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啤嶺機電設備（上海）有限公司
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機械振動案例分析

2013-07-12

王吉興
（勝利油田石油化工總廠，山東東營　257000）
　　摘　要：簡要介紹了振動分析技術在勝利油田石油化工總廠旋轉設備故障診斷中的幾個成功案例，內容包括電機軟腳、電機軸承過電流、風機軸承安裝不當和軸承跑內圈四個案例，其分析和診斷過程對設備故障診斷具有一定的參考價值。
　　關鍵詞：振動頻譜；滾動軸承；軟腳
　　作為現代設備管理的一項重要技術手段，振動分析技術在石油石化行業開展得相對較早，多年來的大量實踐也證明，振動分析技術對保障設備的安全穩定運行、搞好設備預知性維修、對設備維修時機的選取及維修方向的確定均具有相當好的指導意義。可以有的放矢查找問題，避免重復性維修，提高維修效率，降低維修成本。本文通過幾個案例，重點介紹了振動分析技術在交流電機故障診斷中的應用。通常來說，該技術能對轉子不平衡、不對中、軟腳及基礎松動、軸承、轉條絕緣、相問題等各類故障進行準確診斷。 
　　1　電機軟腳
　　某電機在檢修安裝后發現振動值過大，經振動測試，Z大振動值達到8.2mm/s（有效值），典型頻譜如圖1所示，頻譜以一倍轉頻的振動為主導，兼有較小的兩倍線頻率100Hz的振動。考慮到電機剛剛檢修，轉子不平衡的可能性較小；且檢修前電機振動正常，基本可以排除基礎支撐薄弱的可能，故對此做了軟腳測試，如圖2所示。圖中列出了電機兩個測點各三個方向共6個測量值的初始振動在分別擰松四個螺栓后的變化趨勢。可見在擰松前三顆螺栓后各處的振動值變化不大，而在擰松第四顆螺栓后，各處測量的振動值均大幅度下降到2mm/s左右。至此即可確定第四顆螺栓為軟腳，需要調整此處墊片對電機進行找平處理。 
　　機器軟腳是比較常見的問題。理論上來說，機器的四個支撐點（四個地腳螺栓）不可能在同一個水平面上，從這個意義上來說，軟腳不可避免。但工程上，通常將依次松開四個地腳螺栓后垂直向Z大跳動量是否超過5mm作為機器（水平安裝）是否存在軟腳的判據。機器軟腳時的振動特征有以下幾條：
　　（1）振動的方向性。在測振點的三個方向中，某方向的振動大大強于其余兩個方向的振動； 
　　（2）振動頻譜以1X振動為主導，與不平衡相似；
　　（3）有時振動頻譜中會出現兩倍線頻率100Hz的振動。
　　在監測到上述振動特征后，可進行如下驗證測試：逐個擰松電機的四個螺栓進行對比測量，方法是在擰松某個螺栓時應保持其它三個螺栓維持原狀，測量完成后，先上緊該螺栓，再依次擰松下幾個螺栓。如果發現在擰松某個螺栓后其振動值大幅下降，即可斷定該地腳螺栓為軟腳，需要對其進行調整。
　　2　電機軸承過電流，風機軸承安裝不當
　　電機的基本布置是：臥式，六極，電機直接驅動，風機懸臂布置。該風機運行半年后，現場噪音顯著。經測試電機Z大振動值為2mm/s，風機Z大振動值為1.6mm/s，均低于國標規定的振動報警值。
　　其中電機的典型振動頻譜如圖3、圖4。圖3中可見顯著的軸承外圈缺陷頻率及其多階諧波的振動；圖4中與初始基準頻譜相比，高頻段電磁噪聲振動顯著，這是軸承過電流的典型振動特征。經檢查解體軸承，驗證了上述判斷。隨后將此電機上的兩個軸承更換為絕緣軸承。
　　圖5為風機驅動端軸承的振動頻譜，圖中軸承缺陷頻率的振動顯著且有顯著的轉速邊頻帶。經解體檢查，發現軸承外圈有兩道深溝狀劃痕。綜合分析認為，該軸承在短短半年時間內即失效的原因是軸承安裝不當：該軸承為錐套定位，安裝時錐套推進過大，使軸承游隙過小。
　　3　電機軸承跑內圈
　　某臥式雙吸循環水泵電機非驅動端水平方向振動趨勢圖如圖6所示，典型頻譜如圖7所示，軸承外圈缺陷頻率及其諧波的振動顯著。綜合趨勢圖及頻譜特征，認為該軸承存在較嚴重缺陷，建議更換該軸承。后停機檢查，發現軸承跑內圈，軸已磨傷，送外維修保養（噴涂、打磨）。電機維修后試車時采集的的振動數據如圖6、圖8。可見，維修后振動趨勢大幅度下降，而頻譜中盡管仍然存在軸承外圈缺陷頻率的振動，但其振動峰值大大降低且諧波數量減少。考慮到其它三臺同型號電機振動特征與該案類似，懷疑電機非驅動端軸頸的尺寸及公差設計是否合理，建議聯系電機廠商確認問題。
　　4　結束語
　　對于現場設備的故障診斷來說，振動頻譜分析技術是一項強有力的技術手段，即使是在不能對故障準確定位的情況下，結合設備的維修運行經驗，仍能較準確地實現對設備故障的準確定位。
來源：《機械》2008年增刊 總第35卷