振動分析儀在火電廠轉動機械中的應用

胡月紅，周 剛，訾 娟

(1.承德石油高等專科學校熱能工程系，河北 承德 067000;2.內蒙古京寧熱電責任有限責任公司，內蒙古 烏蘭察布 012000;3.內蒙古國華準格爾發電有限責任公司，內蒙古 鄂爾多斯 010300)

振動是火電廠轉動機械的常見故障，對機組安全運行危害很大。振動同時也是設備的“體溫計”，直接反映了設備安全運行狀況。開展好轉動設備振動分析是搞好設備預知性檢修的基礎，解決好轉機的振動問題是保障轉動設備可靠性的關鍵。目前常見的機組狀態檢修方法有振動分析、油液分析、紅外熱成像等技術，內蒙古國華準格爾電廠(以下簡稱“國華準電”)從2011年底使用離線振動分析儀后，應用故障診斷技術理論并結合工作經驗，成功分析和處理了幾種轉動設備異常的情況，消除了事故隱患。

1 狀態監測數據庫的建立

轉動設備的振動監測與分析是國華準電精密點檢工作的重點，設備狀態檢修工作是以CSI2130振動分析儀為數據采集工具，設備健康管理系統(AMS)為數據分析平臺展開的，AMS系統是基于以可靠性為基礎的維修理念，集成振動分析、動平衡試驗、油液分析、紅外熱成像等多種技術為一體的軟件平臺［1-2］。

AMS為數據庫的建立提供了標準化的數據模版［3-4］，用戶只需定義數據庫所包含的設備測點及相關參數信息即可，振動數據采集以及分析流程如圖1所示:

2 振動分析在國華準電的應用實例

振動故障和特征之間不是一一對應關系，而是多重交叉關系，而且一種故障在特征上有多方面的反映。例如轉子不平衡過大，引起的是基頻振動過大;同樣支撐動剛度不足，軸系連接同心度、平直度偏差等故障，也是基頻振動過大。

在線性系統中，部件呈現的振幅與作用在部件上的激振力成正比，與它的動剛度成反比。

2.1 一倍頻振動大原因分析及處理

在頻譜分析中，1倍選頻大是最常見故障之一，通過對振動頻譜中一倍頻成分的分析研究，各種典型輔機異常振動原因分析如下:

2.1.1 3B凝結水泵電機自由端因動不平衡引起的振動大問題

3B凝泵電機自由端東西方向振動自2012年8月份以來偏大，一直保持在80 μm以上，精密點檢人員采用CSI2130對其進行采集和跟蹤，發現振動頻譜主要是一倍頻，占通頻值的90%以上，初步診斷為質量不平衡、基礎支撐剛度差、中心連接不正等原因，由于振動儀為單通道儀器，不能進行相位分析，隨后對凝泵電機的地腳底座進行對比測量，沒有發現異常;利用周末低負荷檢修策略對凝泵的對輪中心進行復查，亦在標準范圍內;最終判定一倍頻增大原因為質量不平衡，通過對電機實施動平衡技術，經過200 g的配重和∠351°相位角調整，最終將振動降低到了0.02 μm優良范圍內，凝泵電機振動大問題最后劃上了圓滿的句號。

2.1.2 3B給水泵自由端因連接剛度不同引起共振問題

3B給水泵自由端軸承水平振動在轉速達4 500 rpm至4 800 rpm，振動均超過4.5 mm/s(ISO 10816標準)，轉速達4 587 rpm時，主泵自由端水平振動最大達10.05 mm/s(如圖2所示)，主泵振動特點是振動值由小變大、由大變小，是屬于某一轉速范圍內的振動，轉速超過4 900 rpm以后，振動值均在合格范圍內。振動頻譜以一倍頻為主，無高次諧波。同時測量發現:同一軸承的三個振速同步變化，但垂直以及軸向振動程度不高，給水泵同一軸上的兩個水平振動大。振動增大過程中的其他狀態參數(瓦溫、流量、壓力)無異常變化;在4 600轉速時測量發現給水泵自由端潤滑油回油管道水平振動高達11絲，軸向振動和垂直振動不大(同轉速下的3A給水泵無此現象:3－5絲左右)，在此轉速下采用敲擊法測量是否共振，結果發現對潤滑油回油管道施加不均勻不同向的力時，監測給水泵及管道振動都有明顯變化(下降了3絲左右)，離開共振區的4 448 rpm時，管道振動3.6絲，正常。

所以懷疑是某零部件、結構件在外力作用下所產生的固有共振為自激振動，其頻率與不同的結構對應，即剛度不同引起的不同共振。建議對該管道進行改造，由原管道改為金屬軟管連接，消除管道振動，以及對給水泵的進出口管道進行支撐加固，防止其固有頻率降低至給水泵的轉速內。

在3號機組臨修時，對給水泵的潤滑油管道加裝了補償器后(如圖3所示)，4 600 rpm區間時的振動降到了0.05 mm以下，一倍頻分量隨之明顯下降，收到了滿意的效果。

2.1.3 熱網軟化水補水泵電機因地腳松動引起的振動大問題

軟化水泵屬于清水泵系列，臥式布置，2012年10月份熱網投運后，C軟化水泵電機振動達100 μm，測量頻譜中也是一倍選頻量占主導地位，同時在測量中發現，C泵停運時，在電機側居然能測量到40 μm的振動值，且越往泵側振動越小，越往電機自由端振動越大，所以懷疑電機側振動從基礎傳來，后檢查地腳發現，基礎臺版和泵體連接的螺栓松動。緊固電機四角的地腳螺栓后，振動恢復正常。

2.1.4 1B引風機殼體因膨脹不暢引起的振動大問題

引風機為軸流式、成都電力機械廠生產的AN系列風機，7月16日開始關注1B引風機振動問題，振動與負荷呈正比例變化，水平振動突出，軸向和垂直由于耦合效應隨著增大、不過幅值很小，所以不平衡引起的振動問題不是主要原因;從波形頻譜圖上看出水平振動以一倍頻為主，但是葉片通過頻率較明顯(如圖4所示);測量地腳處振動均在合理范圍內，若是風機內部導環剛度差溫度引起振動，需等停機才能進行檢查，后查廠家說明書，按照廠家資料要求安裝時一定要注意按安裝圖仔細裝調，務使進氣箱和擴壓管在基礎上固定的同時還可在一定的外力作用下能自由滑動一定的距離，以利設備在熱態運行時有一定的伸縮量，為此，固定螺栓下面都設置有滑套。鍋爐專業采用“松-緊”進氣箱的左右地腳后振動明顯下降，通過實踐說明是螺栓太緊以致于機殼熱態無法自由膨脹引起的振動大問題。

2.2 二倍頻振動大原因分析及處理

2D循環泵為立式混流泵，循環泵振動大出現在垂直于管道流向的徑向位置，經頻譜分析，2D循泵的13絲振動主要成分為2倍頻，為明顯的不對中跡象(見圖5)，所以解體后主要查找方向為聯軸器連接問題及電機氣隙均勻度問題，事實上，解體后發現電機自由端導瓦的同心度嚴重超標引起了電機的氣隙偏差，后經調整試轉后，再次檢查頻譜(如圖6所示)，發現2倍頻明顯下降，且明顯低于一倍頻，同時振動通頻值由13絲回降到6絲，達到標準范圍內。

3 結論

火電廠中轉動設備較多，平時缺陷、維護量最多，故障診斷是最常見、最難處理的問題之一。以往，在轉動設備出現異常時，較常用方法是采取反復拆裝、查找故障根源的情況，這樣不但增加了維修工作量而且影響機組的安全和發電量，利用CSI2130精密振動分析儀器并結合現場實際進行振動研究分析工作，不僅能及時、盡早地發現和消除設備存在的隱患，還能收集更多的狀態信息，同時更能培養一批技術人才，為實施狀態檢修和優化檢修策略打下了堅實的基礎。

［1］CSI 2130分析使用手冊［S］.(Emerson Process Management).

［2］陳江，沙德生.火電廠精密點檢及故障診斷案例分析［M］.北京:中國電力出版社，2011.

［3］何景權.關于發電廠實施設備狀態檢修的探討［J］.電站系統工程，2009，25(3):61－62.

［4］陳建華，段美春.振動分析技術在火電廠轉動設備狀態檢修中的應用［J］.機電工程技術，2008，37(4):87－89.