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振動分析在火電廠轉(zhuǎn)動機(jī)械中的應(yīng)用

文檔作者：訾娟趙閏濤張安鑫王志杰文檔來源：內(nèi)蒙古國華準(zhǔn)格爾發(fā)電有限責(zé)任公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年02月28日
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第35卷第11期
2013年l1月
華電技術(shù)
Huadian Technology
Vo1．35 No．11
NOV．2013
振動分析在火電廠轉(zhuǎn)動機(jī)械中的應(yīng)用
訾娟，趙閏濤，張安鑫，王志杰
(內(nèi)蒙古國華準(zhǔn)格爾發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾010300)
摘要：介紹了CSI 2130離線振動分析儀的原理和應(yīng)用基礎(chǔ)，分析了監(jiān)測參數(shù)和故障診斷過程，為實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行、檢修
全方位的現(xiàn)代化管理提供技術(shù)依據(jù)。
關(guān)鍵詞：火電廠；轉(zhuǎn)動機(jī)械；故障診斷；振動分析
中圖分類號：TK 703．7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：1674—1951(2013)11—0045—04
0 引言
對發(fā)電設(shè)備進(jìn)行壽命管理和風(fēng)險(xiǎn)管理是未來發(fā)
電廠設(shè)備管理的二個趨勢，變被動分析為主動預(yù)測，
變被動防護(hù)為主動探查，是設(shè)備管理發(fā)展的方向。
設(shè)備故障診斷在很多先進(jìn)發(fā)電企業(yè)的設(shè)備管理上已
獲得廣泛應(yīng)用，不但可以降低事故發(fā)生率，提高安全
可靠性，而且可以縮短維修工期，減少維修費(fèi)用，使
日常檢修和定期檢修負(fù)荷達(dá)到最均衡狀態(tài)。
目前常見的機(jī)組狀態(tài)檢修方法有振動分析、油
液分析、紅外熱成像等，振動是大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械常見故
障，對機(jī)組安全運(yùn)行危害較大。振動同時也是設(shè)備
的“體溫計(jì)”，直接反映了設(shè)備安全運(yùn)行狀況。開展
好轉(zhuǎn)動設(shè)備振動分析是搞好設(shè)備預(yù)知性檢修的基
礎(chǔ)，解決好轉(zhuǎn)動設(shè)備的振動問題是保障其可靠性的
關(guān)鍵。內(nèi)蒙古國華準(zhǔn)格爾發(fā)電有限責(zé)任公司(以下
簡稱國華準(zhǔn)電)從201 1年年底使用艾默生CS1 2130
離線振動分析儀后，應(yīng)用故障診斷技術(shù)理論并結(jié)合
工作經(jīng)驗(yàn)，成功分析和處理了幾種轉(zhuǎn)動設(shè)備異常的
情況，消除了事故隱患。
1 狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫的建立
轉(zhuǎn)動設(shè)備的振動監(jiān)測與分析是國華準(zhǔn)電精密點(diǎn)
檢工作的重點(diǎn)，國華準(zhǔn)電的設(shè)備狀態(tài)檢修工作是以
CSI 2130振動分析儀為數(shù)據(jù)采集工具，以設(shè)備健康
管理系統(tǒng)(AMS)為數(shù)據(jù)分析平臺展開的，AMS是基
于可靠性的維修理念，集成振動分析、動平衡試驗(yàn)、
油液分析、紅外熱成像等多種技術(shù)于一體的軟件平
臺，國華準(zhǔn)電配置的系統(tǒng)僅有振動分析和動平衡功
能。PeakVue峰值法是艾默公司的先進(jìn)數(shù)字專利技
術(shù)，它不僅可以提供故障嚴(yán)重性的等級，也能監(jiān)測最
早期軸承或齒輪磨損所產(chǎn)生的應(yīng)力波。
收稿日期：2013—04—12
AMS為數(shù)據(jù)庫的建立提供了標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)模
版，用戶只需定義數(shù)據(jù)庫所包含的設(shè)備測點(diǎn)及相關(guān)
參數(shù)信息即可，振動數(shù)據(jù)采集以及分析流程如圖1
所示。
圖1 CSI 2130振動數(shù)據(jù)采集以及分析流程
2 國華準(zhǔn)電振動分析實(shí)例
振動故障和特征之間不是一一對應(yīng)關(guān)系，而是
多重交叉關(guān)系，而且一種故障在特征上有多方面的
反映。例如，轉(zhuǎn)子不平衡過大會引起基頻振動過大；
同樣，支撐動剛度不足，軸系連接同軸度、平行度偏
差等故障，也會使基頻振動過大。在線性系統(tǒng)中，部
件呈現(xiàn)的振幅與作用在部件上的激振力成正比，與
它的動剛度成反比。
2．1 1倍頻振動大原因分析及處理
在頻譜分析中，1倍頻過大是常見故障之一，本
文對頻譜中1倍頻大的成功處理案例進(jìn)行了匯總，
經(jīng)過振動頻譜中1倍頻成分的分析研究，列舉了各
種條件下1倍頻成分變化的原因?，F(xiàn)將出現(xiàn)的典型
輔機(jī)異常振動情況進(jìn)行分析。
2．1．1 3B凝結(jié)水泵電機(jī)自由端因動不平衡引起振
動過大
3B凝結(jié)水泵電機(jī)自由端東西方向振動自2012
年8月份以來一直偏大，保持在5．18 mm／s(0．800
mm)以上，精密點(diǎn)檢人員采用CSI 2130對其進(jìn)行采
集和跟蹤，發(fā)現(xiàn)振動頻譜主要是1倍頻，占通頻值的
· 46· 華電技術(shù) 第35卷
90％ 以上，初步診斷原因?yàn)橘|(zhì)量不平衡、基礎(chǔ)支撐剛
度差及中心連接不正等。由于振動儀為單通道儀
器，不能進(jìn)行相位分析，隨后對凝結(jié)水泵電機(jī)的地腳
底座進(jìn)行對比測量，沒有發(fā)現(xiàn)異常；利用周末低負(fù)荷
檢修策略對凝結(jié)水泵的對輪中心進(jìn)行復(fù)查，結(jié)果亦
在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，最終判定1倍頻增大原因?yàn)橘|(zhì)量不
平衡。通過對電機(jī)實(shí)施動平衡技術(shù)，最終以200 g
／_351。的配重矢量將振動降到1．13 mm／s(0．020
mm)，凝結(jié)水泵電機(jī)振動過大問題的解決畫上了圓
滿的句號。
2．1．2 3B給水泵自由端因連接剛度不同引起共振
3B給水泵自由端軸承水平振動在轉(zhuǎn)速達(dá)到
4500—4 800 r／min時，振動均超過4．5 mm／s(ISO
10816標(biāo)準(zhǔn))；轉(zhuǎn)速為4587 r／rain時，主泵自由端水
平振動最大達(dá)10．05 mm／s(如圖2所示)。主泵振
動的特點(diǎn)是振動值由小變大，再由大變小，是出現(xiàn)在
某一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的振動，轉(zhuǎn)速超過4900 r／min以后，
振動值均在合格范圍內(nèi)。振動頻譜以1倍頻為主，
無高次諧波。同時測量發(fā)現(xiàn)：
(1)同一軸承的3個振速同步變化，但垂直振
動及軸向振動不大，給水泵同一軸上的2個水平振
動較大。在振動增大過程中，其他狀態(tài)參數(shù)(瓦溫、
流量、壓力)無異常變化。
(2)在轉(zhuǎn)速為4 600 r／min時測量發(fā)現(xiàn)，給水泵
自由端潤滑油回油管道水平振動高達(dá)10．05 mm／s
(0．110 mm)軸向振動和垂直振動不大(同轉(zhuǎn)速下的
3A給水泵無此現(xiàn)象，振動為1．5～3．5 mm／s)。在
此轉(zhuǎn)速下采用敲擊法測量是否存在共振，發(fā)現(xiàn)對潤
滑油回油管道施加不均勻、不同向的力時，給水泵及
管道振動都有明顯變化(下降了2．5 mm／s左右)，
當(dāng)轉(zhuǎn)速偏離該區(qū)間150 r／min后，管道振動為4．0
mrn／s(0．036 mm)，恢復(fù)到振動標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。
所以，懷疑某零部件、結(jié)構(gòu)件在外力作用下所產(chǎn)
生的固有共振為自激振動，其頻率與不同的結(jié)構(gòu)對
應(yīng)，即剛度不同引起不同共振。建議對該管道進(jìn)行
改造，將原管道改為金屬軟管連接，消除管道振動，
同時對給水泵的進(jìn)出口管道進(jìn)行支撐加固，防止在
給水泵正常轉(zhuǎn)速內(nèi)發(fā)生共振現(xiàn)象。
在 3機(jī)組臨修時，對給水泵潤滑油管道加裝補(bǔ)
償器后(如圖3所示)，4 600 r／min區(qū)間內(nèi)的振動降
到4．5 mm／s(0．050 rnm)以下，1倍頻分量隨之明顯
下降，收到了滿意的效果。
2．1．3 熱網(wǎng)軟化水補(bǔ)水泵電機(jī)因地腳松動引起振
動過大
軟化水泵屬于清水泵系列，臥式布置，2012年
1O月熱網(wǎng)投運(yùn)后，C軟化水泵電機(jī)振動達(dá)100 m，
鍪 ＼ l 露 4 232 4 325 4486 4 587 4 680 4 825 4 900 4 930 5 012 5 100 5 124
轉(zhuǎn)速，(r·min一 )
圖2 3B給水泵自由端水平振動與轉(zhuǎn)速的關(guān)系
圖3 加裝膨脹節(jié)后的給水泵潤滑油管路
測量頻譜中也是1倍選頻量占主導(dǎo)地位；同時在測
量中發(fā)現(xiàn)，C軟化水泵停運(yùn)時，在電機(jī)側(cè)居然能測量
到40 m的振動，且越往泵側(cè)振動越小，越往電機(jī)自
由端振動越大。懷疑電機(jī)側(cè)振動從基礎(chǔ)傳來，后檢
查地腳發(fā)現(xiàn)，基礎(chǔ)臺板和泵體連接的螺栓松動。緊
固電機(jī)四角的地腳螺栓后，振動恢復(fù)正常。
2．1．4 lB引風(fēng)機(jī)殼體因膨脹不暢引起振動過大
引風(fēng)機(jī)為成都電力機(jī)械廠生產(chǎn)的AN系列軸流
式風(fēng)機(jī)，2012年7月16日開始關(guān)注1B引風(fēng)機(jī)振動問
題，振動與負(fù)荷成正比，水平振動突出，軸向和垂直向
振動由于耦合效應(yīng)隨之增大，不過幅值很小，所以不
平衡引起的振動不是主要原因；從波形頻譜圖上可以
看出，水平振動以1倍頻為主，但是葉片通過頻率較
明顯(如圖4所示)；測量地腳處振動，均在合理范圍
內(nèi)，若是風(fēng)機(jī)內(nèi)部導(dǎo)環(huán)剛度差引起振動，需停機(jī)后才
能進(jìn)行檢查；查看廠家說明書，按照廠家安裝圖仔細(xì)
裝調(diào)，使進(jìn)氣箱和擴(kuò)壓管在基礎(chǔ)上固定的同時，還可
在一定外力作用下自由滑動一定距離，以利設(shè)備在熱
態(tài)運(yùn)行時有一定的伸縮量，為此，固定螺栓下面都設(shè)
置有滑套。鍋爐專業(yè)采用“松一緊”進(jìn)氣箱的左右地
腳后振動明顯下降，實(shí)踐表明是螺栓太緊以致機(jī)殼熱
態(tài)無法自由膨脹而引起振動過大。
2．2 2倍頻振動大原因分析及處理
2D循環(huán)泵為立式混流泵，循環(huán)泵振動大出現(xiàn)在
垂直于管道流向的徑向位置，經(jīng)頻譜分析，2D循環(huán)
0 9 8 7 6 5 4 3 2
一 ∞．g縣、需
第11期 訾娟，等：振動分析在火電廠轉(zhuǎn)動機(jī)械中的應(yīng)用 ·47·
圖4 1B引風(fēng)機(jī)驅(qū)動側(cè)軸承座水平振動頻譜
泵的3．8 mm／s(O．130mm)振動主要成分為2倍頻，
有明顯的不對中跡象(如圖5所示)，所以解體后主
要查找方向?yàn)槁?lián)軸器連接及電機(jī)氣隙均勻度問題。
事實(shí)上，解體后發(fā)現(xiàn)電機(jī)自由端導(dǎo)瓦的同心度嚴(yán)重
超標(biāo)，導(dǎo)致電機(jī)氣隙出現(xiàn)偏差，后經(jīng)調(diào)整試轉(zhuǎn)后再次
檢查頻譜(如圖6所示)，發(fā)現(xiàn)2倍頻明顯下降且明
顯低于1倍頻，同時振動通頻值降到1．7 mm／s
(0．060 ram)，落回標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。
●
呂
g
煅
臀
媸
圖5 2D循環(huán)泵修前振動頻譜
圖6 2D循環(huán)泵修后振動頻譜
2．3 3B開式泵自由端高頻率段振動大分析及處理
2012年2月23日，點(diǎn)檢通過采集3B開式泵數(shù)
據(jù)，發(fā)現(xiàn)該泵自由端振動異常，振動值近7．0mm／s，超
出驅(qū)動側(cè)4倍，嚴(yán)重超出標(biāo)準(zhǔn)要求的4．6 mn'l／s報(bào)警
值，后對兩端軸承溫度進(jìn)行了測量，發(fā)現(xiàn)軸承的溫度
并沒有升高或者異常，就地用聽針能聽到軸承有“咯
咯噔噔”的聲音。結(jié)合CSI 2130頻域頻譜分析，振動
高能量主要集中在450～1 000 Hz，且譜峰清晰。從時
域波形圖可以看出，振動能量在故障值以上，PK峰值
達(dá)17g's，軸承峭度值達(dá)4．35，大于標(biāo)準(zhǔn)給定值3．00，
所有跡象表明，軸承出現(xiàn)故障的可能性很大。SKF
6313滾動軸承故障頻率計(jì)算結(jié)果見表1。
表1 SKF 6313滾動軸承故障頻率計(jì)算結(jié)果
通過AMS提供的SKF 6313滾動軸承故障診斷
功能，可以從圖7中看出其故障峰值為50．8 Hz的
高次諧波，剛好對應(yīng)軸承外圈固有頻率，而且根據(jù)試
驗(yàn)規(guī)程規(guī)定，在滾道或滾動體上出現(xiàn)面積為0．5
mm 的疲勞剝落坑就判斷為軸承壽命終結(jié)，初步判
斷軸承外圈已有剝落 。
隨后對該泵進(jìn)行搶修，待自由端軸承更換完畢
試運(yùn)后，振動值為1．12mm／s，恢復(fù)正常(如圖8所
示)。觀察拆下的軸承時，看到軸承已大面積銹蝕
(如圖9所示)，且外圈滾道有許多粗糙部位，從而
驗(yàn)證了前期的分析判斷。
1．4
i 2
1．0
朝§0．8
O
●
昌
邑
囂
4
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魯
2
1
最
30o 6OO 900 1 2o0 l 500 1 800
頻率／Hz
a頻譜圖
． “IIlIL． ．L山 I- -I I山．II_-^ d¨。 ‘I
’ ～。 ’ ’ 1-r 1- 'rr1'Tr 一” 1
0 0．5 1．0 1．5 2．0 2．5 3．0 3．5
時間，s
b波形圖
圖7 3B自由端水平振動波形頻譜
．? jIlI ．。．．
頻率／Hz
b修后
圖8 3B自由端軸承修前及修后頻譜圖對比
通過圖9可以看出軸承內(nèi)肯定進(jìn)水，通過觀察
和比較其他機(jī)組的同類設(shè)備，發(fā)現(xiàn)該泵出口逆
止門不嚴(yán)是導(dǎo)致開式水滲漏入軸承室的根本原因。

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