一種轉動設備振動故障的快速診斷方法

王曉呂，柳 瑩

（陜西未來能源化工有限公司，陜西榆林 719000）

進入二十一世紀以來，隨著科學技術及經濟的不斷發展，我國的煤化工及石油化工行業取得了巨大的發展，裝置生產規模不斷擴大，生產裝置不斷朝著大型化、自動化、智能化發展。轉動設備與靜設備相比，不僅造價高，而且因結構復雜、轉速高等原因更加容易發生故障；而轉動設備一旦發生故障壞，就會對裝置的生產造成波動，關鍵機組的故障甚至會造成整個裝置的被動停車，給整個裝置帶來巨大的損失。

為了盡可能地減少因轉動設備故障帶來的損失，國內外專家從故障發生的原因、故障表現等各方面總結，發展出了狀態監測與故障診斷理論。與自動化程度的大型裝置所采用的轉動設備狀態監測及遠程診斷相比，本文總結了一些能夠快速、初步診斷轉動設備振動故障的方法。

1 常見振動故障的種類及特征表現

1.1 轉子不平衡

轉子不平衡是由于轉子部件質量偏心或轉子部件出現缺損造成的故障，它是轉動設備最常見的故障。

轉子不平衡的主要振動特征：

（1）振動方向以水平方向振動為主，水平方向振動大于垂直方向振動；

（2）波形為典型的正弦波；

（3）臨界轉速以下，振動值隨轉速的增大而增大；（4）振動頻率為工頻為主。

1.2 不對中

轉子不對中包括軸系不對中和軸承不對中兩種情況。軸系不對中是指轉子連接后各轉子的軸線不在同一條直線上。軸承不對中是指軸頸在軸承中偏斜，軸頸與軸承孔軸線相互不平行。通常所講不對中多指軸系不對中。

不對中的主要振動特征：

（1）振動方向以軸向振動為主，靠近聯軸器兩側振動大；（2）波形為“m”或“w”型；

（3）振動頻率為2倍工頻，同時也存在工頻和多倍頻，但以工頻和2倍工頻為主。

例：某廠一臺離心壓縮機，電動機轉速1 500r/min（轉頻25Hz），該機自從更換減速器后振動增大，①點水平方向振動值6.36mm/s，位移150μm，超出正常范圍。結構簡圖如圖1所示，①點振動頻譜如圖2所示。

在停機檢查時，發現聯軸器對中性嚴重超差，在垂直方向，兩軸心偏移量達0.15mm。通過調整改善聯軸器的對中性后，①點振動值下降，Vrms=2.12mm/s，D=6μm。其時頻譜結構也發生了顯著的變化，3倍頻已經消失，2倍頻分量的幅值變得非常弱小，1倍頻分量也大大減弱了，機組運行狀態良好。

圖1 離心壓縮機結構簡圖

圖2 離心壓縮機①點振動頻譜圖

1.3 松動

支承系統配合間隙誤差過大或配合過盈不足，或是配合面的連接螺栓緊固不牢發生的異常振動。

松動的主要振動特征：①振動方向以垂直方向振動為主；一般垂直方向大于水平方向振動；②振動時域波形圖出現毛刺；③松動結合面兩邊，振幅有明顯差別；④出現精確的倍頻2X，3X…等成分。

例：某發電廠1#發電機組，結構簡圖如圖3所示：

圖3 1#發電機組結構簡圖

汽輪機前、后軸承各方向振動數值如表1所示。

表1 汽輪機前、后軸承各方向振動數值

汽輪機后軸承①處振動波形圖及頻譜圖如圖4所示。

圖4 汽輪機后軸承①處振動波形圖及頻譜圖

停機檢查時發現汽輪機后軸承的一側有兩顆地腳螺栓沒有上緊，原因在于預留熱膨脹間隙過大。后來按要求旋緊螺母，振幅則從85μm下降至27μm，其余各點的振動值也有所下降，實現了平穩運行。

1.4 滾動軸承故障

滾動軸承在運行過程中，由于裝配不當、潤滑不良、水分和異物侵入、腐蝕和過載等可能使軸承過早損壞。即使不出現上述情況，經過一段時間運轉，軸承也會出現疲勞剝落和磨損而不能正常工作。

滾動軸承故障的主要振動特征：①振動時域波形圖出現沖擊成分；②頻譜圖出現明顯的高倍頻成分；③隨著故障發展，它的幅值增加，并有諧波和變頻；④每一種零件有其特殊的故障頻率。

一般在3X以上的峰值且與轉速頻率成非整數倍的，幾乎就可以判斷為滾動軸承問題了。

2 常見振動故障的快速診斷

結合常見振動故障的種類及特征表現，可以得出以下結論：

1）振動主要為水平方向振動，振動頻譜以一倍頻為主，故障原因可能是轉子不平衡；

2）振動主要為軸向方向振動，振動頻譜以一倍頻及二倍頻為主，故障原因可能是軸系不對中；

3）振動主要為垂直方向振動，振動頻譜出現精確的倍頻2X，3X…等成分，故障原因可能是松動；

4）振動波形出現明顯的高倍頻成分，且伴有諧波和變頻，可以考慮為滾動軸承故障的可能。

3 結束語

以上僅為根據振動大小、方向及振動頻譜圖得出的初步結論，不代表最終結論，但可以快速分析出大部分轉動設備振動故障的原因。