以工频振动为主的设备故障案例辨析

以工频振动为主的设备故障案例辨析陈明华曲磊摘要：在设备故障诊断过程中，常常会遇到一些设备故障具有相似的振动现象，对这些设备的故障判断往往会有一些难度。本文主要针对讨论、分析了几种以工频振动为主的设备故障。关键词：不平衡、不对中、轴弯曲、工频振动、时域、频域、案例辨析平台设备的连续运行对于油田生产的重要性，以及海上采油平台造价高、维修成本高等因素,使得设备状态监测系统在平台运转设备状态评估与故障诊断方面有很广阔的应用空间。我公司自2001年在海上平台实施状态监测以来，监测与诊断了多例多种类型的设备故障，现在做成案例与大家共同讨论，本篇论文主要讨论在频谱图中以工频振动为主的三类设备故障:转子不平衡、设备联轴器不对中、转子轴弯曲故障。一：转子不平衡众所周知，转子不平衡是由于转子质量中心与旋转中心线存在偏心距，这样转子旋转时就在轴承上形成周期性的离心力并产生振动；不平衡包括静不平衡和动不平衡，其振动频率皆为：f=1/60n.案例一：某平台主发电机低温水泵电机转子不平衡（1）设备形式及参数：电机驱动悬臂单级离心泵，电机转速1460转/分钟，电机与泵之间采用弹性柱销联轴器,低温水泵安装位置与主发电机很接近，主发电机为柴油发电机，发电机转速1000转/分钟。（2）故障现象：设备在运行过程中振动值突然上升，但并未继续迅速上涨，且设备在运行时无明显噪音。图1是振动趋势图，图2是频谱图，图3是时域波形图（3）振动特征及分析：在频谱图中电机振动的主要峰值频率为电机工频24.38HZ,其峰值为5.341mm/s，工频后的峰值频率为33.75HZ,是受主发电机柴油机振动的影响，电机振动增长主要是由于电机工频峰值明显增长，其他振动峰值无明显变化；在电机的时域波形图中时域波形为典型的正弦波形。以上振动信息表明设备可能存在两种设备故障：电机转子不平衡，电机磁场偏心。为进一步确认设备故障，作电机停机试验，电机停机后振动并未立即下降，这就排除了电机转子磁场偏心的设备故障。（4）结论：电机转子不平衡。拆检电机，发现电机风扇叶片掉了一片，造成电机转子不平衡;更换电机风扇后，设备运行正常。图1图2图32）联轴器不对中联轴器不对中通常包括平行不对中、角度不对中、以及两种形式都存在的混合不对中，这三种不对中有不同的振动特征，以下案例主要讨论以工频振动为主的角度不对中的振动现象及特征。案例二：某油气处理厂循环水泵联轴器不对中（1）设备形式及参数：电机驱动简支单级双吸离心泵，电机与泵之间采用弹性柱销联轴器。泵的出入口法兰分布在泵的两侧。（2）故障现象：设备大修后设备振动值明显上升，由其是电机轴向振动明显增长。图1是频谱图，图2是时域波形图，图3是相位图（3）振动特征及分析：电机驱动端轴向振动由大修前的3.54mm/s上升到9.76mm/s,电机轴向振动的时域图为正弦波形。水平方向与垂直方向振动峰值也有一定程度上升。泵体振动表现出与电机振动相同的变化趋势，但泵体振动值上升没有电机明显，泵体轴向振动由2.2mm/s上升到4.8mm/s，泵体径向振动也有一定程度增长，但增长幅度小于电机，这是由于泵体两侧均有法兰联接，增强了泵体刚性，限制了设备振动。为获取更多的设备振动信息，确认设备故障，又测试了设备各测试点的相位，包括联轴器两端轴向同方向相位角，其中电机端为140度，泵端为318度，两者相位差为178度，表明联轴器两端轴向振动表现为反向振动。（4）结论：设备存在严重的角度不对中。设备重新对中后，设备振动又下降到优良运行状态。图1图2图33）轴弯曲（中部弯曲）轴弯曲包括轴中部弯曲与轴头弯曲，本案例主要讨论轴中部弯曲的振动现象及特征。案例三：某采油平台原油外输泵泵轴弯曲（1）设备形式及参数：电机驱动简支多级离心泵，电机与泵之间采用弹性膜片联轴器。（2）故障现象：设备在短暂停机后因生产需要又紧急启动，启动过程中，电机过载跳闸，再次启动后，设备振动值剧烈上升。图1是频谱图，图2是相位图（3）振动特征及分析：泵驱动端振动总值由4.18mm/s增长到10.13mm/s,非驱动端振动由3.54mm/s增长到12.22mm/s，且两端振动的最大峰值都是工频峰值，设备两端轴承轴向振动有一定程度上升，电机振动无明显变化。检查设备入口滤器差压表及出口压力波动情况，均无异常，排除了设备振动是由工艺条件影响的因素；由此考虑可能是由于设备在紧急启动时出口阀仍处于打开状态，设备紧急启动时泵轴承受了过大的扭矩，造成轴弯曲。为确认设备故障，测试泵两端水平方向相位，其相位角皆为145度，进一步确认了轴弯曲的可能性。（4）结论：泵轴弯曲。紧急拆检泵体，检查泵轴径向跳动，最大径向跳动量为18道，已严重超出多极泵泵轴弯曲的允许值，更换泵轴后，设备运行正常。图1图2由以上三个案例可知：不平衡、角度不对中、轴中部弯曲这三类故障通常都会表现为较高的工频振动，但除此之外它们还有各自的故障特征，及相应的判定方法。可以归纳总结如下：1）不平衡：工频振动最大值主要表现在径向，轴向振动无明显变化，径向振动时域波形为典型的正弦波形，测试设备两端轴承径向同向相位，相位角差值通常为0度（可正负偏差30度）。2）角度不对中：工频振动的最大值通常表现在轴向，但径向振动也会有所上升，轴向振动时域波形通常是正弦波形，测试联轴器两端轴承轴向同向相位，相位角差值通常为180度（可正负偏差30度）3）轴弯曲：工频振动的最大值表现在径向，但轴向振动也会有所上升，径向振动时域波形通常为正弦波形，测试设备两端轴承径向同向相位，相位角差值通常为0度（可正负偏差30度）。