旋轉機械間歇性振動故障診斷實踐

李 泉，陳亞軍，王立璞

（北京首鋼股份有限公司，河北遷安 064404）

引言

間歇性振動在旋轉機械故障中具有特殊性，往往具有突發性，振值經常超過報警值或停機值，給設備穩定運行帶來較大隱患。實踐中由于該類故障無論是依靠經驗還是常規精密點檢手段都難以對故障原因、部位及嚴重程度做出準確診斷，耗費大量的人力、物力的同時也經常發生誤判，從而延誤故障處理，給企業造成重大損失。

1 間歇性振動類故障概述

1.1 間歇性振動特點

（1）振動具有突發性、間歇性，無明顯規律，故障類型不同出現頻次也不同，間歇周期短到每次幾毫秒，長則數十秒甚至幾小時。

（2）故障時刻振值較大，按故障類型不同振值變化也不同，超過報警值，甚至超過停機值。

（3）振動的發生與工況變化關系不大，常規振動分析設備難以采集及準確診斷。

1.2 間歇性振動類型

根據首鋼股份公司故障診斷實際案例情況統計，旋轉機械間歇性振動主要有滑動軸承問題引起的油膜渦動、自動化信號傳輸系統接口噪聲干擾、電磁信號干擾三種類型。

1.2.1 間歇性振動趨勢

正常情況下振動趨勢見圖1。不同類型的間歇性振動趨勢表現形式不同，具體情況見圖2、圖3、圖4所示。

圖2 油膜渦動振動趨勢

圖3 接口噪聲干擾振動趨勢

與正常情況下振動趨勢相比，三種間歇性振動的趨勢特點如下：

（1）油膜渦動：從圖2看出，波動周期最密集，幾十毫秒一次，振值波動相對較小，在30 μm 左右波動。

（2）接口噪聲干擾：從圖3看出，間歇周期較長，幾小時至幾十小時；振動值較大，數十微米甚至超過停機值。

（3）電磁信號干擾：從圖4 看出，該類故障振動趨勢，振值變化與干擾源同步，振動頻次最密集，振值較大，數十甚至數百微米。

1.2.2 間歇性振動故障原因

（1）油膜渦動

油膜渦動主要是滑動軸承表面缺陷、不合理的軸承間隙、潤滑油質量以及轉子軸彎曲引起的動靜碰磨等原因造成的。

（2）接口噪聲干擾

接口噪聲干擾主要原因是現場信號傳輸系統中電纜接線端子松動，傳感器或延伸電纜接插件的接觸電阻變化引起的接觸不良等問題而引發電氣干擾或接口噪聲，使振量值走高。

（3）電磁信號干擾

電磁信號干擾主要是運行中的設備附近存在測試儀器、通訊設備電磁信號，設備附近有自動化系統檢修施工等干擾源，現場監測保護系統框架表抗干擾能力差造成的。

2 間歇性振動類故障診斷案例

2.1 油膜渦動案例

2.1.1 故障描述

2019 年3 月7 日13：30，TRT 發電機組透平進氣側202B 測點（圖5）呈間歇性振動異常，見圖6所示，最初波動范圍為75～101 μm，波動周期360 min，隨著時間推移越演越烈，振值最高至112 μm，波動周期60 min。

圖5 壓差發電機組測點示意圖

2.1.2 故障分析

（1）單通道多特征值趨勢分析

從進氣側202 測點單通道多特征值趨勢（圖7）可以看出：

圖6 TRT機組間歇性振動異常時間段趨勢圖

圖7 202B測點間歇振動異常時段單通道多特征值趨勢

①工頻振動趨勢（紫色）顯示，雖然一倍頻能量較高致使轉子動平衡情況較差，但趨勢比較平穩。

②半倍頻振動（黑色）呈不穩定的間歇性來回大幅波動狀態，與通頻振動趨勢（藍色）波動同步。

上述情況說明，202B 測點間歇性振動直接原因是半倍頻，而造成半倍頻異動的主要原因是油膜渦動。

（2）頻譜分析

從圖8 頻譜圖可以看出，振動值最高時刻半倍頻能量最大，已超過工頻。

圖8 202B測點異常時段頻譜圖

（3）軸心軌跡分析

202 瓦位進氣側軸承軸心軌跡圖（圖9）可以看出，進氣側軸心軌跡呈明顯的大圈套小圈，進動方向呈反進動。具備明顯的油膜渦動特征。

圖9 進氣側異常時段軸心軌跡圖

2.1.3 診斷結論

壓差發電機組透平進氣側存在嚴重的動靜碰磨。動靜碰磨引起的油膜渦動造成該軸承位間歇性大幅異常波動。

2.1.4 故障原因及措施

（1）故障原因：不合理的軸承配合間隙、軸瓦老化及表面缺陷、潤滑油質量問題，同時考慮到轉子工頻能量較大（接近80 μm），不排除轉子存在彎曲問題造成的碰磨。

（2）措施：

①停機對進氣側軸承解體檢查，將軸瓦配合間隙調整至合理范圍；

②檢查軸瓦是否存在表面缺陷及磨損老化情況，必要時更換軸瓦。

③檢測核實轉子是否存在軸彎曲，必要時更換新轉子，或對轉子重新做動平衡。

2.2 接口噪聲干擾類案例

2.2.1 故障描述

2019 年5 月6 日19：50，1#高爐鼓風機電機ZI3826測點（見圖10）開始振動異常，圖11可以看出隨著時間的推移越來越激烈，振動頻次與振動值越來越高。超過90 μm。

圖10 1#高爐鼓風機測點示意圖

圖11 ZI3826測點間歇性振動異常時段振動趨勢

2.2.2 故障分析

（1）查詢ZI3826 測點gap 電壓歷史趨勢并現場核實，探頭gap電壓正常，排除探頭問題。

（2）S8000 振動列表分析，發現異常時段殘余振動值多次明顯走高，且與趨勢圖中振值最高點一一對應。

（3）頻譜圖分析，異常時段振值最大時刻頻譜特征呈現明顯的白噪聲頻譜，即整個頻域分部、等帶寬、等能量。

圖12 ZI3826測點間歇性振動異常時段頻譜圖

2.2.3 診斷結論

ZI3826 測點自動化信號傳輸系統存在接口噪聲干擾。

2.2.4 故障原因及措施（1）故障原因

ZI3826 測點傳感器長期在高溫環境下運行，信號電纜插件表面氧化后接觸電阻發生變化或接線端子松動。

（2）措施

將3826 測點振動信號臨時打到失效位監視運行，利用檢修重點對ZI3826 傳感器信號電纜插件接觸電阻變化、接線端子松動、信號電纜屏蔽及接地等情況進行檢查，必要時對相應部件予以更換。

2.2.5 處理情況及效果

9 月27 停機檢修，更換了從接線盒到主控室段信號電纜的屏蔽線，以及VM600上對應ZI3626測點模塊。同時對插件、接線端子進行了檢查緊固，10月1 日20：43 開機后，ZI3826 測點振動穩定在30 μm左右（見圖13），恢復正常。

圖13 檢修處理前后情況效果圖

2.3 電磁信號干擾類案例

2.3.1 故障描述

2011年10月10日～12日，3#高爐鼓風機停機進行自動化系統檢修過程中，正在運行中的1#、2#機組所有測點均發生間歇性振動異常現象，圖14 所示，最高振值：1#機100 μm，2#機130 μm。

圖14 3#風機檢修期間1#、2#機組振動趨勢

2.3.2 故障分析

（1）從圖14可以看出，運行中的1#、2#機組振動時刻、振值變化與檢修中的3#機組呈間歇性變化且完全同步。

（2）頻譜分析發現，異常時段振值最大時刻頻譜圖呈現明顯的等比遞減的粉紅噪聲特征。

2.3.3 診斷結論

10 月10～12 日正常運行中的1#、2#機組間歇性振動異常的主要原因外部信號干擾。

2.3.4 故障原因

圖15 ZI311測點間歇性振動異常時段頻譜圖

3#風機檢修處理勵磁側自動化信號傳輸系統施工期間，測試儀器產生的電磁干擾信號。

2.3.5 措施

（1）禁止在運行中的設備附近使用測試或對講機等大功率通訊設備。

（2）選用優質設備監測保護系統框架表，增強抗干擾能力。

3 結語

間歇性振動的復雜性致使其歷來是旋轉機械故障診斷中的難點，不僅易發生誤判及延誤處理，還經常導致設備跳停而影響生產。通過對首鋼股份公司多年來故障診斷實踐，對間歇性振動故障類型、特征、診斷、原因及處理措施等方面進行了詳細的總結分析，對冶金、石化、發電等行業旋轉機械故障診斷工作具有一定的借鑒價值。