振動(dòng)監(jiān)測(cè)在轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備維護(hù)中的應(yīng)用分析

錢(qián)俊峰 張金箭 雷普瑾（長(zhǎng)慶油田公司第二采氣廠 陜西榆林719000）

一、概況

轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，機(jī)械本身的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和機(jī)械部件之間的往復(fù)運(yùn)動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，超過(guò)允許范圍的機(jī)械振動(dòng)的危害都是比較大的，導(dǎo)致機(jī)械振動(dòng)的主要原因是反復(fù)力、松動(dòng)和共振，而其中反復(fù)力的危害是最大的。長(zhǎng)北天然氣處理廠共有轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備100余臺(tái)，其中導(dǎo)熱油循環(huán)泵P0301A（離心泵）的本體有較長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)大振動(dòng)，污水回注泵P4004C（往復(fù)式泵）進(jìn)口管線振動(dòng)較大。根據(jù)振動(dòng)情況對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行分析，并采取相應(yīng)的解決措施。

二、振動(dòng)監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)介

1.振動(dòng)簡(jiǎn)介

振動(dòng)是指物體或質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近所作的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)值一般通過(guò)位移、速度、加速度來(lái)表示。

振動(dòng)位移：x(t)=A s i n ωt，單位：mm，μm；

振動(dòng)速度：d x/d t=ωA s i n(ωt+π/2)，單位：mm/s；

振動(dòng)加速度：d2x/d t2=ω2A s i n(ωt+π)，單位：mm/s2。

2.常見(jiàn)典型振動(dòng)

機(jī)械振動(dòng)的直接原因一般有如下幾種：轉(zhuǎn)子的不平衡，對(duì)中不好，基礎(chǔ)松動(dòng)，軸承故障等原因。

3.振動(dòng)故障分析診斷的任務(wù)

振動(dòng)頻譜圖：復(fù)雜振動(dòng)可以分解為許多不同頻率和不同振幅的諧振，這些諧振的幅值按頻率排列的圖形。

振動(dòng)故障分析的任務(wù)就是通過(guò)讀譜圖，把頻譜上的每個(gè)頻譜分量與監(jiān)測(cè)的機(jī)器的零部件對(duì)照聯(lián)系，給每條頻譜以物理解釋?zhuān)瑥亩纱朔治龀鲈O(shè)備的狀態(tài)，并由此給出設(shè)備最好的保養(yǎng)運(yùn)行方案。

4.振動(dòng)故障分析儀器

我們?cè)谌粘９ぷ髦?，是通過(guò)簡(jiǎn)單的測(cè)振儀來(lái)進(jìn)行振動(dòng)數(shù)據(jù)的錄取，該設(shè)備只能簡(jiǎn)單錄取振動(dòng)值，不能夠?qū)С鲱l譜等數(shù)據(jù)，對(duì)分析故障原因有一定難度。

振動(dòng)監(jiān)測(cè)需要能夠采集各類(lèi)數(shù)據(jù)，導(dǎo)出故障頻譜圖，讓我們便于通過(guò)頻譜圖來(lái)進(jìn)行分析，所以我們采用了雙通道振動(dòng)采集器。

5.設(shè)備振動(dòng)區(qū)域分類(lèi)

根據(jù)I SO10816-1，通用設(shè)備分為以下四類(lèi)：

I類(lèi)——發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)器的單獨(dú)部件（典型為15K W以下的電機(jī)）；

II類(lèi)——無(wú)專(zhuān)用基礎(chǔ)的中型機(jī)器(15-75K W)；專(zhuān)用剛性基礎(chǔ)上300 K W以下中型機(jī)器；

III類(lèi)——?jiǎng)傂曰A(chǔ)上的大型機(jī)器；

IV類(lèi)——柔性基礎(chǔ)上的大型機(jī)器；

相應(yīng)的振動(dòng)烈度等級(jí)為:

以上的A、B、C、D區(qū)域分別代表：

區(qū) 域 A:新交付的機(jī)器的振動(dòng)通常屬于該區(qū)域。

區(qū) 域 B:機(jī)器振動(dòng)處在該區(qū)域通常可長(zhǎng)期運(yùn)行。

區(qū) 域C:機(jī)器振動(dòng)處在該區(qū)域一般不適宜作長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行，通常機(jī)器可在此狀態(tài)下運(yùn)行有限時(shí)間 ，直 到有采取補(bǔ)救措施的合適時(shí)機(jī)為止。

區(qū)域 D:機(jī)器振動(dòng)處在該區(qū)域其振動(dòng)烈度足以導(dǎo)致機(jī)器損壞。

三、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備振動(dòng)分析及故障診斷

我們通過(guò)對(duì)該天然氣處理廠現(xiàn)場(chǎng)2類(lèi)典型設(shè)備進(jìn)行分析，并給出合理的故障解決方案。

1.導(dǎo)熱油循環(huán)泵P0301A-離心泵

（1）歷史振動(dòng)

表1 通用設(shè)備振動(dòng)區(qū)域分類(lèi)

P0301A熱油泵功率為75K W，轉(zhuǎn)速為2975R PM；歷史振動(dòng)一直較大，并曾經(jīng)對(duì)整個(gè)基礎(chǔ)進(jìn)行了扎筋加固，該泵的振動(dòng)略降低，但幅度不大；隨后更換了備用泵的電機(jī)、泵殼和泵軸，振動(dòng)值均沒(méi)有發(fā)生明顯變化。

（2）振動(dòng)分析

下圖為各測(cè)試位置的振動(dòng)采集數(shù)值清單：

圖1 實(shí)際測(cè)得振動(dòng)值現(xiàn)場(chǎng)分布圖

下面為各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)頻譜圖：

圖2 電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端垂直方向

圖3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸向方向

圖4 泵端滾動(dòng)軸承處水平方向

圖5 泵端滑動(dòng)軸承處

從以上振動(dòng)總值及頻譜圖可以看出：

此泵的振動(dòng)總值最大在泵端滾動(dòng)軸承位水平方向，達(dá)到了12.15mm/s,屬于I SO10816界定的“D級(jí)區(qū)域，振動(dòng)過(guò)大足以損壞設(shè)備”。

此泵的頻譜圖幾乎都是1倍轉(zhuǎn)速頻率，沒(méi)有其它的故障頻率，從這可以判斷此泵沒(méi)有其它機(jī)械磨損，以及電機(jī)軸承、電機(jī)轉(zhuǎn)子條，泵端軸承都沒(méi)有損傷。

表2 故障分析

（3）維修措施

基礎(chǔ)加固；

聯(lián)軸器做動(dòng)平衡。

（4）維修后效果分析

以上措施完成后泵運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)如下：

表3 振動(dòng)分析診斷前后數(shù)據(jù)對(duì)比表

由以上數(shù)據(jù)可知，聯(lián)軸器做了動(dòng)平衡之后，振動(dòng)明顯減小，減小范圍在50%以上；基礎(chǔ)加固之后，振動(dòng)也有相應(yīng)的減小，減小范圍在20%左右。

2.污水回注泵P4004C-往復(fù)泵

（1）歷史振動(dòng)

P4004C回注污水三柱塞泵功率為55K W，電機(jī)轉(zhuǎn)速為1480 R PM，電機(jī)頻率為24.6 H z,柱塞泵的轉(zhuǎn)速為164 r/mi n;此泵安裝后進(jìn)口管道振動(dòng)很大，后加了2處支撐后，振動(dòng)有了一定的下降，但是仍屬于振動(dòng)過(guò)大狀態(tài)。

（2）振動(dòng)分析

該泵進(jìn)口管線振動(dòng)值最大處已達(dá)35mm/s，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了可接受范圍。

首先，由于此泵的主要振動(dòng)來(lái)自于進(jìn)口管道，因此對(duì)進(jìn)口管道各處進(jìn)行了共振敲擊測(cè)試，各測(cè)試點(diǎn)振動(dòng)頻率如下圖所示。

圖6 P4004C進(jìn)口管線共振分布圖

其次，從該泵進(jìn)口管線共振分布圖可知，進(jìn)口管線的多個(gè)位置共振頻率非常接近于電機(jī)的轉(zhuǎn)速頻率，產(chǎn)生了共振。由于共振頻率接近電機(jī)轉(zhuǎn)速頻率，對(duì)電機(jī)的振動(dòng)頻譜測(cè)試和振動(dòng)值如下所示：

圖7 電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端水平方向

圖8 電機(jī)驅(qū)動(dòng)端垂直方向

表4 P4004C電機(jī)端振動(dòng)值

由上可知，P4004C泵本體的最大振動(dòng)來(lái)自于電機(jī)驅(qū)動(dòng)端垂直方向，最大振動(dòng)值為從頻譜圖看出以1XR PM為主，其它頻率均較低；通過(guò)檢測(cè)基礎(chǔ)及底座鋼板與電機(jī)的相位差，可以確定此電機(jī)底板的剛性不良。且由此導(dǎo)致的偏大振動(dòng)導(dǎo)致了管線共振大加大。

（3）維修措施

根據(jù)圖示，需在圖中4處共振明顯點(diǎn)增加固定支撐，同時(shí)為了避免多臺(tái)泵同時(shí)開(kāi)動(dòng)時(shí)的振動(dòng)互相疊加放大，建議在每個(gè)泵的進(jìn)口處加裝彈性軟接；并且需將P4004C泵的電機(jī)的底板做支撐進(jìn)行加固。

（4）維修后效果分析

通過(guò)在上圖所示4處共振明顯點(diǎn)增加固定支撐，并對(duì)電機(jī)底板進(jìn)行加固后，該泵進(jìn)口管線的最大振動(dòng)值已由35mm/s降低至5mm/s，已屬于可以安全使用的范圍。

結(jié)論

由上分析可知，以上三類(lèi)設(shè)備：離心泵、往復(fù)式柱塞泵、螺桿壓縮機(jī)均通過(guò)振動(dòng)分析解決了歷史故障。導(dǎo)熱油循環(huán)泵P0301A過(guò)大振動(dòng)的主要原因是由于聯(lián)軸器的動(dòng)不平衡和基礎(chǔ)的不穩(wěn)定，通過(guò)做動(dòng)平衡和基礎(chǔ)的加固，將振動(dòng)值降至良好范圍內(nèi)；回注泵P4004C入口管線振動(dòng)過(guò)大的主要原因是電機(jī)頻率與管線共振頻率一致，通過(guò)對(duì)電機(jī)基礎(chǔ)加固和管線共振嚴(yán)重點(diǎn)進(jìn)行加固，有效地降低了有害共振。

普通測(cè)振儀雖然可以測(cè)出振動(dòng)的大小，但是并不能準(zhǔn)確地分析出產(chǎn)生振動(dòng)的根本原因，由此將會(huì)導(dǎo)致頻繁的拆修，且不能從根本上解決振動(dòng)故障；而通過(guò)運(yùn)用雙通道振動(dòng)采集器，準(zhǔn)確讀取振動(dòng)頻譜圖，不僅能夠有效的讀出振動(dòng)值和位置，并能夠準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)振動(dòng)方向和振動(dòng)根本原因，并有效徹底的解決了故障。

［1］姜云峰等.撓性轉(zhuǎn)子機(jī)械平衡的方法和準(zhǔn)則.北京.國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.1999年11月.

［2］李錄平等.從振動(dòng)頻譜中提取旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障特征的方法.武漢.汽輪機(jī)技術(shù).1998年2月.

［3］黨捷等.振動(dòng)分析技術(shù)在軸承故障檢測(cè)中的應(yīng)用北京.中國(guó)設(shè)備工程.2012年4月.