振動監測在轉動設備維護中的應用分析

錢俊峰 張金箭 雷普瑾（長慶油田公司第二采氣廠 陜西榆林719000）

一、概況

轉動設備在運轉過程中，機械本身的旋轉運動和機械部件之間的往復運動都會產生機械振動，超過允許范圍的機械振動的危害都是比較大的，導致機械振動的主要原因是反復力、松動和共振，而其中反復力的危害是最大的。長北天然氣處理廠共有轉動設備100余臺，其中導熱油循環泵P0301A（離心泵）的本體有較長時間的過大振動，污水回注泵P4004C（往復式泵）進口管線振動較大。根據振動情況對這些設備進行分析，并采取相應的解決措施。

二、振動監測簡介

1.振動簡介

振動是指物體或質點在其平衡位置附近所作的往復運動，振動值一般通過位移、速度、加速度來表示。

振動位移：x(t)=A s i n ωt，單位：mm，μm；

振動速度：d x/d t=ωA s i n(ωt+π/2)，單位：mm/s；

振動加速度：d2x/d t2=ω2A s i n(ωt+π)，單位：mm/s2。

2.常見典型振動

機械振動的直接原因一般有如下幾種：轉子的不平衡，對中不好，基礎松動，軸承故障等原因。

3.振動故障分析診斷的任務

振動頻譜圖：復雜振動可以分解為許多不同頻率和不同振幅的諧振，這些諧振的幅值按頻率排列的圖形。

振動故障分析的任務就是通過讀譜圖，把頻譜上的每個頻譜分量與監測的機器的零部件對照聯系，給每條頻譜以物理解釋，從而由此分析出設備的狀態，并由此給出設備最好的保養運行方案。

4.振動故障分析儀器

我們在日常工作中，是通過簡單的測振儀來進行振動數據的錄取，該設備只能簡單錄取振動值，不能夠導出頻譜等數據，對分析故障原因有一定難度。

振動監測需要能夠采集各類數據，導出故障頻譜圖，讓我們便于通過頻譜圖來進行分析，所以我們采用了雙通道振動采集器。

5.設備振動區域分類

根據I SO10816-1，通用設備分為以下四類：

I類——發動機和機器的單獨部件（典型為15K W以下的電機）；

II類——無專用基礎的中型機器(15-75K W)；專用剛性基礎上300 K W以下中型機器；

III類——剛性基礎上的大型機器；

IV類——柔性基礎上的大型機器；

相應的振動烈度等級為:

以上的A、B、C、D區域分別代表：

區 域 A:新交付的機器的振動通常屬于該區域。

區 域 B:機器振動處在該區域通常可長期運行。

區 域C:機器振動處在該區域一般不適宜作長時間連續運行，通常機器可在此狀態下運行有限時間 ，直 到有采取補救措施的合適時機為止。

區域 D:機器振動處在該區域其振動烈度足以導致機器損壞。

三、現場設備振動分析及故障診斷

我們通過對該天然氣處理廠現場2類典型設備進行分析，并給出合理的故障解決方案。

1.導熱油循環泵P0301A-離心泵

（1）歷史振動

表1 通用設備振動區域分類

P0301A熱油泵功率為75K W，轉速為2975R PM；歷史振動一直較大，并曾經對整個基礎進行了扎筋加固，該泵的振動略降低，但幅度不大；隨后更換了備用泵的電機、泵殼和泵軸，振動值均沒有發生明顯變化。

（2）振動分析

下圖為各測試位置的振動采集數值清單：

圖1 實際測得振動值現場分布圖

下面為各測點的振動頻譜圖：

圖2 電機非驅動端垂直方向

圖3 電機驅動端軸向方向

圖4 泵端滾動軸承處水平方向

圖5 泵端滑動軸承處

從以上振動總值及頻譜圖可以看出：

此泵的振動總值最大在泵端滾動軸承位水平方向，達到了12.15mm/s,屬于I SO10816界定的“D級區域，振動過大足以損壞設備”。

此泵的頻譜圖幾乎都是1倍轉速頻率，沒有其它的故障頻率，從這可以判斷此泵沒有其它機械磨損，以及電機軸承、電機轉子條，泵端軸承都沒有損傷。

表2 故障分析

（3）維修措施

基礎加固；

聯軸器做動平衡。

（4）維修后效果分析

以上措施完成后泵運行相關數據如下：

表3 振動分析診斷前后數據對比表

由以上數據可知，聯軸器做了動平衡之后，振動明顯減小，減小范圍在50%以上；基礎加固之后，振動也有相應的減小，減小范圍在20%左右。

2.污水回注泵P4004C-往復泵

（1）歷史振動

P4004C回注污水三柱塞泵功率為55K W，電機轉速為1480 R PM，電機頻率為24.6 H z,柱塞泵的轉速為164 r/mi n;此泵安裝后進口管道振動很大，后加了2處支撐后，振動有了一定的下降，但是仍屬于振動過大狀態。

（2）振動分析

該泵進口管線振動值最大處已達35mm/s，已遠遠超出了可接受范圍。

首先，由于此泵的主要振動來自于進口管道，因此對進口管道各處進行了共振敲擊測試，各測試點振動頻率如下圖所示。

圖6 P4004C進口管線共振分布圖

其次，從該泵進口管線共振分布圖可知，進口管線的多個位置共振頻率非常接近于電機的轉速頻率，產生了共振。由于共振頻率接近電機轉速頻率，對電機的振動頻譜測試和振動值如下所示：

圖7 電機非驅動端水平方向

圖8 電機驅動端垂直方向

表4 P4004C電機端振動值

由上可知，P4004C泵本體的最大振動來自于電機驅動端垂直方向，最大振動值為從頻譜圖看出以1XR PM為主，其它頻率均較低；通過檢測基礎及底座鋼板與電機的相位差，可以確定此電機底板的剛性不良。且由此導致的偏大振動導致了管線共振大加大。

（3）維修措施

根據圖示，需在圖中4處共振明顯點增加固定支撐，同時為了避免多臺泵同時開動時的振動互相疊加放大，建議在每個泵的進口處加裝彈性軟接；并且需將P4004C泵的電機的底板做支撐進行加固。

（4）維修后效果分析

通過在上圖所示4處共振明顯點增加固定支撐，并對電機底板進行加固后，該泵進口管線的最大振動值已由35mm/s降低至5mm/s，已屬于可以安全使用的范圍。

結論

由上分析可知，以上三類設備：離心泵、往復式柱塞泵、螺桿壓縮機均通過振動分析解決了歷史故障。導熱油循環泵P0301A過大振動的主要原因是由于聯軸器的動不平衡和基礎的不穩定，通過做動平衡和基礎的加固，將振動值降至良好范圍內；回注泵P4004C入口管線振動過大的主要原因是電機頻率與管線共振頻率一致，通過對電機基礎加固和管線共振嚴重點進行加固，有效地降低了有害共振。

普通測振儀雖然可以測出振動的大小，但是并不能準確地分析出產生振動的根本原因，由此將會導致頻繁的拆修，且不能從根本上解決振動故障；而通過運用雙通道振動采集器，準確讀取振動頻譜圖，不僅能夠有效的讀出振動值和位置，并能夠準確發現振動方向和振動根本原因，并有效徹底的解決了故障。

［1］姜云峰等.撓性轉子機械平衡的方法和準則.北京.國家質量技術監督局.1999年11月.

［2］李錄平等.從振動頻譜中提取旋轉機械故障特征的方法.武漢.汽輪機技術.1998年2月.

［3］黨捷等.振動分析技術在軸承故障檢測中的應用北京.中國設備工程.2012年4月.