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机械振动案例分析

发布时间：2013-07-12 浏览次数：526

王吉兴
（胜利油田石油化工总厂，山东东营　257000）

　　摘　要：简要介绍了振动分析技术在胜利油田石油化工总厂旋转设备故障诊断中的几个成功案例，内容包括电机软脚、电机轴承过电流、风机轴承安装不当和轴承跑内圈四个案例，其分析和诊断过程对设备故障诊断具有一定的参考价值。
　　关键词：振动频谱；滚动轴承；软脚
　　作为现代设备管理的一项重要技术手段，振动分析技术在石油石化行业开展得相对较早，多年来的大量实践也证明，振动分析技术对保障设备的安全稳定运行、搞好设备预知性维修、对设备维修时机的选取及维修方向的确定均具有相当好的指导意义。可以有的放矢查找问题，避免重复性维修，提高维修效率，降低维修成本。本文通过几个案例，重点介绍了振动分析技术在交流电机故障诊断中的应用。通常来说，该技术能对转子不平衡、不对中、软脚及基础松动、轴承、转条绝缘、相问题等各类故障进行准确诊断。
　　1　电机软脚
　　某电机在检修安装后发现振动值过大，经振动测试，Z大振动值达到8.2mm/s（有效值），典型频谱如图1所示，频谱以一倍转频的振动为主导，兼有较小的两倍线频率100Hz的振动。考虑到电机刚刚检修，转子不平衡的可能性较小；且检修前电机振动正常，基本可以排除基础支撑薄弱的可能，故对此做了软脚测试，如图2所示。图中列出了电机两个测点各三个方向共6个测量值的初始振动在分别拧松四个螺栓后的变化趋势。可见在拧松前三颗螺栓后各处的振动值变化不大，而在拧松第四颗螺栓后，各处测量的振动值均大幅度下降到2mm/s左右。至此即可确定第四颗螺栓为软脚，需要调整此处垫片对电机进行找平处理。

　　机器软脚是比较常见的问题。理论上来说，机器的四个支撑点（四个地脚螺栓）不可能在同一个水平面上，从这个意义上来说，软脚不可避免。但工程上，通常将依次松开四个地脚螺栓后垂直向Z大跳动量是否超过5mm作为机器（水平安装）是否存在软脚的判据。机器软脚时的振动特征有以下几条：
　　（1）振动的方向性。在测振点的三个方向中，某方向的振动大大强于其余两个方向的振动；
　　（2）振动频谱以1X振动为主导，与不平衡相似；
　　（3）有时振动频谱中会出现两倍线频率100Hz的振动。
　　在监测到上述振动特征后，可进行如下验证测试：逐个拧松电机的四个螺栓进行对比测量，方法是在拧松某个螺栓时应保持其它三个螺栓维持原状，测量完成后，先上紧该螺栓，再依次拧松下几个螺栓。如果发现在拧松某个螺栓后其振动值大幅下降，即可断定该地脚螺栓为软脚，需要对其进行调整。
　　2　电机轴承过电流，风机轴承安装不当
　　电机的基本布置是：卧式，六极，电机直接驱动，风机悬臂布置。该风机运行半年后，现场噪音显著。经测试电机Z大振动值为2mm/s，风机Z大振动值为1.6mm/s，均低于国标规定的振动报警值。
　　其中电机的典型振动频谱如图3、图4。图3中可见显著的轴承外圈缺陷频率及其多阶谐波的振动；图4中与初始基准频谱相比，高频段电磁噪声振动显著，这是轴承过电流的典型振动特征。经检查解体轴承，验证了上述判断。随后将此电机上的两个轴承更换为绝缘轴承。

　　图5为风机驱动端轴承的振动频谱，图中轴承缺陷频率的振动显著且有显著的转速边频带。经解体检查，发现轴承外圈有两道深沟状划痕。综合分析认为，该轴承在短短半年时间内即失效的原因是轴承安装不当：该轴承为锥套定位，安装时锥套推进过大，使轴承游隙过小。

　　3　电机轴承跑内圈
　　某卧式双吸循环水泵电机非驱动端水平方向振动趋势图如图6所示，典型频谱如图7所示，轴承外圈缺陷频率及其谐波的振动显著。综合趋势图及频谱特征，认为该轴承存在较严重缺陷，建议更换该轴承。后停机检查，发现轴承跑内圈，轴已磨伤，送外维修保养（喷涂、打磨）。电机维修后试车时采集的的振动数据如图6、图8。可见，维修后振动趋势大幅度下降，而频谱中尽管仍然存在轴承外圈缺陷频率的振动，但其振动峰值大大降低且谐波数量减少。考虑到其它三台同型号电机振动特征与该案类似，怀疑电机非驱动端轴颈的尺寸及公差设计是否合理，建议联系电机厂商确认问题。

　　4　结束语
　　对于现场设备的故障诊断来说，振动频谱分析技术是一项强有力的技术手段，即使是在不能对故障准确定位的情况下，结合设备的维修运行经验，仍能较准确地实现对设备故障的准确定位。

来源：《机械》2008年增刊总第35卷