴承是固定的圆弧轴承。 可倾瓦轴承带有多个滑动或滚动支点的瓦块。 注：类似的是有柔性元件控制瓦块倾斜的柔性支点轴承。 图C.5描绘了典型的振动，但实际振动可能与这些图不同。圆轴承具有较低的水平刚度，相比普 通滑动轴承水平振动更大；然而，支承刚度却与此相反。 可倾瓦轴承认为是一种瓦块承载轴承。图C.5b）描绘了轴心位置沿直线垂直上升的改变。这可 能是因为重力存在，在轴承上没有完全的垂直力引起的。或者如研究表明，滑动支点（球窝型支点）可以 产生这种效果。 值得注意的是，一个瓦块承载的可倾瓦轴承的载荷通常在水平和垂直刚度之间存在较大的不对称 性。瓦间承载的可倾瓦轴承由于轴承的水平和垂直刚度的相似性较大，会有更圆的轨迹；支承刚度不 对称可以大大地改变这一点

图C5典型的振动和位置特征图

轴承的稳定支承反映油膜传递的力。由此产生的振动一般使用在箱体安装的传感器测量。无推力 轴承的径向轴承支承可在三个正交方向上振动，像这种情况可以进行初步测量或作为测试计划的一部 分在三个方向上确定。 扭转振动可以耦合到横向振动，特别是在齿轮上。当分机有齿轮部件的机组时，扭转固有频率和激 励的知识可以提供帮助。 根据机器的不同，其他故障状态也可能存在。表给出了可能的故障状态列表。

C.4流体膜轴承的诊断过程

图C.6描绘了使用流体膜轴承 障的故障表

表C,1包含了认为是高1x振动的故障

图C.6流体膜轴承诊断流程图

表 C.1流体膜轴承故障表

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最常见的正进动次谐波振动问题是油膜涡动或油膜振荡。油膜涡动是在流体膜轴承上频率小于 0.5x的自激振动。这可能是良性振动。在启动过程中随着机器速度的增加，油膜涡动成分可能会出现 并持续。当机器达到其第一阶共振速度时油膜涡动通常消失。在共振速度后，油膜涡动成分可能重新 出现。当油膜涡动频率达到第一阶共振速度的频率值时GBT 19668.3-2017 信息技术服务 监理 第3部分：运行维护监理规范，发生油膜振荡。图C.7描绘了一个典型的油 膜振荡谱[5。这是导致极限环条件的不稳定性，将会导致剧烈振动。如果机器速度进一步增加，油膜振 荡频率将保持在第一阶共振速度频率。 正进动次谐波振动的其他可能原因包括在空心轴或联轴器中滞留的液体，其振动频率在0.6x到 0.95x之间，如果一个次谐波频率与固有频率一致，则会发生次谐波共振。 另外还可能发生反进动次谐波振动，这通常与轨迹中的外环有关：在这种情况下，宜考虑碰摩

滚动轴承是旋转机械最常见的支承部件之一。滚动轴承由内圈， 的滚动 体组成。 轴承故障可以通过振动分析检测，然后通过谱分析进行诊断，识别轴承故障频率 它们是： a 滚珠通过外圈频率（BPFO)，当所有滚动体通过外圈上的一个缺陷时出现必 b 滚珠通过内圈频率（BPFI)，当所有滚动体通过内圈上的一个缺陷时出现 c） 滚珠自旋频率（BSF），是每个滚动体旋转时的自旋频率； d）保持架损坏频率（FTF)，是保持架的频率。 这些频率可计算如下：

该方法包括使用10Hz～10kHz频段加速度测量检测轴承故障（见流程图D.1和烈度图D.2） 程是指导关于轴承状况的判定。故障表D.1中提及了4kHz和8kHz为中心频率的倍频带的测 外，需要高达40kHz甚至更高频率测量的其他技术用于获得表D.1中提到的振幅解调谱。

图D.1显示滚动轴承的诊断流程图。最大峰值加速度检测与冲击相关的缺陷，而均方根值加速 侧与摩擦相关的缺陷。

注：彩色区域在图D.2烈度图中定义

在图D.2烈度图中，当加速度最大峰值和均方根（r.m.s.)过高时，滚动元件轴承处于恶化状态（红 色区域），当最大峰值加速度和均方根加速度较低（绿色区）时滚动元件处于良好状态。当在黄色区域 时，滚动轴承的状况是难以预测的。蓝色区域表示可能是测量误差，因此建议重复测量。 在齿轮箱驱动的机器或其他通常存在强背景噪声的机器中，不建议使用该烈度图

SL 230-2015 混凝土坝养护修理规程(附条文说明)图D.2滚动轴承烈度图