轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備振動(dòng)頻譜分析案例

韓國良

（大慶煉化公司電儀運(yùn)行中心，黑龍江大慶 163000）

0 引言

在化工生產(chǎn)中由機(jī)械振動(dòng)引起的設(shè)備損壞率很高，設(shè)備損壞的嚴(yán)重程度又與振動(dòng)的大小有直接關(guān)系。而振動(dòng)信號(hào)中又包含著豐富的設(shè)備狀態(tài)信息，通過振動(dòng)采集設(shè)備可以采集到設(shè)備振動(dòng)的時(shí)域波形，再通過傅里葉變換轉(zhuǎn)換成頻域譜圖，通過頻域譜圖就可以發(fā)現(xiàn)一些設(shè)備運(yùn)行的特征頻率，不同的特征頻率往往對(duì)應(yīng)著一定的故障類別。

1 轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備振動(dòng)頻譜分析案例

1.1 不平衡

轉(zhuǎn)子不平衡是指轉(zhuǎn)子受材料質(zhì)量、加工、裝配以及運(yùn)行中多種因素的影響，其質(zhì)量中心和旋轉(zhuǎn)中心線之間存在一定量的偏心距，使得轉(zhuǎn)子在工作時(shí)形成周期性的離心力干擾，在軸承上產(chǎn)生動(dòng)載荷，從而引起機(jī)器振動(dòng)的現(xiàn)象。在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障中最常見。

當(dāng)發(fā)生不平衡振動(dòng)時(shí)，其故障特征主要表現(xiàn)為如下兩個(gè)方面：

（1）主要引起轉(zhuǎn)子或軸承徑向振動(dòng)，徑向頻譜中轉(zhuǎn)速頻率成分占主導(dǎo)。

（2）時(shí)域上的波形是個(gè)正弦波。

案例1：某動(dòng)力廠動(dòng)力車間鍋爐引風(fēng)機(jī)FL105A，電機(jī)工作轉(zhuǎn)速為980 r/min，風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)為懸臂風(fēng)機(jī)。檢修期間對(duì)鍋爐設(shè)備改造，運(yùn)行一個(gè)月后，監(jiān)測(cè)人員發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)軸承箱水平方向振值逐漸升高，最大振動(dòng)值為4.6 mm/s，頻譜結(jié)構(gòu)以轉(zhuǎn)速頻率16.25 Hz 為主，無其他頻率，時(shí)域波形近似正弦波，風(fēng)機(jī)軸承箱水平方向頻譜（圖1）。

分析診斷過程：在與技術(shù)人員交流中了解到該鍋爐為了節(jié)能環(huán)保進(jìn)行改造，由原瓦斯氣體改為渣油作為燃料，因此煙氣中含有大量的煙灰粉塵。結(jié)合設(shè)備工況與頻譜分析，風(fēng)機(jī)的振動(dòng)趨勢(shì)與漸變不平衡的特征相似，振動(dòng)值大的點(diǎn)在水平方向且以轉(zhuǎn)頻為主，懷疑風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡精度下降，可能有煙灰結(jié)聚在葉輪上。設(shè)備解體檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)葉輪積灰嚴(yán)重，轉(zhuǎn)子清灰后，對(duì)轉(zhuǎn)子重新做動(dòng)平衡，振動(dòng)值回到合格范圍內(nèi)。

1.2 不對(duì)中

圖1 風(fēng)機(jī)軸承箱水平方向頻譜

轉(zhuǎn)子不對(duì)中有兩種情況：一種是軸承不對(duì)中，另一種是軸系不對(duì)中。軸承不對(duì)中主要是指軸頸在軸承中發(fā)生偏斜，軸頸與軸承孔軸線相互不平行。軸系不對(duì)中是指轉(zhuǎn)子聯(lián)接后各轉(zhuǎn)子的軸線不在同一條直線上。

轉(zhuǎn)子不對(duì)中的主要特征為以下兩方面：

（1）軸承不對(duì)中最大振動(dòng)會(huì)出現(xiàn)在不對(duì)中的軸承上，軸系不對(duì)中最大振動(dòng)通常會(huì)出現(xiàn)在不對(duì)中聯(lián)軸器兩側(cè)的軸承上，振動(dòng)值隨轉(zhuǎn)子負(fù)荷的增大而增高。

（2）不對(duì)中的頻譜中主要是2 倍轉(zhuǎn)速頻率成分突出，同時(shí)也存在轉(zhuǎn)速頻率和多倍頻的振動(dòng)成分。

案例2：某動(dòng)力車間鍋爐給水泵P106 電機(jī)，電機(jī)自由側(cè)軸向振動(dòng)上升明顯，振值為5.0 mm/s。電機(jī)額定轉(zhuǎn)速為2980 r/min，機(jī)泵各點(diǎn)振動(dòng)值較小，電機(jī)自由側(cè)振動(dòng)水平3.6 mm/s、垂直1.5 mm/s、軸向5.0 mm/s，電機(jī)聯(lián)軸器側(cè)振動(dòng)合格，電機(jī)自由側(cè)3 個(gè)方向頻譜（圖2）。

結(jié)合振動(dòng)特征與頻譜分析：頻譜結(jié)構(gòu)與不對(duì)中的故障特征相符，但振動(dòng)能量大的點(diǎn)在電機(jī)自由側(cè)而不是發(fā)生在聯(lián)軸器側(cè)，可以排除聯(lián)軸器不對(duì)中的情況，所以軸承不對(duì)中的可能性較大，可能原因是電機(jī)自由側(cè)軸承定位有偏差，軸承壓蓋預(yù)緊力不足。電機(jī)解體檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)電機(jī)自由側(cè)軸承壓蓋松動(dòng)，重新緊固后振動(dòng)下降到合格區(qū)域內(nèi)。

1.3 基礎(chǔ)剛性不足

機(jī)器的底板剛性不足是出現(xiàn)轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)不穩(wěn)定振動(dòng)的常見故障原因。一些振動(dòng)專家認(rèn)為，旋轉(zhuǎn)設(shè)備的振動(dòng)原因大約有20%是由于采用了剛度不足的支撐結(jié)構(gòu)或是基礎(chǔ)松動(dòng)引起的。因此，從機(jī)器軸承座上或殼體上測(cè)得的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行振動(dòng)源判別時(shí)，不能僅僅局限于對(duì)轉(zhuǎn)子的平衡問題、對(duì)中問題或是軸承的結(jié)構(gòu)問題進(jìn)行分析，還應(yīng)把視野擴(kuò)大到機(jī)器的其他部件上，尤其需要考慮的是底板的剛度，機(jī)器與地板的連接剛度，基礎(chǔ)的剛度等部分。在實(shí)際監(jiān)測(cè)中，一般需要進(jìn)行基礎(chǔ)底板的振動(dòng)監(jiān)測(cè)，比較底板四周垂直方向的振動(dòng)大小與偏差情況，以此來判斷底板的支撐是否滿足要求。

圖2 電機(jī)自由側(cè)3 個(gè)方向頻譜

圖3 電機(jī)聯(lián)軸器側(cè)3 個(gè)方向頻譜

案例3：某煉油廠增壓機(jī)，電機(jī)檢修后，電機(jī)整體振動(dòng)值較高且振動(dòng)值有波動(dòng)，電機(jī)自由側(cè)振動(dòng)水平3.1 mm/s、垂直4.6 mm/s、軸向3 mm/s；電機(jī)聯(lián)軸器側(cè)振動(dòng)水平4.4 mm/s、垂直4.2 mm/s、軸向1.6 mm/s，頻譜結(jié)構(gòu)主要以轉(zhuǎn)速頻率的1 倍頻、2倍頻為主。電機(jī)4 個(gè)地腳振值較高，自由側(cè)左右兩端分別為3.6 mm/s、5.3 mm/s；聯(lián)軸器側(cè)左右兩端2.0 mm/s、3.2 mm/s，電機(jī)聯(lián)軸器側(cè)3 個(gè)方向頻譜（見圖3）。

結(jié)合振動(dòng)特征與頻譜分析：首先考慮電機(jī)檢修后，出現(xiàn)故障的可能性較小，所以排除電機(jī)不平衡的故障，頻譜結(jié)構(gòu)與不對(duì)中的故障相似，進(jìn)一步監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)電機(jī)底板四周振動(dòng)偏差較大，所以振動(dòng)頻譜中的一、二倍頻應(yīng)該是基礎(chǔ)的剛性不足放大了不平衡和不對(duì)中的故障。這時(shí)不能簡單地分析為不平衡和不對(duì)中的故障，要結(jié)合設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)工況情況綜合分析。在檢修時(shí)應(yīng)先檢查螺栓緊固情況，若緊固完好，就需要考慮加強(qiáng)基礎(chǔ)剛性。本次基礎(chǔ)加固方法是在電機(jī)的基礎(chǔ)底板上焊接金屬角鋼加固支撐，機(jī)組重新安裝后試運(yùn)行振動(dòng)下降在合格范圍內(nèi)。經(jīng)過頻譜與現(xiàn)場(chǎng)工況分析采用加固基礎(chǔ)的方法成功解決了機(jī)組振動(dòng)的問題并且避免了一次設(shè)備的拆解，節(jié)省了檢修時(shí)間。

2 結(jié)語

以上三類是機(jī)泵等轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備中較常見的振動(dòng)故障，通過頻譜分析基本上可將這些故障診斷出來。但頻譜分析并不是萬能的，它只是振動(dòng)分析的一種方法，在實(shí)際故障診斷中，不僅需要結(jié)合工藝條件、設(shè)備結(jié)構(gòu)還需要結(jié)合其他的監(jiān)測(cè)手段，如噪聲監(jiān)測(cè)、潤滑油鐵譜分析、軸心軌跡等分析方法綜合分析，才能更全面地分析故障原因，只有這樣才能提高故障診斷的準(zhǔn)確性以及提出合理的操作和維修建議。