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设备振动诊断与现场动平衡应用

更新时间:2013/9/6 11:23:45 点击数:3378

设备振动诊断与现场动平衡应用

王力新 鲍奎元

 

摘要:设备振动是设备故障中的常见现象,设备振动是个十分复杂的问题,其原因也是多方面的。在工矿企业中由于转动设备数量多、种类杂、转速高、功率大等特点,而且有些设备多年运行,已经进入老化期,另外有些转动设备受物料磨损的影响,缩短了正常的使用周期,运行中出现异常的振动是经常发生的问题,设备故障的频繁发生,很大程度上影响了生产装置的稳定运行,所以设备振动诊断与现场处理是现代化企业检修中的必要手段。旋转机械不平衡是构成振动的主要原因,据统计约60%~70%的振动故障是由于旋转机械的质量不平衡引起的,现场动平衡技术是旋转机械与其工作状态相同或接近的转速、安装条件、支承条件和负载情况下,对其进行振动测量和平衡校正的一种平衡方法。实践表明该技术的应用解决设备故障中效果好,工作量小,且能兼顾安装状况,是解决动不平衡故障的首选方法。

关键词:振动分析   故障现象   频谱分析  现场动平衡

一、 振动分析

转动设备发生故障大多数伴随着超标准的振动,比如滚动轴承损坏除轴承温度高、噪音大外,还存在比较强烈的振动。机组对中不好、油膜涡动、油膜振荡、摩擦、磨损、轴承紧力不够、联轴节磨损、转子不平衡、转子裂纹、电机电磁力不平衡等等均能引起设备的强烈振动。经验不足的振动分析工程师往往很难分辨出振动、频率与故障的对应关系,采用主导频率诊断法可以从各阶振动频率中找出引起振动占主要地位的频率,从而确定引起振动的真实原因。

在现场实际设备振动诊断过程中,一种故障原因引起的设备振动可能除有故障频率出现外,还有运转频率的出现及其各次谐频出现。

首先,要对进行振动分析的设备结构、特性必须了如指掌,一个合格的振动分析工程师,必须具有丰富的现场实践经验。一个毫无现场经验的人,很难对设备振动的真实原因做出准确的判断。例如:某一设备有振动情况发生,频谱图显示除一倍频外,还有二倍频、三倍频、及各次高频,造成一倍频振动大的原因有可能是转子不平衡、轴弯曲、动静部位摩擦、轴承磨损、轴承预紧力不足等多种原因。造成二倍频振动大的主要原因有对中不好,造成三倍频、五倍频振动大的主要原因可能是机械松动,如何确定造成振动的真实原因呢?这就需要我们对造成设备振动的各个频段进行分析,逐个进行排除,找出造成振动的是哪一频段占主要地位,是一倍频段还是二、三倍频段,进而确定振动的真实原因。

其次,想要找出设备振动的主导频率,要尽可能地利用多种检测手段来进行综合分析和全面考虑,不要拘泥于就振动一种手段。在实际的设备故障诊断中,要以振动手段为主,其它各参数如:温度、压力、电流、功率、流量及检修情况为次进行多方位、多角度综合分析判断,才能准确的找出造成振动的主要原因。

另外要尽量提高自己在振动方面的专业知识,多到现场采集、收集振动数据,多比较分析,多研究其它厂家有关振动方面的案例,多看有关这方面的文献,遇到振动方面的问题,尽可能的多与有关方面人员论证,只有这样,才能提高诊断准确率。

现将积累的设备振动主要原因及振动现象归纳如下:

二、 实际案例

下面举一个典型成功的事例,解决SFGX220-N022.3D引风机振动问题,该风机为单吸悬臂离心风机,转子长2686mm,叶轮直径2230mm,叶轮厚度700mm,叶片数量12个,风机流量226332 m3/h,电动机功率:500KW。在运行中出现轴承振动增大超标现象,风机叶轮侧轴承振值为14.6mm/s,超出标准值3倍多。 

设备主要故障原因及振动现象

振动原因

主导频率

振动现象

1

转子不平衡

转速的一倍频率为主导频率

有初始性、渐进性和突发性三种

2

不对中

转速的二倍频为主导频率同时伴有较大的轴向振动

有初始性、渐进性

3

油膜涡动

转速的二分之一倍频为主导频率

振值不稳,上下波动严重

4

油膜振荡

整个频率范围内的强振动为主导频率

引起整台机组的强烈振动,具有较大的破坏性

5

轴裂纹

转速的一倍频率为主导频率

初期振动不明显

6

叶片故障

叶片的振动频率为主导频率

振动具有突发性

7

机械松动

转速的一、二、三、四、五倍频率为主导频率

振动能量很大

8

联轴器故障

转速的二倍频率为主导频率

联轴器处可能有异常响声

9

动、静部件摩擦

较轻的摩擦一倍频为主导频率,严重的摩擦较宽范围内的振动为主导频率

有的设备可听见动、静部件摩擦所产生的尖叫声

10

齿轮啮合不良

高频段振动频率为主导频率

齿轮箱温度高,噪声大

11

滚动轴承损坏

滚动轴承各部件的振动频率为主导频率

轴承处有较大的噪音,轴承外壳温度高

12

滑动轴承损坏

转速的二倍频、三倍频为主导频率

轴瓦温度高

13

共振

较宽的频率范围内的振动频率为主导频率

振动的能量很大

14

电磁力不平衡

转速的一倍频率为主导频率

振动时伴随着不均匀的噪音

15

次同步不稳定

转速的二分之一到三分之一倍频为主

某一点或某一轴承有不稳定的振动

从频谱图上看到,该机的振动为一倍频峰值,无其它频率振动,由此,我们将一倍频定为该机振动的主导频率。在确定了主导频率为一倍频后,我们进一步分析,造成一倍频振动大的主要原因有:(1)不平衡、(2)较严重的不对中、(3)动静叶片摩擦(4)轴裂纹;通过对引风机进行综合分析:第(2)点较严重的不对中可以排除,此风机在启动前不仅复查过对中,而且前期风机的运行振动值是在标准范围之内,运行中风机的对中不会出现大范围变化;第(3)点如有动静摩擦问题,现场会出现尖锐的金属摩擦异音,现场检查结果无任何异常声音,可以排除。第(4)点轴裂纹也可以排除,此轴最细部位直径为160mm,最粗部位直径为270mm,采用35CrMo调质处理后加工而成;排除了不平衡之外的其它因素,同时测量轴承水平振动大于垂直振动振动频率主要为工频即转速频率图谱)风机前后轴承轴向振动相位基本相同结论为风机叶轮存在质量不平衡,而且不平衡类型应主要为静不平衡2013328日对该引风机进行检修,检查中发现叶轮流道部位磨损严重,事实证明诊断是完全正确的。

三、采用“六点平衡法”现场动平衡

1、许用不平衡量的确定

对实际转子或叶轮,当平衡品质等级确定之后,可由已知的转子允许质量偏心距e乘以转子质量M,按公式U=eM求出转子的许用不平衡量U;                       

转子最高工作转速n  r/min

300

375

500

600

750

1000

1500

3000

平衡品    质等级     G       mm/s

6.3

允许质量偏心距e  μm

200

160

120

100

80

60

40

20

5.6

178

143

107

89

71

53

36

18

4.0

127

102

76

64

51

38

25

12.7

2.5

80

64

48

40

32

24

16

8

计算转子的允许不平衡度:

Eper=(G×1000)/n/10)                           公式1

Eper—允用不平衡度  单位u;  G—平衡度等级  一般按4.0

N—工作转速  单位r/min 

则:Eper=4.0×1000/990/10=4000/99=40.4u

计算允许残余不平衡量:

m=( Eper×M)/r×2)                              公式2

m—允许残余不平衡量   单位g

M—工件旋转质量  单位kg

r—工件半径  单位mm

则:m=( 40.4×2000)/1115×2=36.2g

试加重量计算:
PA0·G·g/rωs                                    公式3 

式中 P-转子某一侧端面上试加重量;  A0-转子某一侧轴承的原始振幅; 

r加重半径; ω-平衡时转子角速度; G-转子质量;  g-重力加速度;    s灵敏系数

则计算试加重量P =142g

2、启动引风机,重新测量记录未做动平衡前的振动数值,要求必须准确,然后分别将试加重量(142g)依次加在叶轮轮板的指定位置上,如(图1)所示位置。

3、确定位置及计算重量

1)根据第二次试加重量振值与第三次试加重量振值,可以确定不平衡量近似旋转体质心所在的位置是在叶轮2号与3号位置中间偏向2号的位置;

2)根据试加重量142g时,在2#位置由原来的14.6mm/s8.8mm/s,减少振动值5.8mm/s,可以得出:将振值控制在5.6mm/s以下时,要将重量加至300g

3)在叶轮2号与3号位置中间偏向2号的位置加300g后,测量风机振值为外侧轴承4.8mm/s,内侧轴承1.8mm/s
结论:通过设备振动的准确分析,采用现场动平衡方法,及时有效地解决了一次引风机振动故障。

参考文献:

      a)风机专业标准汇编  全国风机标准技术委员会 沈阳鼓风机研究所

      b汽轮机发电机组振动与现场平衡   江苏省电力试验研究所

      c)电力建设施工及验收技术规范  中华人民共和国能源部 

      d)火力发电厂锅炉风机检修导则  中华人民共和国国家经济贸易委员会

                                          201348

出自 百姓论文网

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