淺談機械振動分析在檢維修的應用

詹熠

摘 要：對于生產設備大型化、連續化、高速化和自動化的現代工業特點，由于機械設備發生故障而停工造成的損失以及維修費用相比于過去將大幅度增加。國內目前很多企業還仍處在計劃維修體制階段，而國內外的實踐表明，對設備實施有效的狀態監測和故障診斷是保證生產的重要手段。本文以設備故障診斷技術為基礎，基于CSI2140機械振動狀態分析儀詳細介紹其應用，并結合目前的實施案例重點講述其實際成果，包括案例分析以及實現的經濟效益。

關鍵詞：故障診斷;振動分析儀;案例分析;經濟效益

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.005

1 設備檢測及維修現狀

石化行業由于規模不斷擴大，單體設備體積也越來越大，自動化程度越來越高，但是設備的日常維護，大部分工廠的維修仍然實行事后維修或定期維修的方式。事后維修是讓機器一直運行到失效，停機周期長，需要更多備品備件，花費大量人力同時甚至產生不必要的維修，維修費用顯著增加。定期維修，是指設備運行到一定周期后，無論好壞都進行維修檢查，但是容易造成過維修過度，隨著科技的進步及設備故障振動技術概念的提出，更多的國家開始實行預測維修以達到經濟效益的最大化。

目前石化行業，因為成本原因不能全部上在線監測系統，只能采用人工定時攜帶紅外線測溫儀、便攜式數字測振儀等設備來檢測設備溫度是否過高、振動是否過大，使用聽針判別運動部件是否有異聲的診斷方法，很大程度上憑借著聽覺和經驗，對設備狀態只能從總體上判斷其“好”與“壞”，不僅分析不全面、而且無法識別隱藏故障。

因維修人員流動性較大，導致經驗豐富的“標準眼”、“標準耳”越來越少，同時面對新員工成長及培訓周期長的情況，設備維修工作壓力越來越大。

因此對石化工廠來說，有一種既可以讓新的維修人員迅速掌握操作技能，又能快速的診斷設備故障的自動智能分析，人機互動畫面友好的振動分析儀器在預測維修中顯得尤為重要。

振動是反映機器狀態最敏感的參數，即使機器狀態發生微小的變化也往往能從振動的變化中反映出來。基于設備故障診斷技術為基礎的振動分析可在設備運行中或基本不拆卸全部設備的情況下，在機器故障形成和發展過程的初期就能檢測出故障，判定產生故障的部位和原因，并預測預報設備的未來狀態，它不僅可以減少意外停機，且僅在需要時才購買和使用所需配件，只需在適當時候進行維修，大大節約了維修成本。

2 機械振動狀態分析儀的應用范圍

2.1 可診斷的常見故障

機械設備通常會遇到如下一些由于設備本身的安裝或工藝等導致的故障，而美國愛默生公司生產的CSI2140機械振動狀態分析儀能夠快速診斷出這些故障，并判斷其嚴重程度：

（1）由于轉子零件的質心偏移造成的不平衡。

（2）不對中：轉子與轉子的聯接不對中及轉子軸頸與兩端軸承的不對中。

（3）機械松動，包括地腳螺栓松動及零件之間的配合間隙超差引起的松動。

（4）干摩擦：轉子與定子之間由于缺乏潤滑介質形成的摩擦。

（5）離心式機械液力（氣力）振動激起某些零部件或管道的振動。

（6）共振：機器的轉速等于設備或某個零部件的固有頻率時，便出現共振。

（7）皮帶磨損。

（8）電動機振動：包括機械常見故障及電氣故障。

2.2 實施步驟

使用振動分析儀對機器設備實施振動診斷，一般實施步驟如下：

（1）選擇測點：測點位置要盡量靠近軸承承載區，一般每個測點測量3個方位：水平（H）、垂直（V）、軸向（A）。測點編號如圖1。

（2）確定測量參數。為不同的分析頻寬選擇合適的幅值單位：低頻振動（<10Hz）采用位移;中頻振動（10-2000Hz）采用速度;高頻振動（>2000Hz）采用加速度。

對于大多數設備來說，最佳診斷參數是振動速度，因為它是反映振動強度的理想參數。國際上很多振動診斷標準都是采用速度有效值RMS來作為判別參數。

（3）選擇與安裝傳感器。對于滾動軸承設備，常用加速度傳感器;對于滑動軸承設備，常用位移傳感器;離線采集振動數據時加速度傳感器是最常用的。

（4）進行振動測量與信號分析。根據測量所得數據和信號分析，判斷設備是否正常，若存在異常現象，根據波形觀察、頻率分析等判斷故障原因、部位和嚴重程度。

（5）作出診斷決策。或繼續運行，或停機修理。需修理的設備，應當指出修理的具體內容，包括處理的故障部位、所需更換的零部件等。

（6）檢查驗證。設備進行調整或修理之后需跟蹤監測，繼續使用振動分析儀采集振動數據進行檢查確認設備運行狀況，驗證設備故障是否得到解決。

（7）數據儲存。因為存儲在分析儀里的數據只能維持有限時間，因此將數據上傳至電腦AMS系統可永久保存數據，方便數據的讀取且可對設備進行趨勢化分析及管理。

3 振動分析儀在實際生產中的應用

3.1 案例一、石化三部1#生產加壓泵振動分析

（1）設備概況。2015年4月13日，巡檢人員發現石化三部1#生產加壓泵振動值異常，均超過標準值4.5mm/s，為確定故障原因，對該泵進行振動狀態分析。

該泵設備型號：KQSN200-M9/223（T）;額定流量：260m?/s;轉速：2960r/min;工作介質：清水;軸承：滾動軸承SKF6308;彈性柱銷聯軸器。

（2）檢測數據及分析。利用美國愛默生公司生產的CSI2140機械振動狀態分析儀對該泵進行數據采集，采用加速度傳感器分別測量電機和泵的兩個軸承座外殼的水平（H）、垂直（V）、軸向（A）的振動量，共12個測點。測得數值如（表1）：

由以上數據分析如下：

1）Peakvue值：M1P、M2P、P1P、P2P值都較低，最高為0.30 Gs，遠低于標準值3Gs，故基本可以排除軸承本身故障;

2）如圖P1H頻譜中，明顯偏高的有1倍頻和2倍頻，幅值分別為7.66mm/s、7.94mm/s，都高于允許值4.5mm/s。2倍轉頻振動突出，根據頻率特征判斷存在對中不良狀況。

（3）檢查原因：

1）根據以上分析，對該泵停機檢查發現彈性柱銷聯軸器，彈性圈磨損嚴重。

2）軸對中有徑向偏差達到0.6mm，超過標準要求的0.05mm，電機低，下張口。

（4）處理過程：

1）更換彈性柱銷聯軸器的彈性圈;電機前腳加墊銅片1.5mm，后腳加墊1.3mm。

2）重新進行軸對中，使對中數據達到圓周0.05mm，徑向0.03mm，滿足標準要求的≦0.05mm。

4月15日重新啟動該泵，經CSI2140振動分析儀進行測試結果如（表2）：

表中，無論是各項振動值還是PeakVue值，都達到了標準值以內，說明設備運行良好，至此，檢修完成。

（5）小結。實際拆檢結果顯示由于對中不良造成振動異常，與根據頻譜分析判斷振動值偏大的原因完全一致，有針對性檢修，避免了盲目拆泵進行軸承的檢查或更換操作，節省了人力物力，檢修后故障消除，設備運行平穩。

3.2 案例二、石化五部3030A離心泵振動分析

（1）設備概況。2015年4月9日，巡檢人員發現石化五部3030A泵有異響，但經便攜式測振儀檢測，振動值均未超過標準值4.5mm/s。

該泵設備額定功率：1.5kW;額定流量：3.32m?/s;轉速：2930r/min;工作介質：水和丁醇;彈性柱銷聯軸器。

（2）檢測數據及分析。利用CSI2140機械振動狀態分析儀對該泵進行數據采集，采用加速度傳感器分別測量電機和泵的兩個軸承座外殼的水平（H）、垂直（V）、軸向（A）的振動量，測得問題較為突出的數值如（表3）：

由表可得，PeakVue值中，電機兩端的PeakVue值遠超標準值3Gs，判斷軸承存在故障，如圖3所示。

（3）檢查及處理。檢查：停機拆檢電機，發現電機驅動端軸承跑外圈。

處理：進行電機驅動端軸承更換。

（4）處理結果。檢修完重新啟動該泵，經CSI2140振動分析儀進行測試結果如（表4）：

經檢修后，各項振動值及PeakVue值，都達到了標準值以內，設備運行平穩。

（5）小結。實際拆檢結果與使用振動分析儀診斷故障原因一致，驗證了造成振動波形圖PeakVue值的偏大的原因是軸承故障所致，即電機驅動端軸承跑外圈所致，同時傳動至電機非驅動端。

4 經濟效益

總結以上的兩個案例分析，設備管理人員使用振動分析儀能夠在不停機的前提下，快速和精確速地診斷出設備故障的根源，進行針對性的維修。

避免了全面拆檢式的盲目查找原因、避免了不必要的零件拆卸損傷，實現了零部件壽命的充分利用，節約了備件費用;同時減輕設備管理人員和維修人員的工作量，并有效地防止突發事故，保證了設備的安全運行，達到了降本增效的目的。

因此，機械振動分析儀的應用在石化企業生產中具有較高的經濟效益和社會效益，值得廣泛推廣。

參考文獻：

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