振動監測——設備故障的早期診斷

趙夕林

1 概述

隨著水泥工業生產率的提高，崗位人員越來越少，雖然設備運轉的常規參數（如溫度、壓力、電流等）已引入到中央控制室，但設備運轉仍處于無人看守狀態，崗位人員在有限的巡檢時間內無法判斷設備是否正常，設備隱患不能及時排查，導致設備出現故障甚至事故。因此，有必要引入設備狀態測量儀器，跟蹤檢測設備運轉狀態，經過一段時間的數據積累，得出正常的運轉狀態參數，當測量的數據出現異常，通過數據分析判斷設備故障點，做到早期診斷設備故障，避免事故發生，同時該檢測數據可以作為設備大修時確定方案的依據。

運轉中的機械設備，其狀態監測和故障診斷有多種方法可使用，例如振動監測技術、油液分析技術、紅外測溫技術、聲發射技術、無損檢測技術等。其中振動監測技術是普遍采用的基本方法。振動監測是對設備的振動信號進行檢測、分析處理，識別故障和預報的一種技術。其振動理論和測量方法比較成熟且簡單易行。另外，據統計，機械故障90%可以從振動測量中檢測出來。

2 振動監測方法

一臺設計合理的機器，其固有振級也很低。但當機器磨損、基礎下沉、部件變形、連接松動時，機器的動態性能開始出現各種細微的變化，如軸不對中、部件磨損、轉子不平衡、配合間隙增大等。所有這些因素都會在振動能量的增加上反映出來。因此，振動加劇常常是機器要出故障的一種標志，而振動是可以從機器的外表面檢測到的。

過去，設備工程師根據經驗靠手摸、耳聽來判斷機器是否正?；蚱涔收鲜欠裨诎l展。但如今機器的轉速較高，許多起警告性的振動出現在高頻段，因此，只有用儀器才能檢測出來。

2.1 常規檢查

設備正常運轉時，使用筆式測振儀（水泥廠常用測振儀的價格很便宜）檢測設備旋轉部位的振動值，主要是振動速度，測量軸向、垂直方向和水平方向的振速并記錄作為參考值。崗位巡檢人員在日常檢測發現測量值發生變化時，通常先檢查連接部件是否松動，能停機的設備可檢查軸對中、軸承游隙或軸承與軸和軸承座的配合間隙等，不能停機的設備則使用振動頻譜儀進行精密檢測，分析振動頻譜，找出是否為動平衡原因或其他原因。據有關資料統計，利用簡易診斷儀器可以解決設備運行中50%的故障。由此可見，簡易診斷在設備管理與維修中具有重要作用。

設備允許的振動值可參考國際標準，如表1。

表1 ISO2372設備振動標準*

2.2 精密檢測

精密檢測是通過振動頻譜儀檢測設備振動頻譜圖，分析各頻率對應的振動速度分量，如某一頻率的振動速度分量超限，可對比表2常見振動故障識別表判斷故障點。

表2中振動頻率的計算：設備運轉部位的工頻振動頻率（Hz）=轉速（r/min）/60，如某風機的轉速為960r/min，則其工頻振動頻率為16Hz。工頻振動頻率通常稱為轉動頻率。

表1 常見振動故障識別表

3 振動監測應用

公司購買了筆式測振儀和振動頻譜儀，投資約5萬元。通過日常檢測設備振動值，獲取故障設備的信息，比對上述表格的故障分析，排除了多起故障，提高了設備運轉率，節約了生產成本。

3.1 風機動平衡試驗

公司5000t/d熟料生產線輥磨循環風機型號3050 DI BB50，流量900000m3/h，工作轉速978r/min，風機轉子的外徑? 3050mm，葉片數量為11片，葉片出口寬度2×290mm，配套功率4000kW。計算風機的工頻頻率為16.3Hz。

風機發生振動，如果是軸承部位的振動，說明是轉子不平衡、軸不對中或螺栓松動等引起的；如果是風箱殼體部分的振動，則是由風系統引起的振動，這種呈現連續性的系統振動可主要對管網進行檢查。

Leschot (Felsa)也宣布推出一款以ETA2824為基礎的機心。起價125瑞士法郎。其購買了Technotime 法國85%的股份，將生產改進到現行水準。如今向Camy這樣的品牌供應幾千件產品。他毫不遮掩自己的雄心：五年內50萬件。

風機振動情況見圖1、2。

振動原因分析：振動有效值的速度為96.8mm/s，頻率為16Hz的振動值為50.6mm/s，為風機轉子轉動頻率f0的一倍，振動主要是動平衡所致。

圖1 風機軸承水平振動

圖2 風機軸承軸向振動

動平衡試驗情況：

（1）檢測不平衡重量939g，相位29.4°。

（2）平衡校正后，水平振動6.8mm/s，振動下降率85%。

圖3 故障軸承

圖4 正常頻譜

通過在線動平衡試驗并修復，時間短（約4h），可節省更換葉輪或返廠修復的費用，大大降低了生產成本。僅此一項即可收回購買儀器的成本。

3.2 風機軸承檢測

欲在早期檢測出軸承的失效，僅憑常規的振動幅值的變化來判斷軸承是否出現損壞是不可靠的，軸承的單個零件所造成的振動特性是用來分析檢測其缺陷的一個依據，由各軸承零部件缺陷所造成的特定頻率取決于缺陷的性質、軸承的幾何尺寸以及旋轉速度。

軸承外圈損傷的頻率計算公式:

式中:

n——鋼球數，個

d——鋼球直徑，mm

D——節徑,mm

α——接觸角，°

f0——軸旋轉頻率，Hz

公司5000t/d熟料生產線煤粉通風機型號2500SIBB24，流量110000m3/h，工作轉速979r/min，風機轉子外徑?2500mm，配套功率400kW。計算風機的工頻頻率為16.3Hz?，F場檢測風機振動頻譜（當時因故未存盤，未能保留故障現象的頻譜圖）。

振動原因分析：檢測到頻率為138Hz的振動幅值為20.6mm/s（手感檢測感覺不到振動），是風機轉子轉動頻率的高倍頻，分析振動的主要原因可能是軸承造成的。停機拆檢軸承，發現軸承游隙變大且有點蝕現象（見圖3）。

修復措施：更換新的軸承，復測風機軸承頻譜（見圖4），振動有效值只有0.9mm/s，故障消失。