图谱分析是建立在简易诊断基础上的,转动设

转动设备振动故障实用诊断振动实用诊断

我们日常所接触的振动问题,大多并不需要去做过多的推理分析,也没必要去研究各种图谱,当然这与我们自己所接触的设备类型及故障类型有关,但不可否认的是,这都是我们最常见和最易碰到的振动问题。在这里并没有否定各种数字信号分析的作用意思。

只用振动表就能准确诊断振动故障?这取决于对振动机理及设备结构原理的认知程度,对于经常与转动设备打交道的人来说这并不困难。

主观上我们自己还是需要多跑现场的,例如,我们经常对一台设备进行振动检测或巡检,当这台设备有一天振动发生变化时,只要从它旁边经过,我们就会明显感觉到,振动增大或减小了。

1滚动轴承故障

滚动轴承最常见故障莫过于内外圈的点蚀与剥落了,当这类故障发生时,最有效的方法是听轴承的声音(可以参考前期文章),或许有人说,当你听出来的时候已经晚了,但事实并非如此,这类故障是有一个发展过程的,这个过程完全可以有时间提前做好更换轴承的准备。反过来说,当你用各类仪器检测出轴承有某种早期故障时,你会立即更换轴承吗,这种早期故障往往肉眼都不得见,而且它可能发展缓慢,甚至是停滞不发展;当在频谱上出现典型的故障特征时,声音一般也已经出现了。

滚动轴承损坏时并不一定伴随温度的增高,或温度增长不明显,例如轻微的点蚀;同样,温度升高也并不代表着轴承已经损坏,但异音的出现就八九不离十的损坏了。

如果没有明显的异音,但在振动位移没有增长的情况下,振动速度或加速度值有了明显增大,这时应首先采取加油实验的办法(可参考前期文章)确定是否是轴承问题或润滑问题。

另外当轴承既有异音又温度升高时,该轴承已经到了寿命的尽头,必须更换了,发展到这种程度,只能说明一个问题,无论是听声音还是振动监测或其它检测手段,其监测周期都太长了,长到略过了故障的发展过程。

2刚度类故障

分为静刚度与动刚度问题,对于新投产设备来说,很多是因为基础框架自身刚度不够,而对于长期运行的机器,主要是因为支撑各部位连接螺栓松动、基础垫铁松动移位、基础水泥浆恶化、或者结构框架及基础变形、损伤引起的刚度减弱。

1.当设备的某一个地脚存在松动现象时:

该地脚振动幅值明显大于该轴承座其它地脚振动,以外伸转子为例,叶轮侧轴承座两边地脚振动幅值基本相等,而联轴器侧轴承座两边地脚振动幅值基本相等,由于负荷集中在叶轮侧,所以叶轮侧地脚振动幅值将明显高于联轴器侧。若其中一地脚振动幅值明显大于该轴承座其它地脚振动说明存在松动问题。

2.结合面松动故障

测量相邻两结合面之间的振动幅值应基本相等,幅值差通常小于10μm,超出该范围,幅值差越大,松动越严重。

3.地脚台版自身刚度不足故障

首先用上述方法确定地脚存在刚度薄弱问题,然后进一步进行测试、确认台版自身刚度不足。如电机地脚与台板上侧振动较大,幅值相同,而台板上侧与中间部位振动幅值相差悬殊,台板下侧与基础振动幅值良好且幅值基本相同,说明刚度薄弱点在台板中间位置。

电机底座滑道支撑刚度不足是该类设备电机振动的主要原因之一,示意图中省略了各部位的测量,突出标注了滑道刚度不足部位及与之比较部位的振幅,电机地脚与滑道振动基本相同,说明螺栓连接紧密,滑道与基础连接部位振幅较小且几乎相等,而滑道中间部位与基础振幅相差悬殊,说明滑道中间部位支撑刚度不足为主要故障原因。在实际测量时,应全面测量各部位的振幅,如各个地脚及结合面、框架的各部位等,有时可能同时存在两种或两种以上的松动故障。

4.地脚接触面积不足引起的刚度不足故障

虽然地脚螺栓连接紧密,而且基础及垫铁良好,但由于地脚垫片接触面积较小,致使地脚悬空面积过大,导致大负荷情况下支撑刚度不足。如下图所示,从各测量振动幅值可以看出,电机地脚螺处地脚和基础振动基本相同,说明螺栓连接紧密,且基础刚度良好,但悬空部位振动较大,说明振动主要由电机前端悬空面积过大造成。示意图中红色三角型为临时处理措施所加斜铁,加装斜铁后振动良好。

现场同型号设备共有九台,电机地脚安装方式相同,但唯独该设备电机振动超标,主要原因为该设备改造后,泵与电机之间增加了一台大型永磁调速器,增加了电机负荷。

5.转子支撑整体刚度不足故障

箱体式支撑旋转设备,由于安装方便,一些中小型企业的旋转设备多采用该支撑方式,但40%以上都存在着支撑刚度不足问题,甚至表现出柔性支撑特性,该设备支撑问题特点为:地脚连接螺栓不足以紧固箱体支撑;即使地脚螺栓连接紧密,由于箱体整体静刚度不足,所以箱体及设备振动依然剧烈;当箱体刚度存在严重不足时,其固有频率可能会低于转速频率,升速过程中将出现剧烈振动,当越过共振频率后振动逐渐减小,现在由于电机变频调速的普遍应用,有时候运行转速可能接近或落入共振频率范围,因此导致该设备无法正常运行。

另外由焊接而成且支撑较高的新安装设备容易出现支撑刚度不足故障。振动特征与箱体支撑相同,但通过焊接加强筋进行处理。

6.基础凹凸不平引起某地脚刚度不足故障

此类故障一般发生在新安装设备或更换不同型号设备后,由于基础某部分的突起致使设备地脚不能紧密接触,特别是更换不同型号设备事时,由于设备底座形式不同,所以与基础的接触部位发生改变,若恰巧接触位置有突起部分,将使某地脚处于悬空状态。此类故障的诊断方法与地脚松动相同。

7.地脚垫片引起的软脚故障

联轴器找中心时,某地脚往往会垫很多垫片,有的甚至多达近20片,在一定负荷以下,其对支撑刚度并无明显减弱现象,但负荷增大到一定程度时,一定厚度的垫片将产生类似弹簧的效应,从而降低该地脚的支撑刚度。其诊断方法同地脚螺栓松动。

以上各类支撑刚度故障有一共同特点,与设备负荷存在直接关系,设备存在刚度不足问题时,在一定负荷以下并不一定会得到体现,比如电机空试时振动良好,但连接被牵引设备后振动超标等,随着负荷的增长,振动逐渐增大。假如激振力相同,则相对刚度越薄弱振幅值越大。

3转子不平衡

以悬臂转子为例

振动频率分析:转子不平衡振动主要频率成分为转速频率,即,简易振动表所测位移值与速度值,经公式(见前期文章)换算后基本相等。而且振动加速度的测量值非常小。

振动位置及方向性:悬臂转子产生转子不平衡时,在不平衡力的作用下,即产生径向力又产生轴向力,所以振动表现在轴承座的径向和轴向两个方向,轴向分量甚至会大于水平分量,振动最大位置发生在靠近叶轮的负荷侧轴承座上,而轴承座的垂直刚度一般大于水平刚度,所以径向振动以水平方向为主。

振动过程:除原始不平衡外,不平衡故障一般发生在运行过程中,其必备条件是流体介质具有一定浓度的物体颗粒,对叶轮有一定的磨损或附着作用,或流体本身具有腐蚀性。若流体介质为洁净空气,振动的渐发性增长一般由其他故障造成。突发性不平衡的产生,通常伴随着异物脱落碰撞所产生的异响,但不一定恰巧被我们所知,但其振动增大后比较稳定,且振动特征与其它不平衡特征相符,这时应仔细检查叶轮有无损伤或异物嵌入流道。

生产现场经常遇到一种停机后造成的转子不平衡,设备停运几天,并未做任何清理与维修工作,但开机后,振动比停机前大幅增长,最常见的原因是含有腐蚀性的流体倒灌,对叶轮产生严重腐蚀。

转速变化与振动的关系:不平衡振动的振幅值大小与转速范围的变化密切相关,对于刚性转子(运行转速在转子临界转速以下)不平衡产生的离心力,与转速的平方成正比。例:当设备转时振动μm,则转时振动μm,由于配合间隙等原因,可能计算值略有偏差,但主因为转子不平衡时,振动的变化基本符合这一规律,因此振幅随转速的升高而增大,转速越高振动越大。

振动与负荷关系:单纯的的转子质量不平衡振动只与离心力大小有关,与负荷无关,在转速不变得情况下,增加负荷振幅不会改变。

以上几点是当产生不平衡时必定出现的特征,如果全部符合,基本可以确定故障原因为转子不平衡。当然若有频谱分析仪等分析仪器时,可根据谱图、相位等进一步确认。

4结语

现场设备还有很多类似振动,比如气流扰动与挡板开度的直接关系;汽轮机调门开启顺序与振动的关系;定向振动时轴承座轴向端面不同位置的振动对比等等,设备表现出的这些外在特征,都是在某类振动故障发生时必然出现的,往往也是确定故障原因的有效手段,对于我们长期从事振动的人来说,这些或许不值一提,但对于刚刚接触振动诊断的,或从事设备管理或检修的人来说,却是需要总结过程的。还有一些这样的诊断方法,容以后慢慢写吧。

振动诊断

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