時譜相位法查找主風(fēng)機現(xiàn)場平衡問題原因

王魯濟 孫文濤

（山鋼股份濟南分公司煉鐵廠 濟南）

一、前言

400 m2燒結(jié)機主抽風(fēng)機2臺，由沈陽鼓風(fēng)機廠生產(chǎn)，配用電機：同步電機6極7500 kW、轉(zhuǎn)速1000 r/min抽風(fēng)機進口容積流量20 000 m3/min，是燒結(jié)生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備。

大型機組的運行直接關(guān)系到生產(chǎn)線的連續(xù)運行，如果設(shè)備運行狀況得不到保證，直接影響到生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)。煉鐵廠作為山鋼股份濟南分公司的龍頭，在降本增效方面起著決定性的作用，而生產(chǎn)正常運行又是降本增效的根本保證，只有提高設(shè)備作業(yè)率，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備早期故障，將故障消滅于萌芽狀態(tài)，才能使生產(chǎn)正常運行，更好的為企業(yè)創(chuàng)造效益。

時譜相位法是將時域、頻譜、相位三者組合應(yīng)用的一種方法，應(yīng)用時域與頻譜發(fā)現(xiàn)不了故障或有多種故障類型不好判定哪種故障時，應(yīng)用相位分析可更清晰地發(fā)現(xiàn)故障類型。應(yīng)用時譜相位法，解決了濟鋼煉鐵廠400 m2燒結(jié)機主抽風(fēng)機現(xiàn)場平衡問題原因。

二、通過時域 頻譜對故障分析

利用PMS離線點檢故障診斷系統(tǒng)對所有設(shè)備振動數(shù)椐進行掌控，同對時域分析、頻域分析和專用分析（如共振解調(diào)）等進行故障診斷，這些分析方法在沒有做相位分析的情況下，故障的診斷率只有60%左右，準(zhǔn)確性不是太高，如果再采用相位分析可以有效提高設(shè)備故障診斷率。

相位是對于一個波，特定的時刻在其循環(huán)中的位置：一種是否在波峰、波谷或其之間某點的標(biāo)度。相位描述信號波形變化的度量，通常以度（角度）作為單位，也稱作相角。當(dāng)信號波形以周期的方式變化，波形循環(huán)一周即為360°。

時域和頻域是信號的基本性質(zhì)，這樣可以用多種方式來分析信號，每種方式提供了不同的角度。時域是惟一客觀存在的域，而頻域是一個遵循特定規(guī)則的數(shù)學(xué)范疇。頻域，尤其在射頻和通信系統(tǒng)中運用較多，在高速數(shù)字應(yīng)用中也會遇到頻域。頻域最重要的性質(zhì)是其不是真實的，而是一個數(shù)學(xué)構(gòu)造。

在設(shè)備故障診斷過程中振動幅值、頻率和相位是振動的3個要素，忽視任何一個要素都是不全面的，很多故障與相位有密切的關(guān)系。但由于設(shè)備和技術(shù)手段的限制，在對機組振動進行監(jiān)測時，大多以振動的頻譜圖作為故障診斷的依據(jù)。這種方法雖然在多數(shù)情況下有效，但在一些特殊情況下，卻會掩蓋振動現(xiàn)象，造成技術(shù)人員的誤解.相位與振動結(jié)合能夠更加精確地診斷出大機組的不平衡、不對中、基礎(chǔ)或底座松動以及其他非正常故障。

三、相位特征

1.判斷不平衡的類型

轉(zhuǎn)子的不平衡類型主要有力（靜）不平衡、力偶不平衡和動不平衡3種，故障特征頻譜非常相似，都是在水平和垂直方向振動頻率以轉(zhuǎn)速基頻為主頻，在頻譜中1倍轉(zhuǎn)速基頻占優(yōu)勢，但其相位特征有著較為明顯的差異。

（1）力（靜）不平衡。力不平衡的相位特征是同相位和穩(wěn)定的，轉(zhuǎn)子兩側(cè)軸承座同方向的相位差應(yīng)該接近0°，力不平衡轉(zhuǎn)子的每個軸承座上水平與垂直方向振動信號的相位差應(yīng)該接近90°或270°，通常只需一個修正面就可以消除力不平衡。

（2）力偶不平衡。力偶不平衡在同一軸上導(dǎo)致180°反方向的相位運動，在轉(zhuǎn)子兩側(cè)軸承座同方向存在180°的相位差，至少需在兩個修正面內(nèi)放置平衡重量才能修正力偶不平衡。

（3）動不平衡。轉(zhuǎn)子兩側(cè)軸承座之間徑向方向的相位差，可能在0～180°的某個角度，每個軸承座上水平方向與垂直方向之間的相位差大致為90°，動不平衡需要雙面修正才能解決故障。

（4）彎曲的軸。如果轉(zhuǎn)子兩側(cè)支承點軸向振動相位是反相位的，則表明軸彎曲。

（5）判斷不對中的類型。如果聯(lián)軸器兩側(cè)支承點軸向振動相位相同或相差180°，則表明存在角度不對中，如果是聯(lián)軸器兩側(cè)支承點徑向振動相位相同或相差180°，則表明存在平行不對中。

四、時譜相位法查找現(xiàn)場平衡問題原因

400 m2燒結(jié)機2#主抽風(fēng)機型號SJ20000-14T，電機功率7500 kW，電壓10 kV。2014年10月，中修期間對風(fēng)機3#、4#軸瓦進行檢修。檢修后試車，風(fēng)機軸承座水平方向振動大，速度值在4.6 mm/s，經(jīng)現(xiàn)場初步診斷為風(fēng)機轉(zhuǎn)子不平衡。當(dāng)天做在線動平衡校正，第一次做4#瓦面校正后，4#瓦面振動下降，但3#瓦面振動上升。第二次做3#軸瓦面，振動下降，但4#瓦面振動上升。由于時間關(guān)系，來不及再反復(fù)校正動平衡，只能用變頻裝置來調(diào)節(jié)風(fēng)機轉(zhuǎn)速降負荷運行。為此，查找動平衡做不下來的原因，單靠時譜分析已分析不出來，經(jīng)過一段時間的分析研究，用相位法來檢測看是否能夠查找出原因。

2015年3月，用相位法檢測4#軸瓦垂直振動相位在8～28°漂移 20°(跑相位)，3#瓦面振動相位在 287～313°漂移 26°(跑相位)，查出原因是軸承頂間隙緊力不夠所致。2015年5月利用計劃檢修時間，重新對兩軸瓦頂部過盈進行調(diào)整，4#瓦相位穩(wěn)定在106°，3#瓦相位穩(wěn)定在346°，再做在線動平衡，兩軸承座水平振動（速度值），降為1 mm/s以內(nèi)，消除了風(fēng)機振動大的現(xiàn)象。

五、結(jié)論

時域分析、頻譜分析和相位分析，是三者為一體的故障分析方法，在設(shè)備故障診斷中提高了設(shè)備故障診斷率。因為就1倍頻來講，有很多故障與其對應(yīng)，通過增加相位分析，會更準(zhǔn)備地查找設(shè)備故障的真正原因，使檢修計劃做得更為準(zhǔn)確。此方法適用于各個行業(yè)所有中高速旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備的振動故障診斷，具有廣泛的使用價值。

1 陳興輝，谷玉海.相位與頻譜校正方法[J].湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2009（ 10）

2 劉均.相位分析在故障診斷中的應(yīng)用[J].設(shè)備管理與維修，2004（1）

3 陸慶華.頻譜與相位分析在設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用[J].設(shè)備管理與維修，2008（ 6）

4 牛明忠.設(shè)備故障的振動識別方法與實例[M].冶金工業(yè)出版社，1994