振动监测在转动设备维护中的应用分析

钱俊峰 张金箭 雷普瑾（长庆油田公司第二采气厂 陕西榆林719000）

一、概况

转动设备在运转过程中，机械本身的旋转运动和机械部件之间的往复运动都会产生机械振动，超过允许范围的机械振动的危害都是比较大的，导致机械振动的主要原因是反复力、松动和共振，而其中反复力的危害是最大的。长北天然气处理厂共有转动设备100余台，其中导热油循环泵P0301A（离心泵）的本体有较长时间的过大振动，污水回注泵P4004C（往复式泵）进口管线振动较大。根据振动情况对这些设备进行分析，并采取相应的解决措施。

二、振动监测简介

1.振动简介

振动是指物体或质点在其平衡位置附近所作的往复运动，振动值一般通过位移、速度、加速度来表示。

振动位移：x(t)=A s i n ωt，单位：mm，μm；

振动速度：d x/d t=ωA s i n(ωt+π/2)，单位：mm/s；

振动加速度：d2x/d t2=ω2A s i n(ωt+π)，单位：mm/s2。

2.常见典型振动

机械振动的直接原因一般有如下几种：转子的不平衡，对中不好，基础松动，轴承故障等原因。

3.振动故障分析诊断的任务

振动频谱图：复杂振动可以分解为许多不同频率和不同振幅的谐振，这些谐振的幅值按频率排列的图形。

振动故障分析的任务就是通过读谱图，把频谱上的每个频谱分量与监测的机器的零部件对照联系，给每条频谱以物理解释，从而由此分析出设备的状态，并由此给出设备最好的保养运行方案。

4.振动故障分析仪器

我们在日常工作中，是通过简单的测振仪来进行振动数据的录取，该设备只能简单录取振动值，不能够导出频谱等数据，对分析故障原因有一定难度。

振动监测需要能够采集各类数据，导出故障频谱图，让我们便于通过频谱图来进行分析，所以我们采用了双通道振动采集器。

5.设备振动区域分类

根据I SO10816-1，通用设备分为以下四类：

I类——发动机和机器的单独部件（典型为15K W以下的电机）；

II类——无专用基础的中型机器(15-75K W)；专用刚性基础上300 K W以下中型机器；

III类——刚性基础上的大型机器；

IV类——柔性基础上的大型机器；

相应的振动烈度等级为:

以上的A、B、C、D区域分别代表：

区 域 A:新交付的机器的振动通常属于该区域。

区 域 B:机器振动处在该区域通常可长期运行。

区 域C:机器振动处在该区域一般不适宜作长时间连续运行，通常机器可在此状态下运行有限时间 ，直 到有采取补救措施的合适时机为止。

区域 D:机器振动处在该区域其振动烈度足以导致机器损坏。

三、现场设备振动分析及故障诊断

我们通过对该天然气处理厂现场2类典型设备进行分析，并给出合理的故障解决方案。

1.导热油循环泵P0301A-离心泵

（1）历史振动

表1 通用设备振动区域分类

P0301A热油泵功率为75K W，转速为2975R PM；历史振动一直较大，并曾经对整个基础进行了扎筋加固，该泵的振动略降低，但幅度不大；随后更换了备用泵的电机、泵壳和泵轴，振动值均没有发生明显变化。

（2）振动分析

下图为各测试位置的振动采集数值清单：

图1 实际测得振动值现场分布图

下面为各测点的振动频谱图：

图2 电机非驱动端垂直方向

图3 电机驱动端轴向方向

图4 泵端滚动轴承处水平方向

图5 泵端滑动轴承处

从以上振动总值及频谱图可以看出：

此泵的振动总值最大在泵端滚动轴承位水平方向，达到了12.15mm/s,属于I SO10816界定的“D级区域，振动过大足以损坏设备”。

此泵的频谱图几乎都是1倍转速频率，没有其它的故障频率，从这可以判断此泵没有其它机械磨损，以及电机轴承、电机转子条，泵端轴承都没有损伤。

表2 故障分析

（3）维修措施

基础加固；

联轴器做动平衡。

（4）维修后效果分析

以上措施完成后泵运行相关数据如下：

表3 振动分析诊断前后数据对比表

由以上数据可知，联轴器做了动平衡之后，振动明显减小，减小范围在50%以上；基础加固之后，振动也有相应的减小，减小范围在20%左右。

2.污水回注泵P4004C-往复泵

（1）历史振动

P4004C回注污水三柱塞泵功率为55K W，电机转速为1480 R PM，电机频率为24.6 H z,柱塞泵的转速为164 r/mi n;此泵安装后进口管道振动很大，后加了2处支撑后，振动有了一定的下降，但是仍属于振动过大状态。

（2）振动分析

该泵进口管线振动值最大处已达35mm/s，已远远超出了可接受范围。

首先，由于此泵的主要振动来自于进口管道，因此对进口管道各处进行了共振敲击测试，各测试点振动频率如下图所示。

图6 P4004C进口管线共振分布图

其次，从该泵进口管线共振分布图可知，进口管线的多个位置共振频率非常接近于电机的转速频率，产生了共振。由于共振频率接近电机转速频率，对电机的振动频谱测试和振动值如下所示：

图7 电机非驱动端水平方向

图8 电机驱动端垂直方向

表4 P4004C电机端振动值

由上可知，P4004C泵本体的最大振动来自于电机驱动端垂直方向，最大振动值为从频谱图看出以1XR PM为主，其它频率均较低；通过检测基础及底座钢板与电机的相位差，可以确定此电机底板的刚性不良。且由此导致的偏大振动导致了管线共振大加大。

（3）维修措施

根据图示，需在图中4处共振明显点增加固定支撑，同时为了避免多台泵同时开动时的振动互相叠加放大，建议在每个泵的进口处加装弹性软接；并且需将P4004C泵的电机的底板做支撑进行加固。

（4）维修后效果分析

通过在上图所示4处共振明显点增加固定支撑，并对电机底板进行加固后，该泵进口管线的最大振动值已由35mm/s降低至5mm/s，已属于可以安全使用的范围。

结论

由上分析可知，以上三类设备：离心泵、往复式柱塞泵、螺杆压缩机均通过振动分析解决了历史故障。导热油循环泵P0301A过大振动的主要原因是由于联轴器的动不平衡和基础的不稳定，通过做动平衡和基础的加固，将振动值降至良好范围内；回注泵P4004C入口管线振动过大的主要原因是电机频率与管线共振频率一致，通过对电机基础加固和管线共振严重点进行加固，有效地降低了有害共振。

普通测振仪虽然可以测出振动的大小，但是并不能准确地分析出产生振动的根本原因，由此将会导致频繁的拆修，且不能从根本上解决振动故障；而通过运用双通道振动采集器，准确读取振动频谱图，不仅能够有效的读出振动值和位置，并能够准确发现振动方向和振动根本原因，并有效彻底的解决了故障。

［1］姜云峰等.挠性转子机械平衡的方法和准则.北京.国家质量技术监督局.1999年11月.

［2］李录平等.从振动频谱中提取旋转机械故障特征的方法.武汉.汽轮机技术.1998年2月.

［3］党捷等.振动分析技术在轴承故障检测中的应用北京.中国设备工程.2012年4月.