张奇
摘 要：大型旋转机械振动值异常是发电厂中常有的问题，如何正确高效地处理旋转机械振动异常这个问题对电厂的发展以及经济效益有着很大的影响，同时也是使设备组长时间平稳运行的关键问题。使用振动分析仪对某发电公司汽泵前置泵故障进行振动分析结合故障诊断技术的理论和维护经验，确定造成此故障的原因在于叶片通过频率振动。对此采取轴承座加支撑、优化进口管道布置等措施消除了设备隐患。振动分析仪在振动故障诊断分析以及正确处理故障中发挥了不可替代的作用。鉴此，振动分析仪是实施状态检修和优化检修提供服务的必要工具。
关键词：振动分析仪 旋转机械 振动异常 故障诊断
中图分类号：V263 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）10（a）-0061-03
Abstract： Abnormal vibration value of large-scale rotating machinery is a common problem in power plants. How to correctly and efficiently deal with the abnormal vibration value of rotating machinery has a great impact on the development of power plants and economic benefits， and it is also the key problem to make the equipment run smoothly for a long time. Using vibration analyzer to analyze the fault of steam pump booster pump in a power generation company， combined with the theory of fault diagnosis technology and maintenance experience， it is determined that the fault is caused by the blade frequency vibration. In order to solve this problem， some measures were taken， such as bearing support， optimizing the layout of inlet pipeline， etc. Vibration analyzer plays an irreplaceable role in the diagnosis and analysis of vibration fault and the correct treatment of fault. In view of this， vibration analyzer is a necessary tool for condition based maintenance and optimization maintenance.
Key Words： Vibration analyzer; Rotating machinery; Abnormal vibration; Fault diagnosis
未来发电厂的发展趋势必然是提高对设备的风险以及寿命的管理能力以达到可持续发展，设备管理发展的方向也将会是变被动为主动，未雨绸缪主动预测和探测设备的潜在故障并及时维修。机械振动分析这一技术可以降低设备故障发生率，提高维修的经济性和效率，以及设备组运行的安全可靠性所以被很多发电企业广泛采用。机械振动分析这一技术的引用可以实现日常检修和定期检修两个检修周期的平衡状态。大型旋转机械振动值异常是发电厂中常有的问题，其对机组的安全稳定运行不利，相比电厂常见的机组状态检修方法（包括振动分析、油液分析、红外热成像分析等）机械振动分析更高效准确，故障原因可通过机械振动分析仪采集到的较多可靠的特征明顯的故障信号来确定。利用机械振动分析仪对这些信号进行处理并生成对旋转机械设备故障进行诊断的依据即频谱图，进一步确定问题所在采取相应维修措施。
1 振动分析仪的重要性以及用途
随着电力行业的不断发展其规模在不断扩大，电厂中的设备也在不断的更新换代且设备趋于大型化，这也使在设备维修时如何做到高效又符合经济效益这一问题更加突出。事后维修和定期维修的方式仍然是大多数电厂维修设备的主流方式。这两种维修方式都不是经济的维修方式，花费大量的人力和维修用费，又考虑到经济成本故也不能全部使用在线监测。因此不得不应用红外线测温仪、便携式数字测振仪等工具，对旋转机械的温度和振动进行人工的定期检测，这种人工检测的缺陷在于只能大概判断设备是否异常。人工检测这样的操作其工作效率主要与工人的经验有关，同时受到很多主观因素的影响，对设备状态只能判断总体上的“好”与“坏”，不仅分析是不全面的，而且不能确定潜在的故障隐患。在人力资源有限的情况下，能够很好地诊断检修设备故障的技术人员特别少，同时培养一个优秀的技术人员是需要很长的时间，面对设备维修的压力越来越大。因此，对于电厂来说急需一个设备诊断工具，并且新的维护人员可以快速掌握这种工具的操作技能。在大大降低人才培养成本的同时又可以快速诊断设备故障，这种技术在预防和检测维护中是必不可少的。为了追求高效的维修方式人们采集机械的振动频率，发明了专门的分析仪器对机械的振动进行处理生成可以用来分析的图表。分析设备的振动频率就是对设备进行诊断，其是反映设备最真实状态的最可靠参数，哪怕是设备内部发生极其微小的工作状态变化也能引起设备振动频率的变化，故可以从振动的变化中观察到设备工作状态的变化。通过机械振动分析技术可利用设备的振动特征判断设备的健康状况，若有潜在不明显的故障，机械振动分析技术可准确定位设备的问题所在，避免了传统的盲目检修在基本不拆卸全部设备的情况下检测出故障。设备的安装方式和工艺问题常常会给机械设备带来一些故障，机械振动状态分析仪能够很好地诊断分析如下问题。
（1）转动机械的转子零件质心偏移造成的不平衡。
（2）不对中。不对中分两种，转子与转子联接不对中和转子轴颈与两端轴承不对中。
（3）机械松动，与锚定螺栓之间的间隙宽松包括和由于公差的部件的松动。
（4）干摩擦。转子与定子之间由于缺少润滑介质而产生的摩擦。
（5）离心机械液压（气动）力的振动引起某些部件或管道的振动。
（6）共振。机器速度等于一个部分或时将发生谐振装置的自然频率。
（7）皮带磨损。
（8）电机振动。包括常见的机械故障和电气故障。
2 实施步骤
（1）测点选择。尽量靠近轴承承载区是测点的最佳位置，每个测点要测量3个方位：水平（H）、垂直（V）、轴向（A）。
（2）确定测量参数。为不同的分析带宽选择合适的振幅单位：使用加速度的低频振动（2000Hz）。对于大多数设备来说，振动速度是反映振动强度的理想参数。
（3）选择和安装传感器。加速度传感器是最常用收集振动离线数据;滚动轴承装置，加速度传感器被使用;用于滑动轴承装置，通常的位移传感器。
（4）振动测量与信号分析。根据实测数据和信号分析，判断设备是否正常，是否有异常现象，通过波形观测、频率分析来判断故障的原因、部位和严重程度。
（5）做出诊断决定。继续运行或停止修理。做特定的维护，故障定位处理包括所需的零件。
（6）核实。设备调整或维修后，有必要跟踪监测，继续使用振动分析仪收集振动数据，检查和确认设备的运行状态，验证设备故障是否已得到解决。
（7）数据存储。机械振动分析仪对数据的存储维护是有时间限制的，为了便于数据的读取将数据传到计算机的AMS系统也可以对数据永久保存。
3 振动分析仪应用案例
3.1 双吸水平中式开离心泵振动故障处理
（1）设备概况。额定流量：261m/s;转速：2950r/min;工作介质：水。
（2）数据检测和分析，通过使用两个加速度传感器分别测量轴承壳体的水平和泵壳体水平（H），垂直（V），轴向（A）的量的振动，总共12个测量点。分析仪器采集机械振动状态数据，具有以下特征。
①Peak Vue值。电机驱动端、电机非驱动端、泵联轴端、泵非联轴端值都较低，最高为0.30，远低于标准值3.0，故基本可以排除轴承本身故障。
②频谱中明显有偏高的1倍频和2倍频振动，振速分别为7.66mm/s、7.94mm/s，都高于允许值4.5mm/s。二倍转频振动明显，所以根据频率特征判断存在对中不良状况。
（3）处理过程及效果。根据以上分析，对该泵停机检查发现弹性柱销联轴器，弹性圈磨损严重。轴对中有径向偏差达到0.6mm，超过标准要求的0.05mm，电机低，下张口。改换弹性柱销联轴器的弹性圈，电机前脚加垫铜片1.5mm，后脚加垫1.3mm。重新进行轴对中，使对中数据达到圆周0.05mm，径向0.03mm，满足规范要求的≤0.05mm，治理后泵振动值在3.0mm/s以内。
3.2 圆筒式双吸离心泵振动故障处理
（1）设备概况。2019年7月19日，巡检人员发现汽泵前置泵振动值异常，为确定故障原因，对该泵进行振动状态分析。该泵额定流量：1291.64m/h;转速：1490r/min;工作介质：清水。
（2）检测数据及分析。利用机械振动状态分析仪对该泵进行数据采集，采用加速度传感器分别测量电机和泵的两个轴承座外壳的水平（H）、垂直（V）、轴向（A）的振动量，共12个检测点，测得数值如（见表 1）。
由以上数据分析如下。
①Peak Vue值：电机驱动端、电机非驱动端、泵联轴端及泵非联轴端值都较低，最高为0.74，远低于标准值 3.0，故基本可以排除轴承本身故障。
②泵非聯轴端垂直方向的数据明显偏高，6.14mm/s属于C区域，此时泵不允许长时间工作。
（3）如图1频谱中，前置泵振动的主要频率成分为6倍频振动，而该泵叶轮有6根叶片，分析振动故障的原因是。
①叶片通过频率与泵固有频率相近，产生结构共振。
②泵进口管于进口法兰上方连续布置了两个90°弯，造成流体压力脉动幅度增大，叶轮内流速切向分量产生旋涡和脱流扰动，诱发叶片通过频率振动。
故采取如下措施：对前后轴承座分别加支撑，提高泵体固有频率，降低激振响应的灵敏度;优化进口管道布置，将两个90°弯改为一个。治理后前置泵振动值达到3.0mm/s以内。
4 结语
根据频谱的特征以及参数值的大小来确定设备的问题所在，“对症下药”进行检修，避免了盲目检查和拆卸，既节省人力资源又排除了设备故障可谓一举两得。
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