XPR-30001db系統(tǒng)在旋轉(zhuǎn)機械振動故障診斷中的應(yīng)用

何 杉

作者通聯(lián)：中海石油技術(shù)檢測有限公司 天津市塘沽區(qū)東沽石油新村二區(qū)554信箱 300452

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1.概述

電機、離心泵、壓縮機、透平發(fā)電機、風(fēng)機等旋轉(zhuǎn)機械是石油、化工、電力、冶金等行業(yè)的主要設(shè)備，在使用過程中轉(zhuǎn)子經(jīng)常出現(xiàn)各種故障，如果不能被及時發(fā)現(xiàn)處理，將會影響生產(chǎn)正常進行。目前中海油自營油田的動設(shè)備基本上采用狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)監(jiān)測診斷故障，在實施過程中經(jīng)常遇到不平衡、不對中、松動等故障，這些不同的故障在頻譜中常常都表現(xiàn)為以工頻為主導(dǎo)，單從頻譜上去分析往往難以區(qū)別故障類型。需要再做軸心軌跡、測相位進一步加以區(qū)別。做軸心軌跡要雙通道同時監(jiān)測，并且需要鍵相信號；測相位時則需要相位儀，在現(xiàn)場實施起來比較麻煩。

法國泛泰克斯開發(fā)的一套設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測分析軟件XPR-30001db系統(tǒng)具有圓形視圖分析功能，它根據(jù)單通道振動數(shù)據(jù)就可以模擬轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)中心位置的變化，類似于軸心軌跡。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)不平衡、不對中、松動等故障時，時域波形低通或帶通濾波后的圓形視圖表現(xiàn)出不同的形狀，對設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷有重要的參考價值，能很好地區(qū)分上述不同的故障類型。使用該系統(tǒng)不需要雙通道同時采集數(shù)據(jù)和相位儀，現(xiàn)場使用方便。

2.XPR-30001db系統(tǒng)應(yīng)用實例

當(dāng)故障類型不同時，直接對原始數(shù)據(jù)做出的圓形視圖形狀特征不明顯，難以區(qū)分故障類型，但是對原始數(shù)據(jù)低通或帶通濾波后的圓形視圖形狀有明顯的不同，容易區(qū)分。濾波時不能隨便設(shè)置截止頻率，需要根據(jù)設(shè)備的轉(zhuǎn)速，頻譜中頻率的主要成分，濾除一些噪聲信號，保留頻譜的主要頻率成分。

不平衡的圓形視圖成圓形或橢圓形；不對中的圓形視圖成雙橢圓形（外8字形或內(nèi)8字形）；松動的圓形視圖成梅花狀或齒輪狀，沿圓周方向有幾個突起，有些紊亂，不像不平衡和不對中時那么規(guī)則。現(xiàn)場實際中由于受到軸承型號、油膜力、轉(zhuǎn)子重力、外加載荷等多種激勵力的影響，情況是復(fù)雜的，圓形視圖的形狀會有所變化，但是不同的故障類型所對應(yīng)的圓形視圖形狀有明顯的不同。

（1）熱油鍋爐風(fēng)機轉(zhuǎn)子不平衡

該風(fēng)機電機通過聯(lián)軸器驅(qū)動離心風(fēng)扇，2009年3月27日監(jiān)測時電機振動速度值偏高，電機非驅(qū)動端垂直方向最高達到24.8mm/s，速度頻譜中以49.83Hz工頻為主導(dǎo)。由于工頻為49.83Hz，并且頻譜中的主要頻率成分在100Hz以下，所以設(shè)置上限截止頻率為100Hz，低通濾波后的圓形視圖成橢圓形，并且旋轉(zhuǎn)中心有點偏離幾何中心（圖1）。

參照軸心軌跡的判斷方法判斷為轉(zhuǎn)子不平衡，維修后機組振動有明顯下降，2009年5月14日監(jiān)測時電機非驅(qū)動端垂直方向振動速度值降為2.18 mm/s。

（2）生產(chǎn)水泵不對中

該生產(chǎn)水泵為雙螺桿泵，機組振動速度值偏高，從動螺桿非驅(qū)動端振動速度總值達到19.4mm/s，速度頻譜中以24.89Hz的工頻為主導(dǎo)，同時出現(xiàn)一些幅值較小的諧波。由于頻譜中的頻率成分主要在200Hz以下，所以設(shè)置上限截止頻率為200Hz，低通濾波后的圓形視圖成雙橢圓，內(nèi)8字形（ 圖2）。

維修時發(fā)現(xiàn)機組對中偏差較大，該機組對出口閥改型后（比原來的出口閥大），受管線應(yīng)力影響泵的位置相對基礎(chǔ)有移位，從而造成不對中，機組維修后泵端振動值在5mm/s左右。

（3）引流風(fēng)機不對中

圖1 風(fēng)機低通濾波后的圓形視圖

圖2 生產(chǎn)水泵低通濾波后的圓形視圖

圖3 引流風(fēng)機帶通濾波后的圓形視圖

圖4 海水泵帶通濾波后的圓形視圖

該引流風(fēng)機結(jié)構(gòu)為電機驅(qū)動懸臂式離心風(fēng)機，由于軸較長在泵艙風(fēng)扇側(cè)有兩個支撐軸承。機組振動速度總值偏高，電機驅(qū)動端垂直方向振動速度值達到21.1mm/s，軸向振動速度值11.9mm/s，速度頻譜中主要以49.41Hz工頻為主導(dǎo)。由于頻譜中頻率的主要成分在49～200Hz之間，所以設(shè)置截止頻率為49Hz、200Hz，帶通濾波后的圓形視圖成雙橢圓外8字形（圖3），這是不對中的另外一種形式。

維修時發(fā)現(xiàn)機組由于基礎(chǔ)強度不足導(dǎo)致對中不良，增加基礎(chǔ)強度并重新對中后振動降為正常水平。

（4）防海生物裝置海水泵支撐連接螺栓松動

該防海生物裝置海水泵為單級離心泵，三相異步電機驅(qū)動。2012年3月24日監(jiān)測時發(fā)現(xiàn)泵端振動偏高，水平方向振動速度值最高達到38.2mm/s，頻譜中以工頻為主導(dǎo)，并伴有多倍諧波，其中前四階諧波幅值較明顯，后面的諧波不明顯。由于頻譜圖中工頻為49.15Hz，頻率的主要成分在49～300Hz，因此對原始數(shù)據(jù)選擇49～300Hz帶通濾波，濾波后數(shù)據(jù)的圓形視圖成梅花狀或齒輪狀，沿圓周方向有幾個突起，有些紊亂，不像不平衡和不對中時那么規(guī)則（圖4）。

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)泵端支撐連接螺栓（泵近聯(lián)軸器位置的水平連接螺栓，不是基礎(chǔ)固定的螺栓）松動嚴(yán)重。緊固支撐連接螺栓后振動有大幅度下降，泵驅(qū)動端由 38.2下降到8.97 mm/s，垂直方向由25.4下降到 5.66 mm/s，但由于緊固螺栓時沒有對機組對中調(diào)整，導(dǎo)致機組對中狀態(tài)欠佳。