施連勇

（中國石油錦州石化公司熱電公司，遼寧錦州 121001）

0 引言

振動有3 個要素，分別是振動幅值、頻率和相位，忽視任何一個要素就是不全面的。相位是振動分析中一個非常重要的參數(shù)。有了相位之后，對振動問題的認(rèn)識除了大小、頻率以外還有角度，振動問題由此而成為一個矢量概念。

1 相位技術(shù)簡介

相位是在給定時刻振動體被測點(diǎn)相對于固定參考點(diǎn)的位置，單位是度（°）。

相位是振動在時間先后關(guān)系上或空間位置關(guān)系上相互差異的標(biāo)志，如同一部件不同位置處的振動或不同部件之間的振動，它不僅在判斷振動故障的類型中有著重要作用，也是動平衡技術(shù)必不可缺少的一部分。

在測得的工頻相位中，測點(diǎn)H的相位為45°、測點(diǎn)V 處的相位為135°，測點(diǎn)H的振動超前測點(diǎn)V90°，兩個測點(diǎn)的相位差為90°表明，H、V 處的最大振動不同時，相差的時間正好是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過兩個測點(diǎn)的時間（V 測點(diǎn)與H 測點(diǎn)相互垂直，正好是90°），很可能是不平衡問題（圖1）。

圖1 相位測量示意

2 實(shí)例分析

中國石油錦州石化公司重油催化裝置的增壓機(jī)機(jī)組是由電機(jī)和增壓機(jī)組成，機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)一直都非常平穩(wěn)，振動幅值非常小。2013年7 月25 日1:15，機(jī)組振動突然增大，持續(xù)13 min 后導(dǎo)致燒瓦事故。機(jī)組解體后發(fā)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動端軸瓦損壞，聯(lián)軸節(jié)處膜片彈出，增壓機(jī)高速軸輸入端軸瓦損壞（圖2）。

圖2 電機(jī)損壞軸瓦

2.1 初次檢修

在對機(jī)組進(jìn)行的檢修中，更換了軸瓦和聯(lián)軸節(jié)，分別對電機(jī)的軸和風(fēng)扇做了動平衡。檢修后進(jìn)行電機(jī)空試，電機(jī)振動幅值與事故前比較有顯著增大，具體數(shù)值見表1，相關(guān)頻譜見圖3～圖5。

表1 電機(jī)的振動幅值 mm/s

從圖3～圖5的振動幅值上可以看出，電機(jī)檢修后的效果并不好，沒有完全解決故障。頻譜圖中可以看出，1×轉(zhuǎn)速頻率的振動尖峰在頻譜中占優(yōu)勢，水平、垂直以及軸向方向振動都很大。

圖3 水平方向頻譜圖

圖4 垂直方向頻譜圖

圖5 軸向頻譜圖

為查找振動大的原因，測試電機(jī)4 個地腳處的振動，振動幅值分別為1.64 mm/s、2.16 mm/s、8.31 mm/s 和2.33 mm/s。結(jié)合頻譜分析，得出初步結(jié)論：

（1）有一處地腳的振動幅值過大，懷疑是發(fā)生故障時振動過大導(dǎo)致了地腳松動。

（2）徑向振動幅值過大且1×轉(zhuǎn)速頻率占優(yōu)勢，懷疑是因?yàn)殡姍C(jī)軸和風(fēng)扇分別做動平衡而導(dǎo)致的平衡精度不夠。

（3）軸向振動幅值過大，懷疑是因?yàn)檎駝舆^大導(dǎo)致4 個地腳不在一個水平面上。

根據(jù)故障分析，首先對地腳進(jìn)行緊固，但振動幅值依然不變。

2.2 相位分析

依據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)轉(zhuǎn)子存在動不平衡時，水平方向振動通常略大于垂直方向振動（一般在2～3 倍）。但是此電機(jī)的振動幅值水平方向和垂直方向振動均很大，無法確認(rèn)是否存在動不平衡現(xiàn)象。

為了診斷電機(jī)是否存在動不平衡，進(jìn)行了相位測量。由于現(xiàn)場環(huán)境的限制，只能在1H 和1V 處設(shè)置鍵相器。進(jìn)行了3 次相位測量，測得1H 和1V的相位差均是264°。相位差264°，相當(dāng)于相位差360°-264°=96°。根據(jù)動不平衡理論：

（1）不平衡振動總是顯示出不平衡部件轉(zhuǎn)速頻率的1×頻率的振動。通常這個1×轉(zhuǎn)速頻率的振動尖峰在頻譜中占優(yōu)勢。

（2）當(dāng)不平衡超過其他故障成為主要振動原因時，軸承水平方向與垂直方向振動相位差約90°。

（3）不平衡轉(zhuǎn)子通常在徑向方向呈現(xiàn)穩(wěn)定的、可重復(fù)的振動相位差。

本例中1×轉(zhuǎn)速頻率在頻譜中占優(yōu)勢，相位96°、非常接近于90°，并且徑向方向的相位差非常穩(wěn)定。

通過頻譜與相位綜合分析后，斷定電機(jī)轉(zhuǎn)子存在動不平衡。

2.3 二次檢修

在上述分析的基礎(chǔ)上，決定對電機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行整體動平衡。在這一過程中發(fā)現(xiàn)電機(jī)風(fēng)扇松動，隨即對軸進(jìn)行電鍍處理。而電機(jī)軸和風(fēng)扇不平衡量并不大，僅有0.2 g。在做動平衡后空試電機(jī)，4 個地腳處的振動幅值分別為1.64 mm/s、2.16 mm/s、8.31 mm/s 和2.33 mm/s，電機(jī)的振動幅值見表2。

表2 動平衡前后電機(jī)的振動幅值 mm/s

2.4 結(jié)論

經(jīng)過整體動平衡和電鍍之后，電機(jī)振動已經(jīng)恢復(fù)到正常狀態(tài)。由于不平衡量很小，所以造成電機(jī)振動大的主要原因是電機(jī)風(fēng)扇松動，松動的風(fēng)扇在旋轉(zhuǎn)時由于離心力的作用產(chǎn)生很大不平衡量。

3 小結(jié)

電機(jī)風(fēng)扇松動導(dǎo)致的不平衡故障在實(shí)際診斷中很少遇到，如果沒有相位測量則很難進(jìn)行正確診斷，積極開展頻譜分析和相位測量相結(jié)合的故障診斷是非常有必要的。