旋轉設備基礎振動故障診斷及處理

周健成

機體變形、機座松動、基礎共振等故障在振動方向上并不是按照旋轉力的方向變化，而是在某一個方向上出現同相或接近180°的反相位，這種振動稱為定向振動。定向振動與轉子不平衡振動故障的特征都是1倍轉速頻率較高，只從頻譜圖上很難識別這兩種故障，但是通過水平與垂直方向的振動值比率及相位分析，很容易就能識別出來。這種方法特別適用于診斷旋轉設備基礎、機座的振動故障。下面以離心泵的基礎振動為例，闡述旋轉設備基礎、機座振動的故障診斷及處理。

一、問題的提出

廣東大鵬液化天然氣有限公司一臺海水增壓臥式離心泵，由額定轉速為2939r/min的電機驅動，其額定功率為37kW。該機組在投產運行4年后，漸漸出現振動偏大超標的現象，而且有升高的趨勢。電機的振動較大，振動總值最高達到了16mm/s,泵的振動較小，為4mm/s左右（表1）。為此，對電機進行振動數據采集及頻譜分析，結果發現電機的水平和垂直方向頻譜圖上都出現了以1倍轉速頻率為主的振動頻率（圖1）。單從頻譜圖上看，似乎為不平衡故障。但是有些故障如機體變形、基座松動、基礎共振等，也會出現以轉速頻率為主的振動頻率。因此，需要采取其他方法作進一步分析，才能確定故障源。

表1 機組振動總值 mm/s

二、定向振動與不平衡振動故障的識別

定向振動與不平衡振動故障的特點見表2，可從兩個方面進行比較識別：（1）同一軸承水平方向（H）與垂直方向（V）1倍頻振幅的比值，如果H/V接近3或者大于3，則表明是定向振動問題，如果H/V接近1，即水平方向與垂直方向1倍頻振幅比較接近，則很可能是不平衡故障；從圖1可以得知水平方向1倍頻振幅是14.8mm/s，垂直方向為5.5mm/s，兩者的比值接近3，因此定向振動的可能性較大；（2）相位差比較。同一軸承水平方向（H）與垂直方向（V）的相位差，如果接近90°，說明是不平衡問題，如果相位差接近0°或180°，說明是定向振動問題，經過對電機的測量，其同一軸承水平方向與垂直方向的相位差等于2.8°，即接近0°。由此，可以判斷該離心泵的1倍頻與不平衡振動無關，而是屬于定向振動問題。

表2 定向振動與不平衡振動故障的特點

三、查找定向振動故障的根源

確定了設備的振動偏大是屬于定向振動問題后，還需找到振動的真正根源，才能有的放矢，消除振動故障。為此，測量了設備底腳及基座各連接點（圖2）垂直方向振動值（表3、表4）。

從測量結果可以看出：（1）在1～12連接點處，同一連接點的設備底腳與機座底板的振動值很接近，機座底板與工字梁基礎的振動值也很接近，說明它們之間的連接沒有松動，現場檢查各地腳連接螺栓也沒有發現松動現象，因此，松動問題可以排除；（2）在測點13和14處，機座底板與工字梁基礎的振動值相差很大，出現了突變，說明它們之間接觸不好，有間隙；（3）基礎A側的振動值較小，B側的振動值比A側的大得多，特別是測點2、4、6、14四處的振動值尤其大，說明機座底板與工字梁基礎之間的間隙不均勻，B側的比A側的大。通過現場檢查，發現B側工字梁基礎有不同程度的下沉和變形現象，其中測點13處較小，測點14處最大，該處的工字梁基礎與混凝土基礎之間的平墊鐵出現松動，工字梁沒有得到有效的支撐，出現了懸空情況，而機座底板與工字梁之間由于沒有螺栓連接，故也因基礎下沉而出現了間隙，正是由于基礎下沉，導致測點14處的支撐剛性不足，從而引起機座底板與設備一起振動。

表3 設備底腳與機座底板連接點振動總值 mm/s

表4 機座底板與工字梁基礎連接點振動總值 mm/s

四、處理措施及效果

根據基礎振動偏大的原因，采取了以下處理措施：（1）在測點13和14處，機座底板與工字梁基礎之間增加了薄墊片，消除了原先的間隙；（2）在測點14處的工字梁基礎與混凝土基礎之間增加了一組斜墊鐵，確保支撐穩固到位。通過以上兩項措施，基礎的剛性得到了增強，調整后離心泵振動大的現象消失，各測點的振動總值均下降到5mm/s以下，效果十分明顯（表5）。

表5 機組處理后振動總值 mm/s

五、結論

通過以上機組振動分析診斷實例說明，采用1倍轉速頻率在水平與垂直方向的振幅比值及相位分析方法，可以較好地識別旋轉設備的定向振動問題，經過測量比較和分析設備基礎、機座等各連接點的振動值，就能準確地找到振動的故障根源，有針對地采取處理措施來消除振動故障。

1 沈慶根，鄭水英.設備故障診斷[M].北京：化學工業出版社，2005 W 11.12-28