一種轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備振動(dòng)故障的快速診斷方法

王曉呂，柳 瑩

（陜西未來(lái)能源化工有限公司，陜西榆林 719000）

進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)及經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)的煤化工及石油化工行業(yè)取得了巨大的發(fā)展，裝置生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)裝置不斷朝著大型化、自動(dòng)化、智能化發(fā)展。轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備與靜設(shè)備相比，不僅造價(jià)高，而且因結(jié)構(gòu)復(fù)雜、轉(zhuǎn)速高等原因更加容易發(fā)生故障；而轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備一旦發(fā)生故障壞，就會(huì)對(duì)裝置的生產(chǎn)造成波動(dòng)，關(guān)鍵機(jī)組的故障甚至?xí)斐烧麄€(gè)裝置的被動(dòng)停車(chē)，給整個(gè)裝置帶來(lái)巨大的損失。

為了盡可能地減少因轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備故障帶來(lái)的損失，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家從故障發(fā)生的原因、故障表現(xiàn)等各方面總結(jié)，發(fā)展出了狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷理論。與自動(dòng)化程度的大型裝置所采用的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)及遠(yuǎn)程診斷相比，本文總結(jié)了一些能夠快速、初步診斷轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備振動(dòng)故障的方法。

1 常見(jiàn)振動(dòng)故障的種類(lèi)及特征表現(xiàn)

1.1 轉(zhuǎn)子不平衡

轉(zhuǎn)子不平衡是由于轉(zhuǎn)子部件質(zhì)量偏心或轉(zhuǎn)子部件出現(xiàn)缺損造成的故障，它是轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備最常見(jiàn)的故障。

轉(zhuǎn)子不平衡的主要振動(dòng)特征：

（1）振動(dòng)方向以水平方向振動(dòng)為主，水平方向振動(dòng)大于垂直方向振動(dòng)；

（2）波形為典型的正弦波；

（3）臨界轉(zhuǎn)速以下，振動(dòng)值隨轉(zhuǎn)速的增大而增大；（4）振動(dòng)頻率為工頻為主。

1.2 不對(duì)中

轉(zhuǎn)子不對(duì)中包括軸系不對(duì)中和軸承不對(duì)中兩種情況。軸系不對(duì)中是指轉(zhuǎn)子連接后各轉(zhuǎn)子的軸線不在同一條直線上。軸承不對(duì)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(duì)中多指軸系不對(duì)中。

不對(duì)中的主要振動(dòng)特征：

（1）振動(dòng)方向以軸向振動(dòng)為主，靠近聯(lián)軸器兩側(cè)振動(dòng)大；（2）波形為“m”或“w”型；

（3）振動(dòng)頻率為2倍工頻，同時(shí)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(tái)離心壓縮機(jī)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1 500r/min（轉(zhuǎn)頻25Hz），該機(jī)自從更換減速器后振動(dòng)增大，①點(diǎn)水平方向振動(dòng)值6.36mm/s，位移150μm，超出正常范圍。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示，①點(diǎn)振動(dòng)頻譜如圖2所示。

在停機(jī)檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器對(duì)中性嚴(yán)重超差，在垂直方向，兩軸心偏移量達(dá)0.15mm。通過(guò)調(diào)整改善聯(lián)軸器的對(duì)中性后，①點(diǎn)振動(dòng)值下降，Vrms=2.12mm/s，D=6μm。其時(shí)頻譜結(jié)構(gòu)也發(fā)生了顯著的變化，3倍頻已經(jīng)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(jī)組運(yùn)行狀態(tài)良好。

圖1 離心壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖2 離心壓縮機(jī)①點(diǎn)振動(dòng)頻譜圖

1.3 松動(dòng)

支承系統(tǒng)配合間隙誤差過(guò)大或配合過(guò)盈不足，或是配合面的連接螺栓緊固不牢發(fā)生的異常振動(dòng)。

松動(dòng)的主要振動(dòng)特征：①振動(dòng)方向以垂直方向振動(dòng)為主；一般垂直方向大于水平方向振動(dòng)；②振動(dòng)時(shí)域波形圖出現(xiàn)毛刺；③松動(dòng)結(jié)合面兩邊，振幅有明顯差別；④出現(xiàn)精確的倍頻2X，3X…等成分。

例：某發(fā)電廠1#發(fā)電機(jī)組，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3所示：

圖3 1#發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

汽輪機(jī)前、后軸承各方向振動(dòng)數(shù)值如表1所示。

表1 汽輪機(jī)前、后軸承各方向振動(dòng)數(shù)值

汽輪機(jī)后軸承①處振動(dòng)波形圖及頻譜圖如圖4所示。

圖4 汽輪機(jī)后軸承①處振動(dòng)波形圖及頻譜圖

停機(jī)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)后軸承的一側(cè)有兩顆地腳螺栓沒(méi)有上緊，原因在于預(yù)留熱膨脹間隙過(guò)大。后來(lái)按要求旋緊螺母，振幅則從85μm下降至27μm，其余各點(diǎn)的振動(dòng)值也有所下降，實(shí)現(xiàn)了平穩(wěn)運(yùn)行。

1.4 滾動(dòng)軸承故障

滾動(dòng)軸承在運(yùn)行過(guò)程中，由于裝配不當(dāng)、潤(rùn)滑不良、水分和異物侵入、腐蝕和過(guò)載等可能使軸承過(guò)早損壞。即使不出現(xiàn)上述情況，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，軸承也會(huì)出現(xiàn)疲勞剝落和磨損而不能正常工作。

滾動(dòng)軸承故障的主要振動(dòng)特征：①振動(dòng)時(shí)域波形圖出現(xiàn)沖擊成分；②頻譜圖出現(xiàn)明顯的高倍頻成分；③隨著故障發(fā)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(zhuǎn)速頻率成非整數(shù)倍的，幾乎就可以判斷為滾動(dòng)軸承問(wèn)題了。

2 常見(jiàn)振動(dòng)故障的快速診斷

結(jié)合常見(jiàn)振動(dòng)故障的種類(lèi)及特征表現(xiàn)，可以得出以下結(jié)論：

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

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

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

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

3 結(jié)束語(yǔ)

以上僅為根據(jù)振動(dòng)大小、方向及振動(dòng)頻譜圖得出的初步結(jié)論，不代表最終結(jié)論，但可以快速分析出大部分轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備振動(dòng)故障的原因。