周健成

機(jī)體變形、機(jī)座松動(dòng)、基礎(chǔ)共振等故障在振動(dòng)方向上并不是按照旋轉(zhuǎn)力的方向變化，而是在某一個(gè)方向上出現(xiàn)同相或接近180°的反相位，這種振動(dòng)稱為定向振動(dòng)。定向振動(dòng)與轉(zhuǎn)子不平衡振動(dòng)故障的特征都是1倍轉(zhuǎn)速頻率較高，只從頻譜圖上很難識(shí)別這兩種故障，但是通過水平與垂直方向的振動(dòng)值比率及相位分析，很容易就能識(shí)別出來。這種方法特別適用于診斷旋轉(zhuǎn)設(shè)備基礎(chǔ)、機(jī)座的振動(dòng)故障。下面以離心泵的基礎(chǔ)振動(dòng)為例，闡述旋轉(zhuǎn)設(shè)備基礎(chǔ)、機(jī)座振動(dòng)的故障診斷及處理。

一、問題的提出

廣東大鵬液化天然氣有限公司一臺(tái)海水增壓臥式離心泵，由額定轉(zhuǎn)速為2939r/min的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其額定功率為37kW。該機(jī)組在投產(chǎn)運(yùn)行4年后，漸漸出現(xiàn)振動(dòng)偏大超標(biāo)的現(xiàn)象，而且有升高的趨勢(shì)。電機(jī)的振動(dòng)較大，振動(dòng)總值最高達(dá)到了16mm/s,泵的振動(dòng)較小，為4mm/s左右（表1）。為此，對(duì)電機(jī)進(jìn)行振動(dòng)數(shù)據(jù)采集及頻譜分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)電機(jī)的水平和垂直方向頻譜圖上都出現(xiàn)了以1倍轉(zhuǎn)速頻率為主的振動(dòng)頻率（圖1）。單從頻譜圖上看，似乎為不平衡故障。但是有些故障如機(jī)體變形、基座松動(dòng)、基礎(chǔ)共振等，也會(huì)出現(xiàn)以轉(zhuǎn)速頻率為主的振動(dòng)頻率。因此，需要采取其他方法作進(jìn)一步分析，才能確定故障源。

表1 機(jī)組振動(dòng)總值 mm/s

二、定向振動(dòng)與不平衡振動(dòng)故障的識(shí)別

定向振動(dòng)與不平衡振動(dòng)故障的特點(diǎn)見表2，可從兩個(gè)方面進(jìn)行比較識(shí)別：（1）同一軸承水平方向（H）與垂直方向（V）1倍頻振幅的比值，如果H/V接近3或者大于3，則表明是定向振動(dòng)問題，如果H/V接近1，即水平方向與垂直方向1倍頻振幅比較接近，則很可能是不平衡故障；從圖1可以得知水平方向1倍頻振幅是14.8mm/s，垂直方向?yàn)?.5mm/s，兩者的比值接近3，因此定向振動(dòng)的可能性較大；（2）相位差比較。同一軸承水平方向（H）與垂直方向（V）的相位差，如果接近90°，說明是不平衡問題，如果相位差接近0°或180°，說明是定向振動(dòng)問題，經(jīng)過對(duì)電機(jī)的測(cè)量，其同一軸承水平方向與垂直方向的相位差等于2.8°，即接近0°。由此，可以判斷該離心泵的1倍頻與不平衡振動(dòng)無關(guān)，而是屬于定向振動(dòng)問題。

表2 定向振動(dòng)與不平衡振動(dòng)故障的特點(diǎn)

三、查找定向振動(dòng)故障的根源

確定了設(shè)備的振動(dòng)偏大是屬于定向振動(dòng)問題后，還需找到振動(dòng)的真正根源，才能有的放矢，消除振動(dòng)故障。為此，測(cè)量了設(shè)備底腳及基座各連接點(diǎn)（圖2）垂直方向振動(dòng)值（表3、表4）。

從測(cè)量結(jié)果可以看出：（1）在1～12連接點(diǎn)處，同一連接點(diǎn)的設(shè)備底腳與機(jī)座底板的振動(dòng)值很接近，機(jī)座底板與工字梁基礎(chǔ)的振動(dòng)值也很接近，說明它們之間的連接沒有松動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)檢查各地腳連接螺栓也沒有發(fā)現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象，因此，松動(dòng)問題可以排除；（2）在測(cè)點(diǎn)13和14處，機(jī)座底板與工字梁基礎(chǔ)的振動(dòng)值相差很大，出現(xiàn)了突變，說明它們之間接觸不好，有間隙；（3）基礎(chǔ)A側(cè)的振動(dòng)值較小，B側(cè)的振動(dòng)值比A側(cè)的大得多，特別是測(cè)點(diǎn)2、4、6、14四處的振動(dòng)值尤其大，說明機(jī)座底板與工字梁基礎(chǔ)之間的間隙不均勻，B側(cè)的比A側(cè)的大。通過現(xiàn)場(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)B側(cè)工字梁基礎(chǔ)有不同程度的下沉和變形現(xiàn)象，其中測(cè)點(diǎn)13處較小，測(cè)點(diǎn)14處最大，該處的工字梁基礎(chǔ)與混凝土基礎(chǔ)之間的平墊鐵出現(xiàn)松動(dòng)，工字梁沒有得到有效的支撐，出現(xiàn)了懸空情況，而機(jī)座底板與工字梁之間由于沒有螺栓連接，故也因基礎(chǔ)下沉而出現(xiàn)了間隙，正是由于基礎(chǔ)下沉，導(dǎo)致測(cè)點(diǎn)14處的支撐剛性不足，從而引起機(jī)座底板與設(shè)備一起振動(dòng)。

表3 設(shè)備底腳與機(jī)座底板連接點(diǎn)振動(dòng)總值 mm/s

表4 機(jī)座底板與工字梁基礎(chǔ)連接點(diǎn)振動(dòng)總值 mm/s

四、處理措施及效果

根據(jù)基礎(chǔ)振動(dòng)偏大的原因，采取了以下處理措施：（1）在測(cè)點(diǎn)13和14處，機(jī)座底板與工字梁基礎(chǔ)之間增加了薄墊片，消除了原先的間隙；（2）在測(cè)點(diǎn)14處的工字梁基礎(chǔ)與混凝土基礎(chǔ)之間增加了一組斜墊鐵，確保支撐穩(wěn)固到位。通過以上兩項(xiàng)措施，基礎(chǔ)的剛性得到了增強(qiáng)，調(diào)整后離心泵振動(dòng)大的現(xiàn)象消失，各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)總值均下降到5mm/s以下，效果十分明顯（表5）。

表5 機(jī)組處理后振動(dòng)總值 mm/s

五、結(jié)論

通過以上機(jī)組振動(dòng)分析診斷實(shí)例說明，采用1倍轉(zhuǎn)速頻率在水平與垂直方向的振幅比值及相位分析方法，可以較好地識(shí)別旋轉(zhuǎn)設(shè)備的定向振動(dòng)問題，經(jīng)過測(cè)量比較和分析設(shè)備基礎(chǔ)、機(jī)座等各連接點(diǎn)的振動(dòng)值，就能準(zhǔn)確地找到振動(dòng)的故障根源，有針對(duì)地采取處理措施來消除振動(dòng)故障。

1 沈慶根，鄭水英.設(shè)備故障診斷[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005 W 11.12-28