轉(zhuǎn)子不平衡故障在診斷中的有效應(yīng)用

興成宏，李迎麗，張 玲

（中國石油遼陽石化分公司機(jī)動(dòng)設(shè)備處，遼寧遼陽 111003）

0 引言

機(jī)泵裝置是石化行業(yè)中的關(guān)鍵設(shè)備，保證機(jī)泵的完好運(yùn)行，可提高裝置生產(chǎn)率、降低成本、節(jié)約能源，對現(xiàn)場機(jī)泵的精確監(jiān)測和故障診斷，可避免設(shè)備事故的發(fā)生。旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備事故分為很多種類，轉(zhuǎn)子不平衡是旋轉(zhuǎn)設(shè)備經(jīng)常發(fā)生的故障類型之一。

1 轉(zhuǎn)子不平衡故障的種類和機(jī)理

轉(zhuǎn)子不平衡是由于轉(zhuǎn)子部件質(zhì)量偏心或轉(zhuǎn)子部件出現(xiàn)缺損造成的故障，具體原因很多種。按發(fā)生不平衡的過程，可以將轉(zhuǎn)子不平衡分為原始不平衡、漸發(fā)性不平衡和突發(fā)性不平衡3 種情況。

設(shè)轉(zhuǎn)子的質(zhì)量為M，偏心質(zhì)量為m，偏心距為e，如果轉(zhuǎn)子的質(zhì)心到2 個(gè)軸承連心線的垂直距離不為零，具有擾度為a（圖1）。

由于有偏心質(zhì)量m 和偏心距e 的存在，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生離心力、離心力矩或兩者兼而有之。離心力的大小與m，e 及旋轉(zhuǎn)角速度ω 有關(guān)，即F=meω2。交變的力（方向、大小均周期性變化）會引起振動(dòng)，這就是不平衡引起振動(dòng)的原因。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一周，離心力方向變化一個(gè)周期，因此不平衡振動(dòng)的頻率與轉(zhuǎn)速一致。

2 故障診斷實(shí)例

某石化公司動(dòng)力廠公用車間的機(jī)組如圖2 所示。2018 年8 月28 日上午，對該機(jī)組P321A 泵進(jìn)行振動(dòng)測試，振值達(dá)60 mm/s、已超過報(bào)警值（報(bào)警值為4.5 mm/s，參照ISO10816—2009）。

從測得的波形頻譜圖來看，泵負(fù)荷端垂直方向頻率成分以工頻為主導(dǎo)，伴有較小幅值的2×、3×、4×頻率成分（圖3）。停泵后，現(xiàn)場檢修人員對瓦間隙進(jìn)行了調(diào)整，下午再次對該泵進(jìn)行測試，測得泵負(fù)荷端垂直方向振值為115 mm/s 已超過報(bào)警值，報(bào)警值為4.5 mm/s。從測得的波形頻譜圖來看，泵負(fù)荷端垂直方向頻率成分以工頻為主導(dǎo)，伴有較小幅值的2×、3×頻率成分。由此分析認(rèn)為，引起泵高振動(dòng)的主要原因是部件發(fā)生磨碰，因此建議立即對該泵進(jìn)行解體檢修。

現(xiàn)場檢修后發(fā)現(xiàn)，平衡盤與平衡片、第六級葉輪與口環(huán)處都有磨碰現(xiàn)象（圖4）。

圖1 轉(zhuǎn)子力學(xué)模型

圖2 機(jī)組概貌

圖3 泵負(fù)荷端垂直方向波形頻譜圖

圖4 平衡盤與平衡片、第六級葉輪與口環(huán)處均有磨碰

現(xiàn)場檢修人員對該泵進(jìn)行了檢修，回裝后測得泵和電機(jī)兩端振值均超過報(bào)警值（報(bào)警值為4.5 mm/s），電機(jī)振動(dòng)大且波動(dòng)（表1）。現(xiàn)場進(jìn)行帶負(fù)荷打閘試驗(yàn)，斷電瞬間電機(jī)振動(dòng)瞬間減小到很小，認(rèn)為電機(jī)存在電氣故障。

表1 回裝后泵和電機(jī)兩端振動(dòng)數(shù)據(jù)mm/s

電機(jī)送電修檢查，電機(jī)基礎(chǔ)不平，1 個(gè)地腳加墊鐵，在平臺上空負(fù)荷運(yùn)行，振動(dòng)值最大2 mm/s。電機(jī)回廠安裝后，電機(jī)單運(yùn)，振動(dòng)6 mm/s，現(xiàn)場進(jìn)行電機(jī)單運(yùn)打閘試驗(yàn)，斷電后電機(jī)振動(dòng)逐步減小。為驗(yàn)證是電機(jī)還是基礎(chǔ)引起的問題，將電機(jī)4 個(gè)地腳全部松開，電機(jī)振動(dòng)小于2 mm/s，緊1 個(gè)地腳振動(dòng)漲到3 mm/s以上，緊2 個(gè)地腳振動(dòng)漲到3 mm/s 以上，4 個(gè)地腳全部擰緊后振動(dòng)達(dá)7 mm/s 以上。而且，隨著運(yùn)行時(shí)間的加長，垂直向振動(dòng)出現(xiàn)上漲趨勢。重復(fù)試驗(yàn)幾次，效果基本一致，重復(fù)性很好。4 個(gè)地腳緊好后，振動(dòng)頻譜工頻占主導(dǎo)，伴有明顯的2 倍頻成分。根據(jù)vm63 測得的數(shù)據(jù)和頻譜圖分析認(rèn)為，該電機(jī)基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)薄弱。

基礎(chǔ)二次灌漿層清掉后發(fā)現(xiàn)，電機(jī)尾端基礎(chǔ)地腳螺栓底板與墊鐵間不實(shí)，基礎(chǔ)剛度不夠。重做電機(jī)基礎(chǔ)，檢修完回裝后該機(jī)泵運(yùn)轉(zhuǎn)正常（表2）。

表2 重做電機(jī)基礎(chǔ)后泵和電機(jī)兩端振動(dòng)數(shù)據(jù) mm/s

3 結(jié)束語

大型石化企業(yè)生產(chǎn)中，保證旋轉(zhuǎn)設(shè)備的安全平穩(wěn)運(yùn)行，已成為避免事故發(fā)生、節(jié)約資源的重要手段。因此，提高對旋轉(zhuǎn)設(shè)備的故障診斷水平，加強(qiáng)對旋轉(zhuǎn)設(shè)備的預(yù)知檢修、維修，將最終實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的安全、平穩(wěn)運(yùn)行。