今天因大师给大家分享的内容是国内某大型水泥集团旗下一个水泥工厂原料入库提升机齿轮断齿故障诊断案例。因联科技与该水泥厂于2020年6月形成合作，在水泥厂部署iPHM设备健康智能维护云平台，对工厂的关键生产设备进行实时在线监测与预测性维护，帮助设备管理者精准判断设备运行状态，提高设备管理水平，保障工厂安全高效生产。1 设备告警2021年5月1日，因联科技诊断工程师收到小程序告警信息，提示该水泥厂原料入库提升机运行数据出现异常，齿轮箱各测点振动值均有缓慢上升趋势且触发了振动增幅报警。通过分析报警数据，在信号频谱中可见明显齿轮故障特征，通知现场检查设备，现场检查设备时在齿轮箱附近可听见明显异响，由于从数据看整体增长幅度较慢且现场生产无法停机观察运行至下次停机检修。图1 微信小程序报警通知2 故障诊断诊断工程师从小程序进入iPHM设备健康智能维护云平台，查看该原料入库提升机详细的运行数据。以下是详细分析呈现。该原料入库提升机基础信息：电机额定转速：1500r/min齿轮箱：1级齿轮齿数16/412级齿轮齿数19/783级齿轮齿数18/89由2轴非驱动端V—加速度振动趋势图（图2）、2轴非驱动端V—加速度频谱图（图3）和2轴非驱动端V—加速度频谱局部放大图（图4）可以看出，该频谱表现符合典型齿轮局部缺陷故障表现：1）齿轮箱各测点振动趋势在故障维修前均可见缓慢上升；2）2轴非驱动端V加速度频谱中明显可见幅值较高的2级齿轮啮合频率GMF2（181.25Hz）及其谐频成分，且在啮合频率附近底噪丰富；3）2级齿轮啮合频率GMF2旁存在丰富的2轴转频成分（9.375Hz）。图2 2轴非驱动端V—加速度振动趋势图图3 2轴非驱动端V—加速度频谱图图4 2轴非驱动端V—加速度频谱局部放大图3 拆机验证2021年6月1日，该水泥厂现场停机检修，开盖后发现2轴小齿轮齿轮局部断齿，3轴大齿轮齿轮局部断齿，与诊断结论一致，随后更换齿轮。图5 现场检修图现场维修后重新开机运行，该入库提升机齿轮箱各测点振动趋势维修后明显下降，2轴非驱动端V加速度频谱中2级齿轮啮合频率GMF2（181.25Hz）及其谐频成分幅值明显下降，底噪也下降明显，数据恢复到正常水平。图6 检修前后2轴非驱动端V趋势图图7 检修前后加速度频谱图

轴封装置是泵轴与泵壳之间的密封装置，是离心泵运转过程中最重要的一个监护部位。转动着的泵轴和泵壳之间存在间隙时，如泵内吸入侧压力太低，就可能使空气进入泵内，空气漏入会增大噪声和振动，影响泵的工作，甚至使泵不上液；在高压侧时，就有液体漏出（称为外漏），外漏不仅会降低泵效，还可能污染环境，甚至造成严重事故。尽管轴封装置所占的位置不大，但对机器的正常运转十分重要，是最容易发生故障的零部件之一。离心泵常用的轴封装置有两种：一是填料密封，二是机械密封（又称金属端面密封），今天因大师给大家分享的是填料密封的基础知识。如图1所示，填料密封是靠填料和轴（或轴套）的外圆表面接触来实现密封的，属于轴向密封，由填料箱、填料、填料环和填料压盖等组成。填料箱和压盖在密封填料的两端，用于压紧密封填料，密封填料的松紧程度由压盖调节螺钉调节。填料环在密封填料正中间，正好对准水封口，它可以通过液体，起冷却和润滑泵轴的作用，更重要的是进行液封，是封闭泵间隙最严密的一道防线。图1 填料密封1——轴；2——压盖；3——填料；4——填料箱；5——液封环；6——引液管填料密封结构简单，成本低廉，更换方便，应用普遍，其缺点是磨损和泄漏相对较大，使用寿命较短，只能用在低速、低压和液体温度不高的场合。常用的填料有浸透的棉织填料（适于低压、温度低于40℃的清水泵）、石墨浸透的石棉填料（适于温度低于250℃、压力低于1.8MPa、轴向圆周速度低于25m/s）、金属箔包石棉芯子填料（适于温度低于400℃、压力低于2.5MPa石油产品及水）及近年来发展的柔性石棉填料（适于高温、低温有腐蚀的介质）与碳素纤维填料（适于高速高压）等。填料密封装配工艺要点：（1）切割密封填料时，宜将密封填料绕在和主轴同样直径的圆钢棒上切割，以保证尺寸正确，切口平行，如图2所示。密封填料的接口宜切成30°~45°的割口，切口应齐整，无松散的石棉线头。图2 密封填料切割示意图（2）装配时，为保证密封性能和均匀磨损，切好的密封填料圈应以同一方向逐圈地填入填料箱，并均匀地压紧。（3）在安装铝箔（或铅箔）包石棉密封填料时，为便于安装，可在密封填料内缘涂一薄层用机油调和的鳞状石墨粉。（4）选用的密封填料厚度应与填料箱的尺寸一致或大1~2mm。（5）压装油浸石棉密封填料时，第一圈与最后一圈宜压装干石棉密封填料，以防油渗出。（6）压装密封填料时，相邻两圈的接口必须错开，一般错开90°~120°。（7）安装压盖时，应轮流逐步拧紧压盖螺钉，以保证圆周压力均匀，同时用手盘动主轴，检查其接触的松紧程度。密封填料不宜压得过紧。（8）压盖压入填料箱的深度一般为一圈密封填料的厚度，但不得小于5mm。软填料密封在负荷运转时，允许有少量泄漏，以每分钟10~30滴为准。如泄漏量较大，应缓慢均匀地拧紧压盖螺钉，但不应为使完全不漏而压得太紧，以免摩擦功率消耗太大或发热烧坏。

拆除、安装风机轴及叶片，拆装减速箱各部件，由车间设备技术负责人现场监督，保全人员拆装；拆装过程严格按照施工规范及检修方案进行检修，控制施工进度，落实安全防范措施，确保检修安全无事故。01.小修项目（1）更换损坏叠片及联接螺栓。（2）更换减速箱润滑油。注意：换油时，将原减速箱内润滑油放出以后，先从减速箱观测空处加一桶新润滑油，将减速箱及油管内的污垢冲一下。然后再往减速箱内添加新油。（3）更换油管、胶管、油标管等。02.大修项目（1）包括小修全部项目。（2）擦拭各零件外露部分，对油漆剥落部分应重新油漆。（3）轴承磨损后，应按相同型号轴承进行更换。齿轮也应成对更换。（4）检查各易损件，更换其中磨损严重的零件，更换时应符合有关技术要求，箱内的齿轮应成对更换，并调整啮合间隙及轴承间隙。齿轮副啮合的接触斑点应符合下表的要求：轴承间隙要求：注意1、轴承应加热以后装配，加热时切忌用气焊烘烤加热。2、风机装配好以后，弧齿锥齿轴与轴承配合处、中间轴与轴承配合处及输出轴与轴承配合处需调整间隙。3、以L92D风机为例，调整轴承间隙方法如下：1）弧齿锥齿轴与轴承32320配合处此处配合较简单。应将轴承的内、外圈与配合处达到完全配合。可借助于重锤锤击。锤击时不可以只在一处锤击，应借助于可以使整个轴承内圈或外圈受力的工具。例如：套管。2）中间轴与轴承32318配合处调整轴承32318的间隙较复杂一些，此处是两个32318轴承背靠背和轴配合；另外，轴套和轴承又有一个配合。调整方法如下：a、轴承热装压牢以后，先将中间轴上端轴承内圈的压盖用螺栓紧固。b、装好轴承外压圈后，将轴承外压盖装好，并紧固螺栓。c、用撬棍在轴承外套的直径两端将轴承外套翘起；同时，用锤子锤击轴承外压盖中间，以保证轴承和轴承之间、轴承外圈和轴承外套之间完全配合。再次紧固螺栓，再次锤击，再次紧固螺栓。d、将螺栓松开，取下轴承外压盖，用压铅的方法确定轴承间隙，其中轴承外压圈的铅丝厚度应大于轴承外套的铅丝厚度，并通过加减垫片将轴承间隙控制在0.07～0.10mm。3）输出轴与轴承32034配合处此处要保证32304轴承外圈和轴承紧密接触，同时也要保证轴承32228内外圈和轴及壳体完全接触。调整时：a、用大锤在输出轴上端锤击几次，以保证轴承32228内外圈和轴及壳体完全接触。b、将轴承32304外圈套好以后，应借助铜棒在直径方向上，两端用重锤同时用力，以保证外圈与轴承滚动体接触良好。c、用压铅的方法，通过加减垫片调整轴承的间隙，将间隙控制在0.08～0.12mm。4、长期停止运行后，再次启动前应对风机进行检查，无异常情况方可开机。5、更换叠片应按型号更换，更换后装上联轴器，应复验传动轴两端的同轴度。更换叠片时，在传动轴下方做好托架，卸下两端半联轴器上与叠片联接的螺栓，拿下已损坏的叠片，换上新叠片。复验传动轴两端的同轴度时，应尽量使联轴器两法兰面的间隙为：左右≤0.12mm，上下≤0.12mm。6、更换齿轮或更换轴承时，减速箱内应彻底清除干净，可借助面团清理。7、每次停车处理时，若操作室内温度、振动、电流仪表显示有误，应及时提醒操作工通知仪表供前来处理解决仪表设备。

大型机组通常由多个转子组成，各转子之间用联轴器连接构成轴系，传递运动和转矩。由于机器的安装误差、工作状态下热膨胀、承载后的变形以及机器基础的不均匀沉降等，有可能会造成机器工作时各转子轴线之间产生不对中。具有不对中故障的转子系统在其运转过程中将产生一系列有害于设备的动态效应，如引起机器联轴器偏转、轴承早期损坏、油膜失稳、轴弯曲变形等，导致机器发生异常振动，危害极大。今天因大师将给大家介绍转子不对中的几种类型。如图1所示，转子不对中包括轴承不对中和轴系不对中两种情况。轴颈在轴承中偏斜称为轴承不对中。轴承不对中本身不会产生振动，它主要影响到油膜性能和阻尼。在转子不平衡情况下，由于轴承不对中对不平衡力的反作用，会出现工频振动。图1 转子不对中的受力情况机组各转子之间用联轴器连接时，如不处在同一直线上，就称为轴系不对中。通常所讲的不对中多指轴系不对中。造成轴系不对中的原因有安装误差、管道应变影响、温度变化热变形、基础沉降不均等。由于不对中，将导致轴向、径向交变力，引起轴向振动和径向振动。由于不对中引起的振动会随不对中严重程度的增加而增大，不对中是非常普遍的故障，即使采用自动调位轴承和可调节联轴器也难以使轴系及轴承绝对对中。当对中超差过大时，会对设备造成一系列有害的影响，如联轴器咬死、轴承碰磨、油膜失稳、轴挠曲变形增大等，严重时将造成灾难性事故。如图2所示，轴系不对中一般可分为以下3种情况：（1）轴线平行位移，称为平行不对中；（2）轴线交叉成一角度，称为角度不对中；（3）轴线位移且交叉，称为综合不对中。图2 齿式联轴器转子不对中形式

转动着的叶轮和泵壳之间有间隙，若间隙过大，从叶轮出口出来的液体就会通过这个间隙返回叶轮的吸入室，称为内泄漏，漏失量最大可达总液量的5%。同时，泵在运转过程中，泵壳和叶轮可能因为磨损过大而报废。因此，在泵壳和叶轮之间必须装密封环（也称承磨环、阻水环、口环、减漏环等），既可以减少液体漏失，又能起到承受磨损的作用，磨损后只更换密封环而不必更换较为贵重的叶轮和泵壳，延长了叶轮和泵壳的使用寿命，减少了修理费用。密封环既可以装在泵壳上，也可以装在叶轮上，也有两面都安装的，装在叶轮上的密封环通常称为口环。密封环按其轴截面的形状可分为平环式、角环式、曲折式等，如图1所示。图1 密封环型式1——密封环；2——叶轮；3——泵壳；S——轴向间隙（1）平环式：这种密封环结构简单，容易制造，加工和拆装方便，但密封效果差，同时液体从径向间隙漏出时速度较高，其流动方向和流进叶轮吸入口液体方向相反，容易在叶轮进口处造成涡流，故这种密封只在低扬程的泵上采用。这种密封环的径向间隙一般在0.1~0.2mm之间，如图1（a）所示。（2）角环式：这种密封环的漏失量较高，但其轴向间隙比径向间隙大得多，所以液体通过径向间隙转90°。由于密封间隙有90°的转弯，对泄漏液体增加了局部阻力，密封效果比平环式好，通过轴向间除漏出后其速度也大大降低，因而造成的涡流比平环式要小，在一般离心泵中应用广泛，如图1（b）所示。（3）曲折式：也称迷宫密封，又可分为单曲折式密封环和双曲折式密封环两种。单曲折式密封环其漏失量较小，液体漏出的速度较低，因而造成的涡流较小，如图1（c）所示。双曲折式密封环密封性能最好，但其制造复杂，制造成本高，安装麻烦，所以它只用在低比转数和高扬程的地方，如图1（d）所示。密封环应选用耐磨材料如优质灰铸铁、青铜、碳钢等材料制成。

转子不平衡的故障原因分析及相应治理措施如表1所示。表1 转子不平衡故障原因分析与治理措施以下是转子不平衡故障诊断实例。【例1】某大型离心式压缩机组蒸汽透平经检修更换转子后，机组启动时发生强烈振动。压缩机两端轴承处径向振幅达到报警值，机器不能正常运行。主要振动特征如图1所示。图1 压缩机振动特征由图可见：①振动大小随转速升降变化明显；②时域波形为正弦波；③轴心轨迹为椭圆；④振动相位稳定，为同步正进动；⑤频谱中能量集中于1x频，有突出的峰值，高次谐波分量较小。诊断意见：根据以上振动特征，由表2可知，压缩机发生强烈振动是由于转子不平衡造成的。表2 转子不平衡的振动特征检查该转子的库存记录，库存时间较长，因转子较重，保管员未按规定周期盘转，初步断定是转子动平衡不良造成的。处理措施：机组故障原因是转子不平衡，短期内不会迅速恶化。考虑到化工生产工艺流程生产不能中断，经研究决定，监护运行。生产验证：在加强监测的前提下维持运行，其振动趋势稳定，没有增大的趋势。维持运行一个大修周期（18个月）后，下次大修时更换转子并送专业厂检查，发现动平衡严重超标。【例2】某52万吨/年尿素装置CO2压缩机组低压缸转子，大修后开车振动值正常，但在线监测系统发现其振动值有逐步增大的趋势。其时域波形为正弦波，分析其频谱，以1x频为主，如图2所示。图2 CO2压缩机渐变不平衡振动特征诊断意见：经过两个月的连续观测，根据其振动特征，对照上面所述对几类不平衡故障的甄别方法，判定其故障原因为渐变不平衡，是由于转子流道结垢或局部腐蚀造成的。处理措施：渐变不平衡短期内不会迅速恶化，同时正常生产一旦中断将会导致巨大的经济损失，因此决定利用在线监测系统监护其运行，待大修时再做处理。生产验证：6个月后工厂年度大修，更换转子后在机修车间对原转子进行检查，转子并不弯曲；目测检查，无结垢和腐蚀现象，一时对故障诊断结论提出了怀疑。但送专业厂拆卸检查后发现，一轴套内侧（不拆卸转子时看不到部分）发生局部严重腐蚀，导致转子不平衡质量逐渐增大。

汽轮发电机组的静止部件（汽缸、发电机定子、轴承箱）体积庞大，机组又是在高温状态下运行，这些部件受热后将发生膨胀。保证机组的膨胀正常是汽轮机运行中的一个十分重要的问题。今天因大师给大家讲讲汽轮机发生膨胀不畅的原因。一 总体原因1.滑销系统卡涩汽轮发电机组滑销系统的作用是既要使膨胀畅通，又要对膨胀导向，以保证动静部分的间隙。滑销分为纵销、横销和立销。纵销和横销的交点称为死点，机组由死点向两端膨胀，死点一般在低压缸附近。如果滑销系统存在卡涩，将导致缸体在受热时膨胀不出去，受到压缩而产生压应力；冷却时收缩不回来而产生拉应力。滑销表面要有较高的光洁度，并与缸体的结合面有一定的间隙。加工精度不够、运行过程中的锈蚀或变形、缸体的跑偏等都可以导致间隙的消失，使卡涩发生。滑销系统卡涩容易在机组长期停运之后发生。这是因为：长期停运使汽缸完全冷却，重新启机后的膨胀量大；而且长期停机容易使滑销表面发生锈蚀。2.管道的作用力汽轮机的缸体与各种蒸汽管道（主蒸汽管道、再热蒸汽管道、抽汽管道）连接。蒸汽管道对缸体的影响表现在两个方面：（1）管道受热膨胀时作用于缸体的力；（2）缸体膨胀时受到管道的约束。3.螺栓间隙消失低压缸支座与台板用螺栓连接，螺栓与支座之间预留一定的间隙，以保证低压缸的自由膨胀。如果间隙消失，将使膨胀受阻。发电机与台板的连接也会出现同样的问题。4.缸体急剧加热或冷却热蒸汽进入汽缸、长时间空转引起的低压缸缸温升高、冷空气或水进入汽缸，这些都将引起缸体的过量膨胀或收缩，使汽缸受到滑销系统和管道较大的约束力。二 具体结构的原因如果机组的各部位可以自由膨胀，受热后将不会产生任何应力。如果膨胀受到约束，将会有内应力出现并引起变形。这种变形有可能导致支撑系统刚度的降低，下面结合具体的结构进行分析。1.落地轴承这种轴承直接坐落在基础上，如果存在膨胀受阻，可以导致轴承座与台板之间出现间隙。由于汽缸的重量（包括管道的附加力）通过轴承座作用在台板上，这使轴承座与台板之间产生很大的摩擦力，阻碍汽缸的膨胀。当轴承座由汽缸推动时，着力点距离滑动面的距离较大，使推力与摩擦力之间产生一力偶，使前轴承箱发生倾斜，在接触面出现间隙。汽缸膨胀受阻，也会对后轴承箱产生一个向后的推力，使后轴承箱倾斜，并使接触面出现间隙。为了减少摩擦阻力，在轴承座与台板的接触面灌注抗燃润滑油，或在接触面安置专用的滑块。但要注意：如果润滑油固化或滑块失效，都可能使膨胀阻力增大。2.低压缸轴承大多数低压转子的轴承箱与低压排汽缸为一个整体。转子的载荷通过轴承传递到汽缸壳体，再通过汽缸的支承面和台板传递到基础。引起低压缸膨胀受阻的原因有：（1）纵销。低压缸的前后端各有一只纵销，用来保证缸体膨胀时不偏离中心。这些销子的卡涩都可能影响到膨胀。（2）凝汽器。低压排汽缸坐落在凝汽器上，凝汽器有外接管道。如果这些管道膨胀不畅，膨胀力可能将缸体顶起。（3）汽缸内应力。低压缸体积庞大，而且存在大量的焊接部件，在受热时有可能发生不均匀的变形。（4）汽轮机其他部位膨胀受阻。汽轮机的高、中、低压缸连同轴承座作为一个整体是相互连接的。汽轮机的膨胀死点一般在低压缸的进汽中分面附近。机组受热时，低压缸推动中压缸、中压缸推动高压缸向前膨胀。如果高压缸或中压缸的膨胀受阻，低压缸的膨胀也将受到影响。尽管低压缸的蒸汽参数低，但是低压缸的体积大、刚度低，存在膨胀问题时容易发生变形，使汽缸的支承面与台板之间出现间隙。（5）特殊结构。有的机组低压转子后轴承与发电机前轴承（或盘车装置）在同一轴承箱内，轴承箱的前端坐落在低压排汽缸上，后端直接坐落在基础台板上。当轴承箱的前端随排汽缸一同升降时，会使后端翘起，使接触面出现间隙。所以有时低压缸的膨胀问题反映在发电机轴承上。3.端盖轴承氢冷发电机多采用端盖轴承。转子的重量通过端盖和发电机机座传递到基础。运行中发电机定子的温升在50℃左右，由于定子的体积大，膨胀力也是不可忽略的。如果存在膨胀不畅，定子的变形将使定子与台板的结合面出现间隙。可能导致膨胀受阻的部位包括：（1）立销。发电机定子的前后端各有一对立销。立销的卡涩使发电机垂直方向的位移受阻，还可以使轴向位移受阻。（2）螺栓间隙。在定子的支承面与台板之间设有联系螺栓，螺栓与支承面有一定的间隙。间隙的消失将会影响到膨胀。

管道振动会使管道、支架甚至混凝土基础松动或损坏，此时急于恢复损坏的部位并非治本之策。从源头上解决系统振动问题才是压缩机组平稳运行的关键。管道振动有的是由频率共振引起的，有的则是由气流脉动引起的，只有找出管道系统振动的内在原因，才能恰当地选择消减管道系统振动的有效方法。01 消除频率共振为防止管道系统发生共振，在选择管道两个支座间的距离时，应使管段的固有频率比激励基频高30%或低30%。对于复杂的管道系统，固有频率很多，而且间隔很小，很难使管系脱离各阶共振区，但是高阶共振振幅因为幅值较小，故不必考虑，只要避开管系基频或低阶共振频率就可以了。常用的改变管道固有频率、消除管道共振的方法有以下几种。1）改变管道参数。缩短管道长度或扩大管道直径，可以使管道系统的刚度、固有频率及共振的简谐阶次得到提高，从而避免共振。这适用于处于设计阶段的压缩机装置的管道系统。2）改变支承刚度。支承刚度大小是影响管道固有频率的重要因素。支承刚度越高，管系的固有频率值越高，反之固有频率值越低。所以支承的结构应做成刚度大而质量要小，管道和支承间力求采用刚性连接。一般可采用增加支承点、加固支承或在管路上附加质量的方法，改变管道的固有频率，使其远离激振频率。应注意的是，采用增加支承的方法只适用于管道振动是由共振引起的情况，并且使用时要对管道进行应力校核。否则盲目采用的话，可能会增加管道中的应力，加速管道的破裂。支承及管夹的设计安装应按照相关标准执行。下面列出支承安装时应注意的一些事项。1）水平敷设在支架上的有隔热层的管道应设管托，当管道热胀量超过100mm时，应选用加长管托。2）不得用高温管道、低温管道、振动管道和蒸汽管道支承其他管道。3）支吊架边缘与管道焊缝的间距不应小于50mm，与需要热处理的管道焊缝的间距不应小于100mm。4）当支吊架或管托必须与合金钢管道直接焊接时，其连接构件的材质应与管道材质相同。02 消减气流脉动大多数管道振动问题都是由气流脉动引起的。关于如何消减气流脉动，经过一系列理论研究及工程实践，人们已经总结了一些方法措施。有些措施在压缩机设计阶段就已经考虑在内，如合理布置气缸，适当配置各级压力比；压缩机的入口、出口设置吸气、排气缓冲罐；有些措施也可以在生产现场根据振动分析结论，采取因地制宜的措施，如在管道中设置声学滤波器、孔板、改变管道长度以及改变管路支承方式等。1）合理布置气缸,适当配置各级压力比；2）设置缓冲器；3）设置声学消振器；4）设置孔板消振；03 转移、耗减振动能量工程上也常在管道系统中采用减振元件，来转移、耗散局部振动能量，达到降低某段管道振动振幅的目的，如在支承上使用石棉胶板或其它材料制成的减振衬垫，以及阻止振动发展的制动器，或者在管道上紧固动力减振器、管道阻尼器等。

叶轮是叶片式流体机械中对流体传递能量的唯一部件，通过它将原动机的机械能转变为流体的动能和压能。泵的流量、扬程和效率都与叶轮的形状、尺寸及表面粗糙度有密切关系。对叶轮的主要要求是：每个单级叶轮能使液体获得最大的理论能头或压力增值；由叶轮组成的级具有较高的效率，且性能曲线的稳定工况区较宽；具有较高的强度，结构简单，制造工艺性好。离心泵叶轮从外形上可分为闭式、半开式和开式三种。闭式叶轮在叶片的两端面有轮盖及轮盘，叶道截面是封闭的，如图1（a）所示，这种叶轮水力效率高，但制造略复杂，适用于高扬程泵，输送较洁净的液体；半开式叶轮只有轮盘而无前盖板，流道是半开启的；如图1（b）所示，适合输送含有杂质的液体，泵的水力效率较低；开式叶轮既无前盖板又无轮盘后盖，流道完全敞开，如图1（c）所示，常用来输送浆状黏稠介质。离心泵叶轮还分单吸和双吸两种，双吸叶轮如图1（d）所示，适用于流量较大的情况，其抗汽蚀性能较好，而且基本上可以消除轴向力。图1 离心泵叶轮型式离心泵的叶轮大多数为后弯叶片型叶轮，后弯叶片型叶轮的叶片数一般为6~12片。通常叶片数增加可改变液体流动情况，能相应提高泵的扬程，但也会使液体在泵内的摩擦损失增加，效率降低，容易发生汽蚀；叶片数过少，每个叶片负荷增大，对液体的导流作用减小，也会使泵的扬程下降。叶片弯曲型式如图1-33所示。图2 叶片弯曲型式在相同的叶轮结构尺寸条件下，前弯叶片型叶轮具有较大的叶片弯曲度和较短的叶道，叶道的截面积增加较快，如图3所示，因此流体易产生边界层分离，故效率较低，而后弯叶片型叶轮则相反，效率较高，径向叶片型叶轮介于两者之间。图3 前、后弯叶片型叶轮的叶道βA1——叶片进口安装角；βA2——叶片出口安装角

卷扬机，用卷筒缠绕钢丝绳或链条提升或牵引重物的轻小型起重设备，又称绞车。卷扬机可以垂直提升、水平或倾斜拽引重物。卷扬机分为手动卷扬机和电动卷扬机两种。现在以电动卷扬机为主，可单独使用，也可作起重、筑路和矿井提升等机械中的组成部件，因操作简单、绕绳量大、移置方便而广泛应用。今天因大师给大家分享的内容是某钢铁公司炼铁厂卷扬机故障诊断案例。01 案例背景该钢铁公司与因联科技于2021年9月开始达成合作，使用因联iPHM设备健康智能维护云平台监测炼铁厂机泵的运行状态，及时发现设备故障并发出预警，避免设备因突发性故障引起的非计划停机，保障工厂生产正常运行。该卷扬机于2022年3月由iPHM系统监测到异常情况，触发二级报警，诊断师分析为第二级齿轮存在磨损。由于振动幅值稳定和生产任务原因，工厂决定使用iPHM系统密切监测该卷扬机的运行状态，随时掌握设备运行信息。02 故障诊断以下是详细分析呈现。1#卷扬机形貌图信息：图1 卷扬机形貌图从图2减速箱各点振动趋势图可以看出，1#卷扬机振动幅值明显比2#偏大，相差达两倍左右。图2 减速箱各点振动趋势图2轴驱动端V速度频谱图（图3）显示，速度谱存在93.594hz及谐波，且底噪较高，和同类型设备对比，振动幅值明显偏大。图3 2轴驱动端V速度频谱图综上，频谱图主要存在93Hz左右及其高次谐波，且底噪较高，分析为减速箱第二级齿轮存在故障。03 拆机验证2022年4月10日，工厂停机检修，下线齿轮箱开盖检查发现，2轴和3轴齿轮存在点蚀剥落。情况与诊断结论一致，检修后更换齿轮箱。图4 现场检修图检修后重新开机，齿轮箱各测点速度与加速度频谱图中的93Hz左右的谐波消失，且底噪也基本消失，主要成分为转频谐波及高速轴啮合频率，振动值恢复到正常水平。图5 检修前后2轴速度频谱图

由于转子裂纹的危险性，迫切需要进行有效地监测，以尽可能早地发现事故征兆，至少在发展为灾难性事故前能够觉察。目前直接确定裂纹的方法如超声波、红外线、磁力探伤等仅能够在停机条件下检测，而不能提供运行状态下的测量。今天因大师给大家分享的内容是转子裂纹的原因。引起转子裂纹的原因包括高频疲劳、低频疲劳、蠕变和应力腐蚀。它们首先与转子运转的机械状态有关，另外还受环境的影响，主要是热参数和工作介质中含有腐蚀性的化学物质的影响。1.交变应力交变应力可以使材料疲劳断裂。转子上存在两种类型的交变应力：1）横向振动横向振动引起的弯曲变形使转子出现应力。此时的应力有两种：一种是非交变的，另一种是交变的。基频（1X）振动只产生非交变的应力，而其他频率的振动将产生交变应力：交变应力的频率=振动频率－转速频率。2）扭转振动正常运转时，旋转机械的转子产生稳定的扭转应力，但在故障状态时（甩负荷、短路、非同步并网等），转子将产生交变扭矩，从而出现交变的剪切应力。2.应力集中通常促使裂纹扩展的最重要的应力集中部位是转子材料的缺陷处，如夹渣及其他非金属夹杂物处。例如钢的氢脆就削弱了晶粒的连接并促使空位产生，其作用最终与增大应力一样。应力集中经常发生在转子被削弱的地方，如轴的阶梯部位、键槽、孔（叶轮的平衡孔、转子内孔）、螺纹、装配处的间隙等。所有紧固在转子上的零件都在紧固表面形成一个潜在的应力集中区域。例如：由于装配不好使圆盘与转子定位轴肩之间存在的间隙会产生类似于沟槽的集中应力效应，当机器运转时，一些装配部位可能发生松动，成为裂纹的激发源；转子的锥度配合或热装表面通常会产生应力集中，特别是在较高的温度梯度时；发电机转子极易产生沟槽型应力集中效应，在松动的绕组或绝缘垫片的共同作用下，槽楔成为一个潜在的裂纹激发源。3.环境因素转子的内孔、键槽、沟槽、装配处的间隙和尖角不仅产生应力集中，还特别容易腐蚀。盐、硫酸盐、蒸汽、水或其他工作介质中的酸性物质对孔槽状部位具有特别的腐蚀性。当水蒸气的纯度较差时，时间很短也能形成激发裂纹的环境。时间一长，腐蚀就会使材料劣化，极易促进裂纹的形成。热状态是裂纹形成和开展的另一个重要因素。例如：过高的温度会使蠕变加速，这将在金属中形成晶间空位，从而产生裂纹；温度变化率过大也会产生大应力，这是大量的非均匀膨胀所致。在上述情况下，热应力都促使轴的状态变化，促进裂纹扩展。

转子存在活动部件时，相当于一个可移动的不平衡量。今天主要讨论活动部件引起振动的机理，提出如何通过振动分析诊断这种故障。1 转子上的活动部件转子上的部件如果在圆周方向失去约束，就可能沿圆周位移。这样的部件包括中心孔堵头、平衡块、发电机端部线圈垫块。1）中心孔堵头转子中心孔两端各有一个堵头，用来防止运行过程中油汽和水汽进入孔内。堵头的质量一般在2kg以上，位于转子的转动中心，受离心力的合力为零。如果联轴器的端面是紧贴的，堵头即便松动也不可能脱落。但有的联轴器的端面存在一定的退让间隙（内腔），堵头就有可能落入其中。在盘车过程和高速运行中都有可能出现这种情况。机组在大修时通常要打开堵头检查中心孔。堵头与中心孔是紧配合，堵头的直径应比中心孔略大一些。装配时先将堵头侵入液氢中，充分冷却后打入中心孔，令两者有一定的紧力。现场不具备这样的条件，一般是将堵头直接打入，这样就容易造成堵头脱落。2）平衡块如果平衡块松动，在盘车或低速运行时其可能沿平衡槽位移。3）线圈垫块发电机转子的端部线圈由胶木垫块固定，它的质量一般在1kg以上。垫块如果松动，由于受护环的约束不可能飞脱，但有可能沿圆周位移。2 振动机理上述活动部件即使松脱，也并不意味着在任何情况下该部件都可以移动。在低转速的情况下，它是可以移动的；而在高转速的情况下，由于巨大的离心力，会使其附着在转子的某个部位，并将随转子同步转动。活动部件与转子同步转动的最低转速为式中g——重力加速度， g=9810mm/s2；r——活动部件的转动半径；μ——接触面的摩擦系数。由于μ2≤1，所以上式可以近似表示为当转速w<wmin时，部件不能随转子同步转动，将滑动或滚动；当转速w>wmin时，部件停留在某一位置并随转子同步转动。这个位置是随机的，每次开机都不相同，相当于角度变化的不平衡量。3 诊断1）初步诊断转子上存在活动部件时，如果仅仅依据一次启动过程的测量数据，很容易判断为不平衡。但是如果平衡过程出现以下异常现象，应该将活动部件作为一个疑点排查：（a）多次平衡，振动无法降低。（b）平衡计算的预期值与实际值差别很大。（c）各次平衡得到的影响系数差别很大。（d）各次平衡加重的角度差别很大。从已有的案例看，这类故障以中心孔堵头落入联轴器内腔的情况居多。如果存在这方面的怀疑，还应该注意到转子的结构特点。2）详细诊断（a）振动为基频。（b）转速试验。将机组从盘车状态（或很低的转速）升速至3000r/min。反复启动两次以上，比较同一转速下的振动。如果振幅或相位的重现性差，则属于活动部件的特征。需要注意的是：①应该比较同一转速下的振动；②应该在高转速（2000~3000r/min）进行比较，因为在低转速下振动的灵敏度差，对不平衡变化的反映不灵敏；③由于活动部件位置的随机性，也有可能在两次启动过程中位置接近，因此转速试验应该多做几次。（c）矢量分析。活动部件沿圆周方向的位移将引起相位的变化。如果转子的原始不平衡量很小可以忽略，则每次启动后振动的大小不变，只是相位变化。（d）实时记录。在运行过程中，当中心孔堵头落入联轴器内腔时，堵头与内腔要经过一段撞击和相对运动后才能稳定在内腔的某一位置，因此振动存在一个变化过程。这与断叶片不同，后者表现为振动瞬间增大。

转子不平衡的诊断依据主要如表1和表2所示。表1 转子不平衡的振动特征表2 转子不平衡的振动敏感参数对于原始不平衡、渐变不平衡和突发性不平衡这3种形式，其共同点较多，但可以按振动趋势不同对其进行甄别。原始不平衡：在运行初期机组的振动就处于较高的水平，如图1（a）所示；渐变不平衡：运行初期机组振动较低，随着时间的推移，振动值逐步升高，如图1（b）所示；突发不平衡：振动值突然升高，然后稳定在一个较高的水平，如图1（c）所示。图1 几种不同性质的不平衡的振幅变化趋势

01 轴流压缩机的主要性能参数轴流压缩机的主要性能参数有流量、压比、转速、功率与效率。压缩机的流量可用容积流量Q（m3/s）或质量流量G（kg/s）表示，在标准状态或给定的进气状态下二者可以相互换算。压缩机的压比ε=pd/ps，这里pd和ps分别表示压缩机出口与进口的气体压力。通常，在压缩机的进气侧还装有空气过滤器等设备，因而压缩机的进气压力ps总会比外界大气压力pa略低一些。多级轴流压缩机的总压比等于各级压比的乘积，即ε=ε1•ε2•ε3…•εn。压缩机的转速n一般用r/min表示。压缩机的功率是指驱动压缩机所需要的轴功率P，其单位为kW。压缩机的效率有绝热效率ηab、多变效率ηpol、机械效率ηm等。轴流压缩机的每一台产品都用铭牌标明其主要性能参数以及所压缩的工质和进气条件。02 轴流压缩机的特性曲线与工况调节1）特性曲线轴流压缩机与离心压缩机一样，其主要特性参数为压缩机压比ε、效率η与功率P。它们可由压缩机的进口温度T1、进口压力ps、转速n、质量流量G或容积流量Q等独立参数来确定。通常把轴流压缩机的主要性能参数ε、η与决定工作状况的独立参数之间的关系称为压缩机的特性，常用特性曲线表示，即在一定的进口温度T1和进口压力ps下，绘出不同转速n时的压缩机压比ε、效率η与流量的关系曲线，即为压缩机的特性曲线或性能曲线。特性曲线反映了压缩机的气动参数、热力参数、结构参数与结构形式等因素的综合关系。利用特性曲线可以方便地了解轴流压缩机的基础性能，判断稳定工况范围及不稳定工况位置，确保设计工况条件，选择满足要求的压缩机。实际应用中，为了方便，常将ε=f1（n，Q）曲线与η=f2（n，Q）曲线画在同一张图上，绘制方法如图1所示。这种给定进口条件下的特性曲线称为正常特性曲线，如果进口条件改变，则正常特性曲线也随之改变。 图1 轴流压缩机的特性曲线区与离心压缩机一样，当环境条件变化时，会影响压缩机的特性曲线，为了使轴流压缩机特性曲线不受进气条件变化的影响，在各种不同的进气条件下，都能够直接应用轴流压缩机的同一特性曲线，可以应用相似原理，利用相似参数来绘制轴流压缩机的特性曲线，这就是轴流压缩机的通用特性曲线，如图2所示。 图2 轴流压缩机的通用特性曲线2）性能特点由通用特性曲线图可以看出，轴流压缩机具有如下性能特点：a）在一定的转速下，随着流量增大，压比下降；流量减小，压比增大。b）随着转速的增大，压比显著提高，特性曲线也变得更陡峭，稳定工作区变窄，并向大流量区移动。c）当转速一定，在某一进口流量下，压缩机效率有最大值，其效率曲线有最高位置。d）压缩机级数越多，压比越高，变工况时性能变化就更为敏感，则特性曲线就越陡，稳定工作区也越窄。e）存在喘振与阻塞等不稳定工况。轴流压缩机的特性曲线与离心压缩机有许多相似的特点，但由于轴流压缩机与离心压缩机的结构形式有很大的区别，它们在特性曲线上也存在着一些差异，并有各自的特点。图3为两台进口流量变化范围大致相同的轴流压缩机和离心压缩机的特性曲线图。 图3 轴流压缩机与离心压缩机变转速时的性能曲线比较从图3中可看出两种压缩机特性曲线的差异：a）轴流压缩机效率比较高。这是由于在轴流压缩机中气体直接从一级进入下一级，流道短。b）轴流压缩机级压比低。因为轴流压缩机利用叶栅流道扩压原理来提高气体压力，而离心压缩机则主要依靠离心力的作用来提高气体压力，故轴流压缩机的级压比低于离心压缩机。c）轴流压缩机稳定工况范围较窄。这是因为轴流压缩机叶栅对气流冲角的变化比较敏感，故其特性曲线与离心压缩机相比较陡，稳定工作区较窄。d）轴流压缩机的输入功率一般随流量增加而减小。

机械密封是一种旋转机械的轴封装置，主要用于离心泵、离心机、反应釜和压缩机等设备。机械密封又叫端面密封，是由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力（或磁力）的作用以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。今天因大师给大家分享的是国内某石化公司一个水厂的立式悬臂泵的机械密封故障诊断案例。01 设备告警该石化公司与因联科技合作由来已久，其水厂依托因联iPHM设备健康智能维护云平台，实时监测厂内机泵、风机、压缩机等关键机组的运行情况，及时发现设备故障并预警，避免设备因突发性故障引起的非计划停机，保障工厂生产正常运行。该水厂一立式悬臂泵于2022年2月中旬停机，直到5月11日才重新开机。当天诊断工程师收到微信小程序告警通知，提示开机后泵两端振动快速上升，泵驱动端V速度最大值达到12mm/s，泵非驱动端加速度最大值达到120m/s2，包络值最大值达到300m/ s2，触发设备4级报警。图1 PHM系统报警通知02 故障诊断该立式悬臂泵基础信息如下：额定转速：1480RPM 额定功率：45kW电机驱动端轴承型号：6313 电机非驱动端轴承型号：6312联轴器类型：弹性柱销联轴器 泵两端轴承型号：6312从iPHM设备健康智能维护云平台显示的机组振动趋势图（图2）可以看出， 5月12日开机后泵非驱动端振动值急剧上升，5月13日加速度包络峰值最高达到300m/s2。图2 机组振动趋势图图3泵非驱动端A加速度包络解调频谱图显示，泵非驱动端A包络解调分析主要以轴承外圈故障频率及其倍频为主，说明泵端轴承存在外圈损伤故障。图3 泵非驱动端包络解调频谱图泵驱动端V速度上升明显，且频谱中主要为未知频率谐波（排除转频及谐波、轴承故障频率及谐波、工频），速度频谱中低频段能量较高，考虑该类设备机械密封常出现故障，因此建议现场工程师同时检测机械密封是否存在泄漏。图4 泵驱动端V速度频谱综上分析，该立式悬臂泵存在轴承故障等故障，诊断师跟工厂管理人员做了沟通，建议现场及时停机检修，检修更换泵端机械密封和轴承。03 拆机验证现场工程师根据系统显示情况于5月13日立即停机安排检修，经检修发现机械密封泄露、轴承存在损伤；现场更换了轴承和机械密封。检修完成后振动幅值明显下降。设备报警消除。检修后于5月25日开机，该立式悬臂泵的振动幅值下降至良好范围，运行状态良好。图5 检修前后泵两端振动趋势图