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振動(dòng)分析在火電廠(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)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(lái)源：內(nèi)蒙古國(guó)華準(zhǔn)格爾發(fā)電有限責(zé)任公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)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(dòng)分析在火電廠(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械中的應(yīng)用
訾娟，趙閏濤，張安鑫，王志杰
(內(nèi)蒙古國(guó)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(xiàn)振動(dòng)分析儀的原理和應(yīng)用基礎(chǔ)，分析了監(jiān)測(cè)參數(shù)和故障診斷過(guò)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(chǎng)；轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械；故障診斷；振動(dòng)分析
中圖分類(lèi)號(hào)：TK 703．7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1674—1951(2013)11—0045—04
0 引言
對(duì)發(fā)電設(shè)備進(jìn)行壽命管理和風(fēng)險(xiǎn)管理是未來(lái)發(fā)
電廠(chǎng)設(shè)備管理的二個(gè)趨勢(shì)，變被動(dòng)分析為主動(dòng)預(yù)測(cè)，
變被動(dòng)防護(hù)為主動(dòng)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(jiàn)的機(jī)組狀態(tài)檢修方法有振動(dòng)分析、油
液分析、紅外熱成像等，振動(dòng)是大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械常見(jiàn)故
障，對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行危害較大。振動(dòng)同時(shí)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(kāi)展
好轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備振動(dòng)分析是搞好設(shè)備預(yù)知性檢修的基
礎(chǔ)，解決好轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的振動(dòng)問(wèn)題是保障其可靠性的
關(guān)鍵。內(nèi)蒙古國(guó)華準(zhǔn)格爾發(fā)電有限責(zé)任公司(以下
簡(jiǎn)稱(chēng)國(guó)華準(zhǔn)電)從201 1年年底使用艾默生CS1 2130
離線(xiàn)振動(dòng)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(dòng)設(shè)備異常的
情況，消除了事故隱患。
1 狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立
轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的振動(dòng)監(jiān)測(cè)與分析是國(guó)華準(zhǔn)電精密點(diǎn)
檢工作的重點(diǎn)，國(guó)華準(zhǔn)電的設(shè)備狀態(tài)檢修工作是以
CSI 2130振動(dòng)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(tái)展開(kāi)的，AMS是基
于可靠性的維修理念，集成振動(dòng)分析、動(dòng)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(tái)，國(guó)華準(zhǔn)電配置的系統(tǒng)僅有振動(dòng)分析和動(dòng)平衡功
能。PeakVue峰值法是艾默公司的先進(jìn)數(shù)字專(zhuān)利技
術(shù)，它不僅可以提供故障嚴(yán)重性的等級(jí)，也能監(jiān)測(cè)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(kù)的建立提供了標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)模
版，用戶(hù)只需定義數(shù)據(jù)庫(kù)所包含的設(shè)備測(cè)點(diǎn)及相關(guān)
參數(shù)信息即可，振動(dòng)數(shù)據(jù)采集以及分析流程如圖1
所示。
圖1 CSI 2130振動(dòng)數(shù)據(jù)采集以及分析流程
2 國(guó)華準(zhǔn)電振動(dòng)分析實(shí)例
振動(dòng)故障和特征之間不是一一對(duì)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(guò)大會(huì)引起基頻振動(dòng)過(guò)大；
同樣，支撐動(dòng)剛度不足，軸系連接同軸度、平行度偏
差等故障，也會(huì)使基頻振動(dòng)過(guò)大。在線(xiàn)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(dòng)剛度成反比。
2．1 1倍頻振動(dòng)大原因分析及處理
在頻譜分析中，1倍頻過(guò)大是常見(jiàn)故障之一，本
文對(duì)頻譜中1倍頻大的成功處理案例進(jìn)行了匯總，
經(jīng)過(guò)振動(dòng)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(dòng)情況進(jìn)行分析。
2．1．1 3B凝結(jié)水泵電機(jī)自由端因動(dòng)不平衡引起振
動(dòng)過(guò)大
3B凝結(jié)水泵電機(jī)自由端東西方向振動(dòng)自2012
年8月份以來(lái)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(duì)其進(jìn)行采
集和跟蹤，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)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(dòng)儀為單通道儀
器，不能進(jìn)行相位分析，隨后對(duì)凝結(jié)水泵電機(jī)的地腳
底座進(jìn)行對(duì)比測(cè)量，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常；利用周末低負(fù)荷
檢修策略對(duì)凝結(jié)水泵的對(duì)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(guò)對(duì)電機(jī)實(shí)施動(dòng)平衡技術(shù)，最終以200 g
／_351。的配重矢量將振動(dòng)降到1．13 mm／s(0．020
mm)，凝結(jié)水泵電機(jī)振動(dòng)過(guò)大問(wèn)題的解決畫(huà)上了圓
滿(mǎn)的句號(hào)。
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(dòng)在轉(zhuǎn)速達(dá)到
4500—4 800 r／min時(shí)，振動(dòng)均超過(guò)4．5 mm／s(ISO
10816標(biāo)準(zhǔn))；轉(zhuǎn)速為4587 r／rain時(shí)，主泵自由端水
平振動(dòng)最大達(dá)10．05 mm／s(如圖2所示)。主泵振
動(dòng)的特點(diǎn)是振動(dòng)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(dòng)，轉(zhuǎn)速超過(guò)4900 r／min以后，
振動(dòng)值均在合格范圍內(nèi)。振動(dòng)頻譜以1倍頻為主，
無(wú)高次諧波。同時(shí)測(cè)量發(fā)現(xiàn)：
(1)同一軸承的3個(gè)振速同步變化，但垂直振
動(dòng)及軸向振動(dòng)不大，給水泵同一軸上的2個(gè)水平振
動(dòng)較大。在振動(dòng)增大過(guò)程中，其他狀態(tài)參數(shù)(瓦溫、
流量、壓力)無(wú)異常變化。
(2)在轉(zhuǎn)速為4 600 r／min時(shí)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，給水泵
自由端潤(rùn)滑油回油管道水平振動(dòng)高達(dá)10．05 mm／s
(0．110 mm)軸向振動(dòng)和垂直振動(dòng)不大(同轉(zhuǎn)速下的
3A給水泵無(wú)此現(xiàn)象，振動(dòng)為1．5～3．5 mm／s)。在
此轉(zhuǎn)速下采用敲擊法測(cè)量是否存在共振，發(fā)現(xiàn)對(duì)潤(rùn)
滑油回油管道施加不均勻、不同向的力時(shí)，給水泵及
管道振動(dòng)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(dòng)為4．0
mrn／s(0．036 mm)，恢復(fù)到振動(dòng)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(dòng)，其頻率與不同的結(jié)構(gòu)對(duì)
應(yīng)，即剛度不同引起不同共振。建議對(duì)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(dòng)，
同時(shí)對(duì)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(shí)，對(duì)給水泵潤(rùn)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(dòng)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(mǎn)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(dòng)引起振
動(dòng)過(guò)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(dòng)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(dòng)與轉(zhuǎn)速的關(guān)系
圖3 加裝膨脹節(jié)后的給水泵潤(rùn)滑油管路
測(cè)量頻譜中也是1倍選頻量占主導(dǎo)地位；同時(shí)在測(cè)
量中發(fā)現(xiàn)，C軟化水泵停運(yùn)時(shí)，在電機(jī)側(cè)居然能測(cè)量
到40 m的振動(dòng)，且越往泵側(cè)振動(dòng)越小，越往電機(jī)自
由端振動(dòng)越大。懷疑電機(jī)側(cè)振動(dòng)從基礎(chǔ)傳來(lái)，后檢
查地腳發(fā)現(xiàn)，基礎(chǔ)臺(tái)板和泵體連接的螺栓松動(dòng)。緊
固電機(jī)四角的地腳螺栓后，振動(dòng)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(dòng)過(guò)大
引風(fēng)機(jī)為成都電力機(jī)械廠(chǎng)生產(chǎn)的AN系列軸流
式風(fēng)機(jī)，2012年7月16日開(kāi)始關(guān)注1B引風(fēng)機(jī)振動(dòng)問(wèn)
題，振動(dòng)與負(fù)荷成正比，水平振動(dòng)突出，軸向和垂直向
振動(dòng)由于耦合效應(yīng)隨之增大，不過(guò)幅值很小，所以不
平衡引起的振動(dòng)不是主要原因；從波形頻譜圖上可以
看出，水平振動(dòng)以1倍頻為主，但是葉片通過(guò)頻率較
明顯(如圖4所示)；測(cè)量地腳處振動(dòng)，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(dòng)，需停機(jī)后才
能進(jìn)行檢查；查看廠(chǎng)家說(shuō)明書(shū)，按照廠(chǎng)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(shí)，還可
在一定外力作用下自由滑動(dòng)一定距離，以利設(shè)備在熱
態(tài)運(yùn)行時(shí)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(zhuān)業(yè)采用“松一緊”進(jìn)氣箱的左右地
腳后振動(dòng)明顯下降，實(shí)踐表明是螺栓太緊以致機(jī)殼熱
態(tài)無(wú)法自由膨脹而引起振動(dòng)過(guò)大。
2．2 2倍頻振動(dòng)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(dòng)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(dòng)分析在火電廠(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械中的應(yīng)用 ·47·
圖4 1B引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)側(cè)軸承座水平振動(dòng)頻譜
泵的3．8 mm／s(O．130mm)振動(dòng)主要成分為2倍頻，
有明顯的不對(duì)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(wèn)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(shí)振動(dòng)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(dòng)頻譜
圖6 2D循環(huán)泵修后振動(dòng)頻譜
2．3 3B開(kāi)式泵自由端高頻率段振動(dòng)大分析及處理
2012年2月23日，點(diǎn)檢通過(guò)采集3B開(kāi)式泵數(shù)
據(jù)，發(fā)現(xiàn)該泵自由端振動(dòng)異常，振動(dòng)值近7．0mm／s，超
出驅(qū)動(dòng)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(duì)兩端軸承溫度進(jìn)行了測(cè)量，發(fā)現(xiàn)軸承的溫度
并沒(méi)有升高或者異常，就地用聽(tīng)針能聽(tīng)到軸承有“咯
咯噔噔”的聲音。結(jié)合CSI 2130頻域頻譜分析，振動(dòng)
高能量主要集中在450～1 000 Hz，且譜峰清晰。從時(shí)
域波形圖可以看出，振動(dòng)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(dòng)軸承故障頻率計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。
表1 SKF 6313滾動(dòng)軸承故障頻率計(jì)算結(jié)果
通過(guò)AMS提供的SKF 6313滾動(dòng)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(duì)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(dòng)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(duì)該泵進(jìn)行搶修，待自由端軸承更換完畢
試運(yùn)后，振動(dòng)值為1．12mm／s，恢復(fù)正常(如圖8所
示)。觀察拆下的軸承時(shí)，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
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昌
邑
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4
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2
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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(shí)間，s
b波形圖
圖7 3B自由端水平振動(dòng)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(duì)比
通過(guò)圖9可以看出軸承內(nèi)肯定進(jìn)水，通過(guò)觀察
和比較其他機(jī)組的同類(lèi)設(shè)備，發(fā)現(xiàn)該泵出口逆
止門(mén)不嚴(yán)是導(dǎo)致開(kāi)式水滲漏入軸承室的根本原因。

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