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(dòng)在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障中具有特殊性，往往具有突發(fā)性，振值經(jīng)常超過報(bào)警值或停機(jī)值，給設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行帶來較大隱患。實(shí)踐中由于該類故障無論是依靠經(jīng)驗(yàn)還是常規(guī)精密點(diǎn)檢手段都難以對(duì)故障原因、部位及嚴(yán)重程度做出準(zhǔn)確診斷，耗費(fèi)大量的人力、物力的同時(shí)也經(jīng)常發(fā)生誤判，從而延誤故障處理，給企業(yè)造成重大損失。

1 間歇性振動(dòng)類故障概述

1.1 間歇性振動(dòng)特點(diǎn)

（1）振動(dòng)具有突發(fā)性、間歇性，無明顯規(guī)律，故障類型不同出現(xiàn)頻次也不同，間歇周期短到每次幾毫秒，長(zhǎng)則數(shù)十秒甚至幾小時(shí)。

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

（3）振動(dòng)的發(fā)生與工況變化關(guān)系不大，常規(guī)振動(dòng)分析設(shè)備難以采集及準(zhǔn)確診斷。

1.2 間歇性振動(dòng)類型

根據(jù)首鋼股份公司故障診斷實(shí)際案例情況統(tǒng)計(jì)，旋轉(zhuǎn)機(jī)械間歇性振動(dòng)主要有滑動(dòng)軸承問題引起的油膜渦動(dòng)、自動(dòng)化信號(hào)傳輸系統(tǒng)接口噪聲干擾、電磁信號(hào)干擾三種類型。

1.2.1 間歇性振動(dòng)趨勢(shì)

正常情況下振動(dòng)趨勢(shì)見圖1。不同類型的間歇性振動(dòng)趨勢(shì)表現(xiàn)形式不同，具體情況見圖2、圖3、圖4所示。

圖2 油膜渦動(dòng)振動(dòng)趨勢(shì)

圖3 接口噪聲干擾振動(dòng)趨勢(shì)

與正常情況下振動(dòng)趨勢(shì)相比，三種間歇性振動(dòng)的趨勢(shì)特點(diǎn)如下：

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

（2）接口噪聲干擾：從圖3看出，間歇周期較長(zhǎng)，幾小時(shí)至幾十小時(shí)；振動(dòng)值較大，數(shù)十微米甚至超過停機(jī)值。

（3）電磁信號(hào)干擾：從圖4 看出，該類故障振動(dòng)趨勢(shì)，振值變化與干擾源同步，振動(dòng)頻次最密集，振值較大，數(shù)十甚至數(shù)百微米。

1.2.2 間歇性振動(dòng)故障原因

（1）油膜渦動(dòng)

油膜渦動(dòng)主要是滑動(dòng)軸承表面缺陷、不合理的軸承間隙、潤滑油質(zhì)量以及轉(zhuǎn)子軸彎曲引起的動(dòng)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(xiàn)場(chǎng)信號(hào)傳輸系統(tǒng)中電纜接線端子松動(dòng)，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(fā)電氣干擾或接口噪聲，使振量值走高。

（3）電磁信號(hào)干擾

電磁信號(hào)干擾主要是運(yùn)行中的設(shè)備附近存在測(cè)試儀器、通訊設(shè)備電磁信號(hào)，設(shè)備附近有自動(dòng)化系統(tǒng)檢修施工等干擾源，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)框架表抗干擾能力差造成的。

2 間歇性振動(dòng)類故障診斷案例

2.1 油膜渦動(dòng)案例

2.1.1 故障描述

2019 年3 月7 日13：30，TRT 發(fā)電機(jī)組透平進(jìn)氣側(cè)202B 測(cè)點(diǎn)（圖5）呈間歇性振動(dòng)異常，見圖6所示，最初波動(dòng)范圍為75～101 μm，波動(dòng)周期360 min，隨著時(shí)間推移越演越烈，振值最高至112 μm，波動(dòng)周期60 min。

圖5 壓差發(fā)電機(jī)組測(cè)點(diǎn)示意圖

2.1.2 故障分析

（1）單通道多特征值趨勢(shì)分析

從進(jìn)氣側(cè)202 測(cè)點(diǎn)單通道多特征值趨勢(shì)（圖7）可以看出：

圖6 TRT機(jī)組間歇性振動(dòng)異常時(shí)間段趨勢(shì)圖

圖7 202B測(cè)點(diǎn)間歇振動(dòng)異常時(shí)段單通道多特征值趨勢(shì)

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

②半倍頻振動(dòng)（黑色）呈不穩(wěn)定的間歇性來回大幅波動(dòng)狀態(tài)，與通頻振動(dòng)趨勢(shì)（藍(lán)色）波動(dòng)同步。

上述情況說明，202B 測(cè)點(diǎn)間歇性振動(dòng)直接原因是半倍頻，而造成半倍頻異動(dòng)的主要原因是油膜渦動(dòng)。

（2）頻譜分析

從圖8 頻譜圖可以看出，振動(dòng)值最高時(shí)刻半倍頻能量最大，已超過工頻。

圖8 202B測(cè)點(diǎn)異常時(shí)段頻譜圖

（3）軸心軌跡分析

202 瓦位進(jìn)氣側(cè)軸承軸心軌跡圖（圖9）可以看出，進(jìn)氣側(cè)軸心軌跡呈明顯的大圈套小圈，進(jìn)動(dòng)方向呈反進(jìn)動(dòng)。具備明顯的油膜渦動(dòng)特征。

圖9 進(jìn)氣側(cè)異常時(shí)段軸心軌跡圖

2.1.3 診斷結(jié)論

壓差發(fā)電機(jī)組透平進(jìn)氣側(cè)存在嚴(yán)重的動(dòng)靜碰磨。動(dòng)靜碰磨引起的油膜渦動(dòng)造成該軸承位間歇性大幅異常波動(dòng)。

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(zhì)量問題，同時(shí)考慮到轉(zhuǎn)子工頻能量較大（接近80 μm），不排除轉(zhuǎn)子存在彎曲問題造成的碰磨。

（2）措施：

①停機(jī)對(duì)進(jìn)氣側(cè)軸承解體檢查，將軸瓦配合間隙調(diào)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(shí)更換軸瓦。

③檢測(cè)核實(shí)轉(zhuǎn)子是否存在軸彎曲，必要時(shí)更換新轉(zhuǎn)子，或?qū)D(zhuǎn)子重新做動(dòng)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(fēng)機(jī)電機(jī)ZI3826測(cè)點(diǎn)（見圖10）開始振動(dòng)異常，圖11可以看出隨著時(shí)間的推移越來越激烈，振動(dòng)頻次與振動(dòng)值越來越高。超過90 μm。

圖10 1#高爐鼓風(fēng)機(jī)測(cè)點(diǎn)示意圖

圖11 ZI3826測(cè)點(diǎn)間歇性振動(dòng)異常時(shí)段振動(dòng)趨勢(shì)

2.2.2 故障分析

（1）查詢ZI3826 測(cè)點(diǎn)gap 電壓歷史趨勢(shì)并現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)，探頭gap電壓正常，排除探頭問題。

（2）S8000 振動(dòng)列表分析，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)段殘余振動(dòng)值多次明顯走高，且與趨勢(shì)圖中振值最高點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)。

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

圖12 ZI3826測(cè)點(diǎn)間歇性振動(dòng)異常時(shí)段頻譜圖

2.2.3 診斷結(jié)論

ZI3826 測(cè)點(diǎn)自動(dòng)化信號(hào)傳輸系統(tǒng)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(cè)點(diǎn)傳感器長(zhǎng)期在高溫環(huán)境下運(yùn)行，信號(hào)電纜插件表面氧化后接觸電阻發(fā)生變化或接線端子松動(dòng)。

（2）措施

將3826 測(cè)點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)臨時(shí)打到失效位監(jiān)視運(yùn)行，利用檢修重點(diǎn)對(duì)ZI3826 傳感器信號(hào)電纜插件接觸電阻變化、接線端子松動(dòng)、信號(hào)電纜屏蔽及接地等情況進(jìn)行檢查，必要時(shí)對(duì)相應(yīng)部件予以更換。

2.2.5 處理情況及效果

9 月27 停機(jī)檢修，更換了從接線盒到主控室段信號(hào)電纜的屏蔽線，以及VM600上對(duì)應(yīng)ZI3626測(cè)點(diǎn)模塊。同時(shí)對(duì)插件、接線端子進(jìn)行了檢查緊固，10月1 日20：43 開機(jī)后，ZI3826 測(cè)點(diǎn)振動(dòng)穩(wěn)定在30 μm左右（見圖13），恢復(fù)正常。

圖13 檢修處理前后情況效果圖

2.3 電磁信號(hào)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(fēng)機(jī)停機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化系統(tǒng)檢修過程中，正在運(yùn)行中的1#、2#機(jī)組所有測(cè)點(diǎn)均發(fā)生間歇性振動(dòng)異?，F(xiàn)象，圖14 所示，最高振值：1#機(jī)100 μm，2#機(jī)130 μm。

圖14 3#風(fēng)機(jī)檢修期間1#、2#機(jī)組振動(dòng)趨勢(shì)

2.3.2 故障分析

（1）從圖14可以看出，運(yùn)行中的1#、2#機(jī)組振動(dòng)時(shí)刻、振值變化與檢修中的3#機(jī)組呈間歇性變化且完全同步。

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

2.3.3 診斷結(jié)論

10 月10～12 日正常運(yùn)行中的1#、2#機(jī)組間歇性振動(dòng)異常的主要原因外部信號(hào)干擾。

2.3.4 故障原因

圖15 ZI311測(cè)點(diǎn)間歇性振動(dòng)異常時(shí)段頻譜圖

3#風(fēng)機(jī)檢修處理勵(lì)磁側(cè)自動(dòng)化信號(hào)傳輸系統(tǒng)施工期間，測(cè)試儀器產(chǎn)生的電磁干擾信號(hào)。

2.3.5 措施

（1）禁止在運(yùn)行中的設(shè)備附近使用測(cè)試或?qū)χv機(jī)等大功率通訊設(shè)備。

（2）選用優(yōu)質(zhì)設(shè)備監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)框架表，增強(qiáng)抗干擾能力。

3 結(jié)語

間歇性振動(dòng)的復(fù)雜性致使其歷來是旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷中的難點(diǎn)，不僅易發(fā)生誤判及延誤處理，還經(jīng)常導(dǎo)致設(shè)備跳停而影響生產(chǎn)。通過對(duì)首鋼股份公司多年來故障診斷實(shí)踐，對(duì)間歇性振動(dòng)故障類型、特征、診斷、原因及處理措施等方面進(jìn)行了詳細(xì)的總結(jié)分析，對(duì)冶金、石化、發(fā)電等行業(yè)旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷工作具有一定的借鑒價(jià)值。