振動分析儀在故障診斷中的應用

張奇

摘 ?要：大型旋轉機械振動值異常是發電廠中常有的問題，如何正確高效地處理旋轉機械振動異常這個問題對電廠的發展以及經濟效益有著很大的影響，同時也是使設備組長時間平穩運行的關鍵問題。使用振動分析儀對某發電公司汽泵前置泵故障進行振動分析結合故障診斷技術的理論和維護經驗，確定造成此故障的原因在于葉片通過頻率振動。對此采取軸承座加支撐、優化進口管道布置等措施消除了設備隱患。振動分析儀在振動故障診斷分析以及正確處理故障中發揮了不可替代的作用。鑒此，振動分析儀是實施狀態檢修和優化檢修提供服務的必要工具。

關鍵詞：振動分析儀 ?旋轉機械 ?振動異常 ?故障診斷

中圖分類號：V263 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2020）10（a）-0061-03

Abstract： Abnormal vibration value of large-scale rotating machinery is a common problem in power plants. How to correctly and efficiently deal with the abnormal vibration value of rotating machinery has a great impact on the development of power plants and economic benefits， and it is also the key problem to make the equipment run smoothly for a long time. Using vibration analyzer to analyze the fault of steam pump booster pump in a power generation company， combined with the theory of fault diagnosis technology and maintenance experience， it is determined that the fault is caused by the blade frequency vibration. In order to solve this problem， some measures were taken， such as bearing support， optimizing the layout of inlet pipeline， etc. Vibration analyzer plays an irreplaceable role in the diagnosis and analysis of vibration fault and the correct treatment of fault. In view of this， vibration analyzer is a necessary tool for condition based maintenance and optimization maintenance.

Key Words： Vibration analyzer; Rotating machinery; Abnormal vibration; Fault diagnosis

未來發電廠的發展趨勢必然是提高對設備的風險以及壽命的管理能力以達到可持續發展，設備管理發展的方向也將會是變被動為主動，未雨綢繆主動預測和探測設備的潛在故障并及時維修。機械振動分析這一技術可以降低設備故障發生率，提高維修的經濟性和效率，以及設備組運行的安全可靠性所以被很多發電企業廣泛采用。機械振動分析這一技術的引用可以實現日常檢修和定期檢修兩個檢修周期的平衡狀態。大型旋轉機械振動值異常是發電廠中常有的問題，其對機組的安全穩定運行不利，相比電廠常見的機組狀態檢修方法（包括振動分析、油液分析、紅外熱成像分析等）機械振動分析更高效準確，故障原因可通過機械振動分析儀采集到的較多可靠的特征明顯的故障信號來確定。利用機械振動分析儀對這些信號進行處理并生成對旋轉機械設備故障進行診斷的依據即頻譜圖，進一步確定問題所在采取相應維修措施。

1 ?振動分析儀的重要性以及用途

隨著電力行業的不斷發展其規模在不斷擴大，電廠中的設備也在不斷的更新換代且設備趨于大型化，這也使在設備維修時如何做到高效又符合經濟效益這一問題更加突出。事后維修和定期維修的方式仍然是大多數電廠維修設備的主流方式。這兩種維修方式都不是經濟的維修方式，花費大量的人力和維修用費，又考慮到經濟成本故也不能全部使用在線監測。因此不得不應用紅外線測溫儀、便攜式數字測振儀等工具，對旋轉機械的溫度和振動進行人工的定期檢測，這種人工檢測的缺陷在于只能大概判斷設備是否異常。人工檢測這樣的操作其工作效率主要與工人的經驗有關，同時受到很多主觀因素的影響，對設備狀態只能判斷總體上的“好”與“壞”，不僅分析是不全面的，而且不能確定潛在的故障隱患。在人力資源有限的情況下，能夠很好地診斷檢修設備故障的技術人員特別少，同時培養一個優秀的技術人員是需要很長的時間，面對設備維修的壓力越來越大。因此，對于電廠來說急需一個設備診斷工具，并且新的維護人員可以快速掌握這種工具的操作技能。在大大降低人才培養成本的同時又可以快速診斷設備故障，這種技術在預防和檢測維護中是必不可少的。為了追求高效的維修方式人們采集機械的振動頻率，發明了專門的分析儀器對機械的振動進行處理生成可以用來分析的圖表。分析設備的振動頻率就是對設備進行診斷，其是反映設備最真實狀態的最可靠參數，哪怕是設備內部發生極其微小的工作狀態變化也能引起設備振動頻率的變化，故可以從振動的變化中觀察到設備工作狀態的變化。通過機械振動分析技術可利用設備的振動特征判斷設備的健康狀況，若有潛在不明顯的故障，機械振動分析技術可準確定位設備的問題所在，避免了傳統的盲目檢修在基本不拆卸全部設備的情況下檢測出故障。設備的安裝方式和工藝問題常常會給機械設備帶來一些故障，機械振動狀態分析儀能夠很好地診斷分析如下問題。

（1）轉動機械的轉子零件質心偏移造成的不平衡。

（2）不對中。不對中分兩種，轉子與轉子聯接不對中和轉子軸頸與兩端軸承不對中。

（3）機械松動，與錨定螺栓之間的間隙寬松包括和由于公差的部件的松動。

（4）干摩擦。轉子與定子之間由于缺少潤滑介質而產生的摩擦。

（5）離心機械液壓（氣動）力的振動引起某些部件或管道的振動。

（6）共振。機器速度等于一個部分或時將發生諧振裝置的自然頻率。

（7）皮帶磨損。

（8）電機振動。包括常見的機械故障和電氣故障。

2 ?實施步驟

（1）測點選擇。盡量靠近軸承承載區是測點的最佳位置，每個測點要測量3個方位：水平（H）、垂直（V）、軸向（A）。

（2）確定測量參數。為不同的分析帶寬選擇合適的振幅單位：使用加速度的低頻振動（2000Hz）。對于大多數設備來說，振動速度是反映振動強度的理想參數。

（3）選擇和安裝傳感器。加速度傳感器是最常用收集振動離線數據;滾動軸承裝置，加速度傳感器被使用;用于滑動軸承裝置，通常的位移傳感器。

（4）振動測量與信號分析。根據實測數據和信號分析，判斷設備是否正常，是否有異常現象，通過波形觀測、頻率分析來判斷故障的原因、部位和嚴重程度。

（5）做出診斷決定。繼續運行或停止修理。做特定的維護，故障定位處理包括所需的零件。

（6）核實。設備調整或維修后，有必要跟蹤監測，繼續使用振動分析儀收集振動數據，檢查和確認設備的運行狀態，驗證設備故障是否已得到解決。

（7）數據存儲。機械振動分析儀對數據的存儲維護是有時間限制的，為了便于數據的讀取將數據傳到計算機的AMS系統也可以對數據永久保存。

3 ?振動分析儀應用案例

3.1 雙吸水平中式開離心泵振動故障處理

（1）設備概況。額定流量：261m/s;轉速：2950r/min;工作介質：水。

（2）數據檢測和分析，通過使用兩個加速度傳感器分別測量軸承殼體的水平和泵殼體水平（H），垂直（V），軸向（A）的量的振動，總共12個測量點。分析儀器采集機械振動狀態數據，具有以下特征。

①Peak Vue值。電機驅動端、電機非驅動端、泵聯軸端、泵非聯軸端值都較低，最高為0.30，遠低于標準值3.0，故基本可以排除軸承本身故障。

②頻譜中明顯有偏高的1倍頻和2倍頻振動，振速分別為7.66mm/s、7.94mm/s，都高于允許值4.5mm/s。二倍轉頻振動明顯，所以根據頻率特征判斷存在對中不良狀況。

（3）處理過程及效果。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。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。改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。重新進行軸對中，使對中數據達到圓周0.05mm，徑向0.03mm，滿足規范要求的≤0.05mm，治理后泵振動值在3.0mm/s以內。

3.2 圓筒式雙吸離心泵振動故障處理

（1）設備概況。2019年7月19日，巡檢人員發現汽泵前置泵振動值異常，為確定故障原因，對該泵進行振動狀態分析。該泵額定流量：1291.64m/h;轉速：1490r/min;工作介質：清水。

（2）檢測數據及分析。利用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個檢測點，測得數值如（見表 1）。

由以上數據分析如下。

①Peak Vue值：電機驅動端、電機非驅動端、泵聯軸端及泵非聯軸端值都較低，最高為0.74，遠低于標準值 3.0，故基本可以排除軸承本身故障。

②泵非聯軸端垂直方向的數據明顯偏高，6.14mm/s屬于C區域，此時泵不允許長時間工作。

（3）如圖1頻譜中，前置泵振動的主要頻率成分為6倍頻振動，而該泵葉輪有6根葉片，分析振動故障的原因是。

①葉片通過頻率與泵固有頻率相近，產生結構共振。

②泵進口管于進口法蘭上方連續布置了兩個90°彎，造成流體壓力脈動幅度增大，葉輪內流速切向分量產生旋渦和脫流擾動，誘發葉片通過頻率振動。

故采取如下措施：對前后軸承座分別加支撐，提高泵體固有頻率，降低激振響應的靈敏度;優化進口管道布置，將兩個90°彎改為一個。治理后前置泵振動值達到3.0mm/s以內。

4 ?結語

根據頻譜的特征以及參數值的大小來確定設備的問題所在，“對癥下藥”進行檢修，避免了盲目檢查和拆卸，既節省人力資源又排除了設備故障可謂一舉兩得。

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