XPR-30001db系統(tǒng)在旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)故障診斷中的應(yīng)用

何 杉

作者通聯(lián)：中海石油技術(shù)檢測(cè)有限公司 天津市塘沽區(qū)東沽石油新村二區(qū)554信箱 300452

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1.概述

電機(jī)、離心泵、壓縮機(jī)、透平發(fā)電機(jī)、風(fēng)機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械是石油、化工、電力、冶金等行業(yè)的主要設(shè)備，在使用過(guò)程中轉(zhuǎn)子經(jīng)常出現(xiàn)各種故障，如果不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理，將會(huì)影響生產(chǎn)正常進(jìn)行。目前中海油自營(yíng)油田的動(dòng)設(shè)備基本上采用狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)診斷故障，在實(shí)施過(guò)程中經(jīng)常遇到不平衡、不對(duì)中、松動(dòng)等故障，這些不同的故障在頻譜中常常都表現(xiàn)為以工頻為主導(dǎo)，單從頻譜上去分析往往難以區(qū)別故障類型。需要再做軸心軌跡、測(cè)相位進(jìn)一步加以區(qū)別。做軸心軌跡要雙通道同時(shí)監(jiān)測(cè)，并且需要鍵相信號(hào)；測(cè)相位時(shí)則需要相位儀，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施起來(lái)比較麻煩。

法國(guó)泛泰克斯開(kāi)發(fā)的一套設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析軟件XPR-30001db系統(tǒng)具有圓形視圖分析功能，它根據(jù)單通道振動(dòng)數(shù)據(jù)就可以模擬轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)中心位置的變化，類似于軸心軌跡。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)不平衡、不對(duì)中、松動(dòng)等故障時(shí)，時(shí)域波形低通或帶通濾波后的圓形視圖表現(xiàn)出不同的形狀，對(duì)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷有重要的參考價(jià)值，能很好地區(qū)分上述不同的故障類型。使用該系統(tǒng)不需要雙通道同時(shí)采集數(shù)據(jù)和相位儀，現(xiàn)場(chǎng)使用方便。

2.XPR-30001db系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

當(dāng)故障類型不同時(shí)，直接對(duì)原始數(shù)據(jù)做出的圓形視圖形狀特征不明顯，難以區(qū)分故障類型，但是對(duì)原始數(shù)據(jù)低通或帶通濾波后的圓形視圖形狀有明顯的不同，容易區(qū)分。濾波時(shí)不能隨便設(shè)置截止頻率，需要根據(jù)設(shè)備的轉(zhuǎn)速，頻譜中頻率的主要成分，濾除一些噪聲信號(hào)，保留頻譜的主要頻率成分。

不平衡的圓形視圖成圓形或橢圓形；不對(duì)中的圓形視圖成雙橢圓形（外8字形或內(nèi)8字形）；松動(dòng)的圓形視圖成梅花狀或齒輪狀，沿圓周方向有幾個(gè)突起，有些紊亂，不像不平衡和不對(duì)中時(shí)那么規(guī)則。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際中由于受到軸承型號(hào)、油膜力、轉(zhuǎn)子重力、外加載荷等多種激勵(lì)力的影響，情況是復(fù)雜的，圓形視圖的形狀會(huì)有所變化，但是不同的故障類型所對(duì)應(yīng)的圓形視圖形狀有明顯的不同。

（1）熱油鍋爐風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡

該風(fēng)機(jī)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)離心風(fēng)扇，2009年3月27日監(jiān)測(cè)時(shí)電機(jī)振動(dòng)速度值偏高，電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端垂直方向最高達(dá)到24.8mm/s，速度頻譜中以49.83Hz工頻為主導(dǎo)。由于工頻為49.83Hz，并且頻譜中的主要頻率成分在100Hz以下，所以設(shè)置上限截止頻率為100Hz，低通濾波后的圓形視圖成橢圓形，并且旋轉(zhuǎn)中心有點(diǎn)偏離幾何中心（圖1）。

參照軸心軌跡的判斷方法判斷為轉(zhuǎn)子不平衡，維修后機(jī)組振動(dòng)有明顯下降，2009年5月14日監(jiān)測(cè)時(shí)電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端垂直方向振動(dòng)速度值降為2.18 mm/s。

（2）生產(chǎn)水泵不對(duì)中

該生產(chǎn)水泵為雙螺桿泵，機(jī)組振動(dòng)速度值偏高，從動(dòng)螺桿非驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)速度總值達(dá)到19.4mm/s，速度頻譜中以24.89Hz的工頻為主導(dǎo)，同時(shí)出現(xiàn)一些幅值較小的諧波。由于頻譜中的頻率成分主要在200Hz以下，所以設(shè)置上限截止頻率為200Hz，低通濾波后的圓形視圖成雙橢圓，內(nèi)8字形（ 圖2）。

維修時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)組對(duì)中偏差較大，該機(jī)組對(duì)出口閥改型后（比原來(lái)的出口閥大），受管線應(yīng)力影響泵的位置相對(duì)基礎(chǔ)有移位，從而造成不對(duì)中，機(jī)組維修后泵端振動(dòng)值在5mm/s左右。

（3）引流風(fēng)機(jī)不對(duì)中

圖1 風(fēng)機(jī)低通濾波后的圓形視圖

圖2 生產(chǎn)水泵低通濾波后的圓形視圖

圖3 引流風(fēng)機(jī)帶通濾波后的圓形視圖

圖4 海水泵帶通濾波后的圓形視圖

該引流風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)為電機(jī)驅(qū)動(dòng)懸臂式離心風(fēng)機(jī)，由于軸較長(zhǎng)在泵艙風(fēng)扇側(cè)有兩個(gè)支撐軸承。機(jī)組振動(dòng)速度總值偏高，電機(jī)驅(qū)動(dòng)端垂直方向振動(dòng)速度值達(dá)到21.1mm/s，軸向振動(dòng)速度值11.9mm/s，速度頻譜中主要以49.41Hz工頻為主導(dǎo)。由于頻譜中頻率的主要成分在49～200Hz之間，所以設(shè)置截止頻率為49Hz、200Hz，帶通濾波后的圓形視圖成雙橢圓外8字形（圖3），這是不對(duì)中的另外一種形式。

維修時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)組由于基礎(chǔ)強(qiáng)度不足導(dǎo)致對(duì)中不良，增加基礎(chǔ)強(qiáng)度并重新對(duì)中后振動(dòng)降為正常水平。

（4）防海生物裝置海水泵支撐連接螺栓松動(dòng)

該防海生物裝置海水泵為單級(jí)離心泵，三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)。2012年3月24日監(jiān)測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)泵端振動(dòng)偏高，水平方向振動(dòng)速度值最高達(dá)到38.2mm/s，頻譜中以工頻為主導(dǎo)，并伴有多倍諧波，其中前四階諧波幅值較明顯，后面的諧波不明顯。由于頻譜圖中工頻為49.15Hz，頻率的主要成分在49～300Hz，因此對(duì)原始數(shù)據(jù)選擇49～300Hz帶通濾波，濾波后數(shù)據(jù)的圓形視圖成梅花狀或齒輪狀，沿圓周方向有幾個(gè)突起，有些紊亂，不像不平衡和不對(duì)中時(shí)那么規(guī)則（圖4）。

現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)泵端支撐連接螺栓（泵近聯(lián)軸器位置的水平連接螺栓，不是基礎(chǔ)固定的螺栓）松動(dòng)嚴(yán)重。緊固支撐連接螺栓后振動(dòng)有大幅度下降，泵驅(qū)動(dòng)端由 38.2下降到8.97 mm/s，垂直方向由25.4下降到 5.66 mm/s，但由于緊固螺栓時(shí)沒(méi)有對(duì)機(jī)組對(duì)中調(diào)整，導(dǎo)致機(jī)組對(duì)中狀態(tài)欠佳。