狀態(tài)監(jiān)測(cè)在化工設(shè)備中的應(yīng)用

張 崴 王志強(qiáng) 陳燕鵬

根據(jù)多年的監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn)，即使是同類(lèi)設(shè)備由于轉(zhuǎn)動(dòng)部件、聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)及使用條件存在較大差異，對(duì)同樣的激振力產(chǎn)生的振動(dòng)表現(xiàn)是不一樣的。為此針對(duì)各類(lèi)設(shè)備部件故障振動(dòng)特點(diǎn)，應(yīng)用振動(dòng)加速度、速度、位移等不同參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將其應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡校核中。

一、應(yīng)用振動(dòng)加速度診斷滾動(dòng)軸承和往復(fù)式壓縮機(jī)的高頻振動(dòng)故障

振動(dòng)加速度對(duì)高頻振動(dòng)敏感，可度量分析滾動(dòng)軸承損壞和往復(fù)式壓縮機(jī)碰撞、沖擊、拉缸等高頻振動(dòng)故障。

例1 SA-5175W型雙螺桿壓縮機(jī)（滾動(dòng)軸承）。在壓縮機(jī)主副轉(zhuǎn)子前后軸承處設(shè)定監(jiān)測(cè)點(diǎn)，2009年3月27日振動(dòng)突增（數(shù)值見(jiàn)表1），特別是加速度最大增至77.7cm/s2，停機(jī)拆檢發(fā)現(xiàn)因潤(rùn)滑油中含水量過(guò)高，導(dǎo)致潤(rùn)滑不良軸承磨損嚴(yán)重，修復(fù)后各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)降至正常值。

由表1可看出，檢修后速度、位移數(shù)值略有降低，加速度值則大幅降低。因此對(duì)于滾動(dòng)軸承應(yīng)密切監(jiān)測(cè)加速度變化情況，以此判斷設(shè)備狀態(tài)。同時(shí)因?yàn)槿魏螐?fù)雜的周期振動(dòng)信號(hào)幅值都是各次諧波幅值分量之和，而加速度各次諧波幅值分量與其頻率的平方成正比，所以設(shè)備運(yùn)行中加速度值在一定范圍內(nèi)波動(dòng)屬正常。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)當(dāng)加速度值增至基準(zhǔn)級(jí)值（即在相同工況下設(shè)備運(yùn)行正常時(shí)，對(duì)設(shè)備同一部位進(jìn)行測(cè)量，并把其中大多數(shù)較低振動(dòng)級(jí)值的平均值作為基準(zhǔn)級(jí)值）的3至4倍時(shí)應(yīng)及時(shí)檢修，以免發(fā)生破壞性故障。

例2 LS6F2W10型活塞式制冷機(jī)組（功率45kW，工頻16Hz）。正常時(shí)加速度頻譜圖如圖1所示。2008年10月20日缸蓋處振動(dòng)加速度值突增至45m/s2，速度和位移值沒(méi)有明顯變化，伴有噪聲，加速度頻譜圖如圖2所示。

表1 檢修前后振動(dòng)值

比較圖1與圖2可知：①圖1a振動(dòng)加速度為6.3m/s2，時(shí)域波中未見(jiàn)明顯工頻沖擊，圖2a中升高至31.3m/s2，且衰減較快，具有沖擊性，沖擊間隔時(shí)間為60ms，沖擊頻率16Hz，與工頻相同。②幅值譜顯示加速度響應(yīng)的整個(gè)頻率段可劃分為三個(gè)頻帶，即 0～1.5kHz，1.5～3.0kHz，3.0～4.0kHz，圖 1b 顯示振動(dòng)能量主要集中在第一、二頻帶，圖2b顯示振動(dòng)能量主要集中在第二、三頻帶。

綜合以上分析，懷疑擊缸，及時(shí)停機(jī)，拆檢發(fā)現(xiàn)缸體中有異物。擊缸振動(dòng)特點(diǎn)為：引發(fā)高頻振動(dòng)，加速度數(shù)值增幅最大，時(shí)域波衰減較快，具有沖擊性，沖擊頻率與工頻相同。

二、應(yīng)用振動(dòng)速度診斷滑動(dòng)軸承、彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器等中低頻振動(dòng)故障

滑動(dòng)軸承、彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器所引起的振動(dòng)頻率在1kHz以下，采用旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)烈度即振動(dòng)速度均方根值vrms作為評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，分析中低頻故障。

例1 S-518J4BM-0608UI-F型屏蔽泵（功率22kW，工頻50Hz）軸承為石墨滑動(dòng)軸承，監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)前軸承vrms值穩(wěn)定，后軸承水平和垂直振動(dòng)vrms均呈增大趨勢(shì)，數(shù)值相當(dāng)，頻譜圖相似。后軸承水平方向振動(dòng)時(shí)域波細(xì)化和幅值譜如圖3、4所示。

屏蔽泵僅后軸承振動(dòng)增大，排除轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡不良、彎曲變形、氣蝕等故障；振動(dòng)加速度值未增大，排除碰摩沖擊性故障；泵軸承為正循環(huán)式冷卻，排除冷卻不良問(wèn)題。圖3中時(shí)域波為疊加波形，特征頻率為工頻和2倍、3倍工頻，圖4時(shí)域波為正弦波，特征頻率為工頻。綜和分析診斷為軸承內(nèi)徑磨損量超標(biāo)。拆檢測(cè)量軸內(nèi)徑磨損量達(dá)0.6mm,更換新軸承，振動(dòng)降至正常值。屏蔽泵石墨軸承磨損故障特征：水平和垂直振動(dòng)vrms同時(shí)增大，且頻譜圖相似，振動(dòng)加速度變化不大；時(shí)域波細(xì)化圖為正弦波，時(shí)間間隔20ms，與工頻相同，特征頻率為工頻。

例2 YCLG20CF2B型螺桿制冷機(jī)組（功率250kW,工頻49.33Hz）與電機(jī)連接形式為彈性聯(lián)軸器。該機(jī)組2008年6月聯(lián)軸器側(cè)軸承振動(dòng)vrms增至4.5mm/s，頻譜圖如圖5所示。

彈性聯(lián)軸器對(duì)中補(bǔ)償性好，很少發(fā)生對(duì)中不良引起的振動(dòng)，且軸向振動(dòng)正常，排除對(duì)中不良；另一側(cè)軸承處振動(dòng)正常，排除轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡不良引發(fā)的振動(dòng)；壓縮機(jī)為滾動(dòng)軸承，而加速度未增大，排除軸承故障。初步判斷為聯(lián)軸器柱銷(xiāo)磨損。因?yàn)閱螜C(jī)運(yùn)行無(wú)法停機(jī)，密切監(jiān)測(cè)，連續(xù)運(yùn)行3個(gè)月內(nèi)vrms穩(wěn)定在4.5～5.0mm/s范圍內(nèi)。9月停車(chē)檢修更換聯(lián)軸器柱銷(xiāo)后振動(dòng)降至1.2mm/s，頻譜圖如圖6。

彈性聯(lián)軸器振動(dòng)特征。磨損故障時(shí)（圖5）：①主要振動(dòng)頻率為工頻，振幅方向?yàn)閺较?，主要引起低頻振動(dòng)，vrms明顯增大，加速度值無(wú)變化。②振動(dòng)在3個(gè)月內(nèi)保持相對(duì)穩(wěn)定，無(wú)劇烈增幅，可繼續(xù)運(yùn)行。③時(shí)域波形為正弦形，特證頻率為工頻。正常時(shí)（圖6）的時(shí)域波為疊加波形，常伴2×、4×工頻。

三、振動(dòng)監(jiān)測(cè)在現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡校核中的應(yīng)用

機(jī)組電機(jī)采用便攜式動(dòng)平衡儀校核通常精度達(dá)不到要求，帶負(fù)荷一次性試車(chē)合格率低。為此將振動(dòng)監(jiān)測(cè)應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡校核，通過(guò)監(jiān)測(cè)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)振動(dòng)值檢驗(yàn)校核效果，作為進(jìn)一步校核的依據(jù)。

例1 -15℃冷凍機(jī)組電機(jī)（型號(hào)C647AA-1，功率1226kW，轉(zhuǎn)速2966r/min，薄壁瓦式軸承）前后軸承振動(dòng)呈增大趨勢(shì)，尤其是非軸伸側(cè)水平向增幅最大，vrms增至6.2mm/s。經(jīng)分析確定為動(dòng)平衡不良。

由于支撐剛度的不同，轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡不良時(shí)主要振幅方向?yàn)樗较?，所以校核時(shí)主要監(jiān)測(cè)水平向振動(dòng)。方法如下：

（1）拆下聯(lián)軸器，電機(jī)第一次空載運(yùn)轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)振動(dòng)（見(jiàn)表2）。

（2）便攜式動(dòng)平衡儀檢測(cè),根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分別在軸伸端和非軸伸端一定方位上加適重動(dòng)平衡調(diào)整片。

表2 電機(jī)監(jiān)測(cè)振動(dòng)值

表3 前后軸承軸向、水平、垂直向振動(dòng)值

（3）電機(jī)再次空載運(yùn)轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)振動(dòng)，反復(fù)進(jìn)行步驟2～3直至所加平衡調(diào)整片重量≤2g（此值根據(jù)電機(jī)功率確定），且vrms＜1.0mm/s。第二次校驗(yàn)后空載振動(dòng)值見(jiàn)表2。

（4）空載振動(dòng)達(dá)要求后，帶負(fù)荷試車(chē)測(cè)前后軸承軸向、水平、垂直向振動(dòng)（表3）。振動(dòng)值均在較低范圍內(nèi)，動(dòng)平衡校核效果良好。

四、結(jié)論

根據(jù)不同設(shè)備部件振動(dòng)特點(diǎn)，應(yīng)用故障敏感參數(shù)進(jìn)行頻譜分析，設(shè)備狀態(tài)判斷和故障診斷準(zhǔn)確度顯著提高；振動(dòng)監(jiān)測(cè)應(yīng)用于動(dòng)平衡校核中，提高了校核精度和帶負(fù)荷一次性試車(chē)成功率，停機(jī)時(shí)間短。

1 盛兆順，尹琦嶺.設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003

2 王江萍.機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)及應(yīng)用[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2001

3 岑漢利.化工機(jī)械測(cè)試技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1989

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