振动分析诊断技术是设备故障诊断最重要最常用的方法。但在设备现场的实际工作中,常常遇到的最困难的也是最关键的问题是，在使用简易诊断仪器〈如振动计〉已经发现设备存在故障的情况下，如何根据各种振动分析仪〈频谱分析仪〉提供的振动波形和频谱，诊断出设备的故障类型、部位及严重程度，以便据此采取相应的措施。
一、故障原因
当转子质量中心偏离转动中心时出现不平衡。造成不平衡的原因通常是：装配不适当、转子上有附加物生成、转子质量磨损、转子破裂或丢失部件。
二、频谱和波形特征
（1）径向振动大
① 基频有稳定的高峰，其他倍频振幅较小。
② 基频幅值随转速增大而增大，这是不平衡的重要特征。
（2）轴向振动较小
三、仪器设置
（1）最高分析频率。低转速：200Hz。高转速：400Hz。
（2）波形、频谱、振动速度或加速度显示。
四、诊断
（1）频域：
① 确认频谱中以稳定的基频分量为主，其他倍频幅值很小。
② 轴向振动比径向振动小得多。
③ 必要时改变转速，确认基频幅值随转速增大而增大。
（2）时域：
① 波形以稳定的单一频率为主，轴每转一周出现一个峰值。
② 轴向振动比径向振动小得多。
五、说明
（1）造成径向振动基频幅值大的其他故障有：轴不对中、轴弯曲、机械松动及机械共振。应将它们与不平衡区分开，在检测不平衡之前予以纠正。
（2）若 1×RPM、2×RPM、3×RPM 等分量大，而且垂直方向的振动明显大于水平方向振动，可能是基础松动。
（3）若轴向振动较大，并且径向和轴向的 1×RPM、2×RPM、3×RPM 分量较大，可能是轴不对中。
（4）稍微改变转速，若基频幅值变化很大，可诊断为机械共振。
（5）对于电机，若基频幅值大的同时，其振动时域波形有缓慢调制现象，可能是机电
故障，如转子断条或裂纹。
（6）轴弯曲与不平衡有相似的频谱特征。区分的方法是：低速转动下检查转子各部位的径向跳动量，可判断是否有初始弯曲；在一定转速下改变机组负荷，若振动随负荷和时间而变化，则可能是局部摩擦、受热或冷却不均匀引起的热弯曲。
实例 1 离心压缩机不平衡
（1）故障情况
某化工厂离心压缩机高压缸的径向振动自 3 月以来呈不断增长趋势，有的测点振动峰峰值从 27μm 增长到 50μm，几乎翻了一番
低压缸转速为 6446r/min，高压缸转速为 13175r/min。
（2）诊断
利用监测和诊断系统对振动测试信号进行分析诊断，振动测点分布高压缸 5 月 2 日振动频谱。从频谱图可以看出，主要频率分量只有基频分量一个，其余倍频分量均很小，所占比例在 10%以下。轴心轨迹基本上呈圆形，很规则，波动很小，并且为正进动，即轴心轨迹旋向与转子旋转方向相同。
为了进一步了解情况，将 3 月份以来的转子振动数据作趋势分析，左右轴承大体类似。可以看出，2 倍频分量振幅基本上没有变化，振动通频峰-峰值增长的原因完全是由于基频振动分量的增长。由该机器以往的运行经验，引起振动增加的原因可能有：①探头失效，引起测试数据不准；②转子对中不良；③压缩机高压缸内部气流不稳；④油膜涡动；⑤不平衡量增加。
现在根据上面的分析确定振动上升的真正原因。探头失效不可能造成读数增加，因为高压缸四个径向振动探头的振幅都有所增加。而且基频分量明显增长的同时 2 倍频分量却保持不变。对中不良也可排除，因为对中不良的特征是 2 倍频分量增长，在振动中占较大比重，并且轴心轨迹狭长。但实际情况并非如此。压缩机内部工作气流不稳所激发的振动，一般在频谱上会出现一些与转子或其零部件固有频率有关的频率成分，而实际频谱上没有这样的频率成分，气流不稳这一条也可排除。又因为 0.5 倍频附近没有明显的频率分量，所以也不是
油膜涡动。从频谱上突出的基频分量，加之圆形轴心轨迹，可以有把握地认为，不平衡是振动增大的主要原因。另外，趋势图上基频变化曲线与通频振动峰-峰值变化曲线十分吻合，也表明振动增大的原因是不平衡的增大。高压缸转子转速高达 13000r/min 以上，对转子的微小不平衡量很敏感。根据以往的运行记录和检修记录，认为不平衡量增加的可能原因有二：一是转子叶片结垢或磨损不均匀，当继续运转时，结垢或磨损有可能趋于均匀，使振动逐渐平缓甚至降低。二是由于机器基础热变形造成转子挠度变形加大，热变形主要受气温影响。综合上述两种可能原因，可知振动的变化将比较缓慢，不会突然造成机器的损坏。诊断结论为：①振动增大主要原因是不平衡量的增加；②振动变化比较缓慢，不会引起突发事故，只要注意监测，在振幅峰-峰值到达报警值以前，不必停车检修；
③建议下次大修时，对转子进行现场动平衡调试，以降低振动幅值。
三是验证，根据诊断结论，机组继续运转了 18 个月，直至大修。振幅缓慢上升，但未发生什么故障，未影响生产正常进行，监测频谱中仍只有基频分量，可见振动原因仍是不平衡，未出现新的振源。
实例 2 压缩机不平衡
（1）故障情况
某石化化工厂 C501 机组压缩机大修后进行催化剂再生工作时，振动报警，测点 D位移高达 68μm，超过允许值 60μm；测点 C（与测点 D 互成 90°）位移在 50～60μm 之间波动，测点 A、B（彼此互成 90°）振动也较以往增大。
（2）诊断
①用示波器观察 C、D 及其他测点振动波形，无异常。②用磁带记录仪记录各测点信号，进行频谱分析并与运行正常时的频谱比较，发现：工频（255Hz）振幅明显增大，D 点增大 1.9 倍，C 点增大 1.73 倍。其他频率分量振幅变化不大，小于工频的低频部分和大于工频部分均未出现新的峰值。据此诊断为压缩机转子出现了显著的不平衡。估计不平衡由转子上结垢所致。排除油膜振荡、不对中、干磨擦的可能性。
（3）采取措施
①暂不停机，再维持运行 4～5 天，直至催化剂再生工作完成。②密切监视振动状态。③再生完成后解体检查。
（4）验证
停机解体检查证实，转子和机壳气体流道结垢十分严重，最厚达 20mm，第一级吸入口处约 3/4 的流道被堵，垢的主要成分是烧蚀下来的催化剂。清垢后起动，各点振动值均正常。工厂机动科据此提出建议：鉴于催化剂再生工作容易产生结垢，此项工作应安排在压缩
机大修前进行，以避免重复检修。
六、对中故障原因
两个相连接的机器轴线不平行或不重合，一个或多个轴承安装倾斜或偏心，即为不对中。造成不对中的原因可以是装配不当，调整不够，基础损坏，热胀或联轴节锁死。
七、频谱和波形特征
（1）轴向振动大①1×RPM、2×RPM 甚至 3×RPM 处有稳定的高峰，一般达到径向振动的 50%以上，若与径向振动一样大或比径向振动更大，表明情况严重。②4～10×RPM 分量小。
（2）径向振动大
①1×RPM、2×RPM 甚至 3×RPM 处有稳定的高峰，特别 2×RPM 分量有可能超过 1×RPM 分量。②4～10×RPM 分量小。
（3）时域波形稳定，每转出现 1 个、2 个或 3 个峰，无大的加速度冲击现象。
八、仪器设置
（1）最高分析频率：低转速：200Hz。高转速：1000Hz；
（2）波形，频谱，振动速度或加速度显示。
九、诊断
（1）频域①确认轴向和径向在 1×RPM、2×RPM 及 3×RPM 处有稳定的高峰，特别注意 2×RPM分量。②4～10×RPM 分量很小。
（2）时域
确认以稳定的周期波形为主，每转出现 1 个、2 个或 3 个峰值。没有大的加速度冲击现象。若轴向振动与径向振动一样大或比径向更大，表明问题严重。
十、说明
（1）在确认不对中的若干特征时，若显示出下列现象之一，则可能是机械松动：轴向振动小；4～10×RPM 分量较大；
时域波形杂乱，无明显峰值。
（2）在诊断为不对中时，若 1×RPM 分量比其他分量占优势，可能是角不对中。
（3）若时域波形不稳定或显示出有较大冲击现象，可能是其他故障。
（4）对于电机，若基频及其他倍频分量大的同时，其振动波形有调制现象，或基频处出现边频，可能存在机电方面的故障，如转子断条或轴承倾斜导致的偏心。
（5）关于皮带轮不对中问题。
实例 1 压缩机组对中不良
（1）故障情况
某化工厂压缩机组。电动机转速 1500r/min，压缩机转速 7758r/min。3号测点位移 150μm，速度峰值 9mm/s，均超过允许值。
（2）诊断
3 号测点位于齿轮箱顶盖上，由于顶盖不直接压在轴承盖上，而且箱盖刚度不很高，所以传递途径对振动影响较大。为此，将测点调整到轴承座的基座 8 号测点位置。8 号测点的位移和速度频谱图，2×RPM（50Hz）分量幅值很大，甚至超过 l×RPM ，3×RPM 幅值也较大，
说明该轴承座振动异常。考虑到 8 号测点前面有联轴节，故诊断为电机与齿轮箱的联轴节对中不良。
（3）验证：
停机后对联轴节测量发现，对中超差甚大，垂直方向两轴中心偏移达 0.15mm，电机中心较高。降低电机中心后开机，3 号点位移减为 6μm，速度峰值减为 3mm/s，其他各点振幅也平均降低 25%。8 号测点对中以后的位移和速度频谱，可以看到，2×RPM和 3×RPM 分量已基本消失。
（1）故障情况
某煤矿-电机-发电机（M-G）机组7#轴承处温度监测指示超标，操作者将温度升高归因于不平衡增大，要求作现场动平衡。
（2）诊断
①首先用测振仪测量总振动水平，并与 ISO2372 速度标准对照，以确定机器状态。测量结果列入。虽然总的振动水平并不能表明温度超标的原因，但 7#、8#轴承轴向振动大于径向振动，值得注意。
②对轴承振动作频谱分析。由谱图可以看出，轴向振动各频率分量分别大于水平振动各频率分量，轴向振动 3×RPM 分量甚至超过基频分量。
综合以上两点，诊断结论为：机组对中不良，造成轴承上产生很大的卡紧力，它相当于一个单向载荷，是温度升高的根源所在。
图 3-12 机组轴承振动频谱（工作转速 748r/min）
（3）验证
停机检查对中情况，发现机座一端下沉，造成转子轴颈轴线不对中超标。经重新对中后，开机运行正常，7#轴承处温度超标问题得以解除。
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