振动故障诊断

振动故障诊断（共11篇）

振动故障诊断 篇1

1. 远程监测诊断系统基本构成

中石油辽阳石化公司从上世纪80年代开始进行设备状态监测与故障诊断技术的应用与探讨, 在设备故障征兆、故障原因与故障处理等方面进行了深入的研究, 建立了比较完善的设备故障数据库, 积累了丰富的设备故障诊断经验。为能更好地提高集团公司对关键机组设备的整体管理水平, 以中国石油天然气股份有限公司化工板块的在线监测系统为平台, 建立了设备维修专家的远程诊断系统, 实施多工种协同服务, 企业和异地专家对设备故障共同进行实时诊断, 使故障得到及时处理, 保证设备正常运行。

远程实时监测诊断中心采用网络拓扑结构, 以中国石油股份公司设备故障诊断中心为主站, 各分公司为分站 (图1) 。远程监测诊断中心由远程中心、分公司数据服务器以及现场数据采集器组成, 包括大型数据服务器阵列、数据存储器和专用软件等, 对各分厂机组运行数据长期存贮和管理, 为总公司管理人员提供机组自动运行统计和各种报表自动生成, 具有各级诊断专家和工程师诊断功能, 为行业专家提供网上共享的工作平台。远程中心结构见图2。

2. 远程诊断实例

例1合成气压缩机组振动故障。

宁夏石化分公司合成气压缩机组103-J/JT (图3) 于2007年7月开车运行, 运行状况良好。2007年9月9日透平两端轴瓦振动同时骤增, 10s后连锁停车。远程中心发现此情况后对远程诊断系统中该机组的振动趋势图、波形频谱图、轴心轨迹图等进行分析, 远程诊断机组振动原因。

图4显示出该机组振值在某个时刻瞬间迅速增长;测量透平两端各测点振动值分别为XI-31V 207.3μm、XI-31H 179.4μm、XI-32V 160.4μm、XI-32H 132.5μm;由图6～图9可以看出, 机组振动以工频占主导;振动轴心轨迹为椭圆形 (图10) 。

通过远程诊断认为, 机组在工艺未做任何调整, 操作正常的情况下, 透平两端轴瓦四个测点的振动同时骤增、连锁停车, 透平两端轴瓦四个测点的振动以工频占主导, 原因是透平转子故障。根据远程诊断中心诊断意见, 对机组进行解体检查后发现, 透平转子第一级叶片有一片断裂, 未对其他叶片造成损伤, 与远程诊断结果相符。

例2二氧化碳压缩机组振动故障

乌鲁木齐石化分公司二氧化碳压缩机组102-J/JT (图5) 于2008年7月停车检修, 更换了高压缸转子, 7月28日开车后高压缸测点xi109的水平方向和垂直方向振动值就超过报警值, 都达到了130μm;测点xi108v振值为77μm, xi108h振值为34μm。xi109v和xi108h振动有增长的趋势, xi109h振值已达到了165μm, xi108h振值增大到49μm (图11) 。从图12～图15中可以看出, 该机组振动以工频占主导, 兼有0.5倍频成分;轴心轨迹为双环椭圆 (图16) 。

通过上述远程诊断认为, 机组在7月28日开车以后, 高压缸测点xi109的水平方向和垂直方向振动值就超过报警值, 并且随着时间的推移, 振动有增高的趋势。从波形频谱图上看, 所有测点的振动以工频占主导, 伴有明显的0.5倍频率成分, 该机组高振动是由于高压缸转子轴系不平衡且轴瓦间隙不良, 导致油膜失稳造成的。建议调整该机组的润滑油温消除油膜失稳, 如有检修机会立即停车对该机组高压缸转子进行动平衡处理, 回装时注意调整轴瓦间隙。停车且按建议进行检修后, 该机组振动故障消除。

3. 结束语

关键机组远程实时监测诊断管理系统的应用, 可对全厂所有大型机组进行全天候的不间断监测, 并不断地向生产调度、机动管理、诊断、维修部门及厂部领导发送实时数据, 为逐步实现由定期强迫维修变为预知维修提供条件;为关键机组的优化设计和制造提供相关参考数据, 大大地提高大机组的全员优化管理水平, 为企业节省大量人力物力。

振动故障诊断 篇2

筛箱依靠两台相同的振动电机做相反方向自同步旋转，使支承在减振器上的整个筛机做直线振动，物料从入料端落入筛箱后，迅速前进、松散、透筛，完成筛分作业。

矿用振动筛构成矿用振动筛由筛箱、振动电机、减振系统及底架等组成。

筛箱由筛框、筛板、衬板等组成。

振动电机采用高性能、高寿命的TZDC系列振动电机为激振源，调节振动电机激振力的大小，可以改变筛机的振动幅。

减振系统由橡胶弹簧和卡箍、支承座等组成。底架由料仓及底盘等组成。本系列振动筛的振动电机安装方式可分为上振式和下振式，减振器安装方式可分为座式或吊挂式。还可以根据用户需要进行设计制造。

矿用振动筛应用主要用于冶金、矿山、煤炭、建材、电力、化工等行业，尤以冶金行业用途最为广泛，是高炉槽下、焦化厂、选矿厂常用的筛分机械。

振动筛网过快破损的原因振动筛网过快破损的主要原因有：

筛网质量问题、筛网的张紧力度、物料投料问题等。

a、筛网的质量问题是一个引起筛网破损过快的重要因素。筛网的材质如果达不到物料的筛分要求，筛网损坏的就很快，我们在客户在选择旋振筛时注意事项中列举了筛网的分类及如何选择合适的筛网。

b、筛网张紧力度不够，以致引起筛网颤动，通常沿筛网边缘或包边压条处断裂或损坏。

c、筛网一般有上部的筛分层和下部的受力层，要求这2层之间紧密贴合，如果筛网预张紧工艺差，当筛网底部的受力层绷紧时，筛分层没有拉紧，那么做筛机工作时筛网上下颤动的距离过大，和筛框接触部分不能有效压紧，这也是引起筛网损坏过快的原因之一。

d、物料的投料问题。因为在振动筛工作过程中不断的投料，但是如果一次投料过多，阻碍物料在筛面上正常运动，不但容易使筛网疲劳变松，而且会大大降低物料的处理量。一次性给予大量的物料，会使本身处于不平衡运转的电机负荷突然增加，不但容易损坏筛网，而且容易造成振动电机的损坏，所以在投放物料时要均匀的投料。在有强大冲击力的给料方式，必须给振动筛加装缓冲料斗，物料直接冲击筛网会消耗振动源所产生的激振力，更容易造成筛网破损及筛网疲劳。

解决方法：

a、首先在选择振动筛时选择质量可靠的筛网；b、经常检查筛网的张紧度；c、检查筛网是否压实。

d、如果是筛分液体，有强大冲击力时最好加装料斗或缓冲器。

e、如果有物料堆积，尽快查找原因如调整振动电机偏心块等。

振动筛在高温工作环境中维护方法进入炎炎的夏日，温度过高成了振动筛正常工作的隐患，平常的振动筛工作要求的环境温度一般不超过40℃，所以在我们在日常操作振动筛分设备工作的过程中不但要考虑生产，也要考虑机器的耐受程度。

1、在室外工作振动筛分设备要注意搭建隔阳防晒网或者篷。

a、长时间的烈日暴晒不但会使机器易旧、老化，还会使振动筛分设备整机温度过高，无法正常工作，影响筛分的效率和质量，严重的还将导致振动筛部件例如：振动电机等损坏。

b、在室内或者矿窑工作的振动筛分设备，要注意室内温度的调节，以及通风性、透气性。环境温度一般不超过40℃，给振动筛保持一个良好的工作环境。

2、振动筛分设备温度过高多指振动筛的核心部件-振动电机温度过高。振动电机温度过高又什么解决方案呢？

振动电机温度是指振动电各部分实际发热温度，它对振动电机的绝缘材影响很大，温度过高会使绝缘老化缩短电动机寿命，甚至导致绝缘破坏。为使绝缘不致老化和破坏，对振动电机绕组等各部分温度作了一不定期的限制，这个温度限制就是振动电机的允许温度。

振动电机的各部温度的高低还与外界条件有关，温升就是振动电机温度比周围环境温度高出的数值。

瑁絋2-T1式中-------温升T1-------实际冷却状态下的绕组温度（即环境温度，室温不允许超过40℃）；T2-------发热状态下绕组温度影响砂石设备振动筛工作的因素

1、物料性质的影响。实际表明，圆振动筛物料粒度小于筛孔尺寸的3/4的颗粒容易偷过筛孔，称为易筛粒。大于筛孔3/4的颗粒，因透过筛孔困难，称为难筛粒。物料粒度为筛孔尺寸的1-1.5倍的颗粒称为阻粒。可以增加辅助筛分的方法，用筛孔尺寸较大的辅助筛，预先排出筛上产物过粗的级别，然后筛分含有大量细级别的较细物料。物料颗粒最大容许尺寸与筛孔尺寸之间的一定比例关系没有明确的规定，水泥振动筛一般认为最大颗粒不应大于筛孔尺寸的2.5-4倍。物料中含有的表面水分在一定程度内增加，黏泻性也就增大，物料的表面水分能使细粒互相黏结成团，并附着在大颗粒上会把筛孔堵住。这些原因使筛分过程进行较难，筛分效率将大大降低。如果物料中含有容易结团的黏性物质（如黏土等），即使在水分很少时，也会黏结成团，使细泥混入筛上产物；也会很快堵塞筛孔。此时应考虑预先洗矿。物料颗粒形状如果是圆形，则透过方孔和圆孔比较容易。电磁振动筛破碎产物大多是多角形，透过方孔和圆孔不如透过长方孔容易，条状、板状、片状物料难以透过方孔和圆孔，但容易透过长方孔。

2、筛分机工作参数的影响。主要有以下6个影响因素。①晒面种类。筛子的工作面通常有钢棒、钢丝、冲孔钢板、橡胶、聚氨酯等。它们对筛分效率的影响，主要和它们的有效面积有关。此外，各种材料的耐磨损程度也不同。②筛孔形状。方形或长方形筛孔应用教好。③筛孔尺寸。应联系破碎机的工作和对产品的要求来选择。④筛子的运动状况。各种筛子的筛分效率大致如下：高效重型筛大于90%；摇动筛大于70-80%；转筒筛60%；固定条晒50-60%。可视情况选择。⑤筛子的宽度和长度。一般认为筛子的宽度和长度之比为1：2.5~1：3.⑥晒面的倾角。振动筛的倾角一般在0°~20°，固定条筛的倾角40°~50°。

3、操作因素的影响。为保持较高的筛分效率，给料要均匀和连续，振动筛分机给料量应适中。

安装振动筛及维护方法首先安装前，要把现场基础与筛子安装图对照检查，预埋钢板的平面度误差≤3mm。根据筛子从下到上的顺序进行安装，每一个环节都调整到初步合格的状态之后，再进行下一环节的安装。

振动故障诊断 篇3

【关键词】电机运行；故障诊断；震动频谱；技术分析

在电机的日常故障诊断过程中，电机故障诊断人员通常会采用较为常规的故障处理技术对电机设备的故障进行有效地诊断与处理。但是在某些较为特殊的电机运行故障中比较常规的故障处理方法无法取得较为良好的诊断与处理效果，因此振动频谱与相关技术的应用对于电机故障的识别诊断就显得极为重要同时对于促进电机故障诊断、处理水平的提升也有重要影响。

一、振动频谱在电机运行故障诊断中的应用

诊断频谱技术在一些特殊的电机故障诊断与处理过程中有着良好的运用，这主要体现在电机的电气故障与机械故障诊断过程中。以下从几个方面出发，对振动频谱在电机运行故障诊断中的应用进行了分析。

1.振动频谱在电气故障的中应用

振动频谱在电气故障的中的应用主要包括在电机设备的常规巡检和故障诊断中对电机设备的振动数据进行合理采集與分析并按常规采集定义设置频谱的频宽，从而能够对电机的转速故障、滚动轴承故障的特征和发生频率通过观察振动谱图进行合理的分析。除此之外，对于电机设备而言在大部分的电气故障诊断过程中振动频谱技术的应用可以有效提升故障诊断的精密性，从而为电机故障的解决与分析奠定良好的基础。

2.振动频谱在机械故障中的应用

振动频谱在机械故障中的应用主要包括常规谱图频率分辨等内容，在振动频谱分辨率较低的情况下电机故障诊断人员需要利用频谱细化措施来对电机设备出现的故障进行分析并对振动频谱的基频等数据进行合理的细化与分析。电机故障诊断人员在对电气故障问题进行频谱细化分析时应当注重对数幅值的采用，从而有效减少丢失环绕现象的出现并在提升电机机械稳定性前提下促进振动频谱在机械故障中的有效应用。

二、电机运行中故障诊断技术分析

随着电机故障诊断整体水平的不断提升，电机运行过程中故障诊断技术的合理分析与应用对于提升电机的可靠性、稳定性和运行水平都有着重要影响。以下从几个方面出发，对电机运行中故障诊断技术进行了分析。

1.电机运行故障诊断技术分析

电机运行故障诊断技术分析的应用范围较广，例如电机维修人员在在对一台机泵进行检测时当发现该泵的电机运行声音较响并且电机端的振动值也较大时则该机泵的电机出现问题的可能性较大。在这种前提下电机故障诊断人员应当首先对机泵的电机参数如电机转速、电机轴承等进行合理分析。如果诊断出的故障属于电气方面的，则电机故障诊断人员需要从电机的转子偏心、定子偏心等电气故障出发进行合理分析。在这个过程中电机维修人员需要清晰电机的转速频率，因为在不同的电机频率前提下看似相同的电机运行故障诊断可以得出完全不同的诊断，这也意味着当电机维修人员在没有清楚电机频率的前提下是很难做出正确的电机故障诊断结论。因此电机维修人员为了更好地找出电机的故障，应当合理对电机的振动频谱进行细化分析。通过对振动频谱进行有效分析电机故障诊断人员可以有效分析电机故障主要在电气方面还是机械方面，从而为进一步的电机作精密诊断提供了基础和依据。

2.电机运行故障诊断技术应用

电机运行故障诊断技术具有很强的实践性，即只有通过实际检修与诊断电机故障诊断人员才能更好的提升自身的故障诊断水平，例如当电机出现异响时，电机故障诊断人员应当首先考虑电机与机泵之间的联轴器是否出现故障。通过对联轴器进行故障处理后若电机中的响声依旧没有消失则电机故障处理人员需要通过振动频谱技术对电机进行检测，通过对监测结果进行分析电机故障诊断人员可以发现机泵的两个轴承的振动幅度相对幅较小但是电机轴承的振动幅值较大，从而可以发现电机出现的故障主要在电气方面并为更深一步的电机故障处理与检修奠定了良好基础并为电机精密诊断提供了依据。另外，当电机的振动频谱图中有出现突出部分时则意味着电机的转子中存在断条并且振动频谱的突出部分愈明显则说明电机中的断条数量越多，在这一过程中电机的特征频率为48.8HZ，而正常的电机特征频率为50HZ，既断条故障的电机特征频率误差为2.4%。除此之外，当电机出现断条故障时电机故障处理人员通过振动频谱分析可以对电流频谱中会出现特征分量进行合理推测。通常来说当电机出现气隙偏心故障时，电机振动频谱的中特征分量如转子频率会出现较大异常。而当电机出现定子匝间短路故障时，通过对电机的定子电流进行变换，可以对电机的基波分量进行有效判断，当电机处于稳定运行状态时定子的转速相对稳定并且电机的故障特征频率也相对稳定，从而可以对更好地对电机进行精确的故障诊断。

三、结语

随着我国电机诊断、维修水平的不断提升，振动频谱技术在电机运行的故障诊断、处理过程中得到了广泛应用。电机故障诊断人员在进行电机故障诊断过程中应当注重对诊断频谱技术进行合理利用，并在此基础上通过其他故障诊断技术的合理应用促进电机的故障诊断、维修技术水平的合理提升。

参考文献

[1]吕庆斌.电机振动频谱分析与处理[J].设备管理与维修，2013，2（4）：51-53

送风汽轮压缩机组振动故障诊断 篇4

1. 机组参数

在机组试运行阶段, 汽轮机前后轴振变大, 尤其是前轴振动有几次大于报警值。压缩机前后振动值却是在合理范围内, 数值在20μm左右。该设备是单缸、单轴凝汽汽轮机, 从顺汽流方向看是逆时针。其额定工作转速是4550r/min, 其中一阶临界转速在3600r/min左右, 轴振报警值是63μm。1#瓦是汽轮机转子的落地轴承, 2#瓦轴承座与排汽缸一体。1#瓦和2#瓦都是普通的二油叶。汽轮机转子和轴流风机转子采用挠性联轴器连接。机组轴系分布如图1所示。

2. 振动测试

机组每个轴承安装两只电涡流传感器, 两者之间呈90°, 于轴承座中分面夹角是45°, 从顺汽流方向看, X方向为右, Y方向为左。为了更好的描述各个状态的振动情况, 我们对机组空负荷下的联机、一定负荷的联机、汽轮机单机、联机历史值几种状态下进行测试并比较。其结果如表1所示。

从表1可以看出, 汽轮压缩机组在联机试车时, 汽轮机转子前后测点振动值最大也是26μm。但是经过3个月试运行后, 前后轴振动都是明显变大。1#瓦振动幅值有上下波动现象, 最大变化是15μm, 相位基本保持稳定。2#瓦的振动幅值变化量不大, 但是相位总是在不停变动, 最大变化是25°, 所测振动数据每次启动不具备重复性。另外当2#瓦振动变大, 1#瓦振动往小的趋势发展, 反之也是这样。

二、振动特征及分析

1. 振动频谱图

汽轮机1#瓦和2#瓦右测点频谱图如图2所示。

根据转子旋转方向, 转子右测点是油膜刚度最大、最稳定的, 适合用来做状态分析。从图2上看, 在额定转速下, 1#瓦和2#瓦以1X为主, 占到了90%以上, 1/2、2X分量一般在1~3μm。2#瓦右测点出现了3X分量, 但是数值相当小, 可以判断该汽轮机存在不稳定的转子不平衡力。

2. 单机和联机状态下的波德图

(1) 单机状态下, 汽轮机1#瓦和2#瓦右测点波德图如图3所示。

在图3中, 汽轮机转速在1000r/min后, 前后振动值随转速逐步增大, 在2200r/min附近, 前后轴振动相位出现90°左右变化, 前振动幅值翻转明显, 后轴振动幅值反应不明显。在3600r/min附近, 前后轴振相位变化不明显, 前轴振幅值却是大幅度减少, 后轴振保持稳定, 可以推断临界转速值产生变化了。根据临界转速在转子质量不变条件下, 与刚度的方根成正比, 可以判断是轴承动刚度变小原因。接近工作转速后, 前轴振动继续变大, 后轴振动最后一段是变小的趋势。前轴振型还是比较清楚, 后轴振型发生明显变化。

(2) 联机状态下, 汽轮机1#瓦和2#瓦右测点波德图如图4所示。

在图4中, 联机状态下的前后振型和单机类似, 前轴振值变大。但是后轴振在工作转速附近竟然有迅速变小趋势。检查了前后轴承座的地脚螺栓都是紧固的, 连接刚度没有问题。用手持式测振仪测量了运行中的前轴承座X、Y、Z三个方向的振动, 数值是在0.08mm左右, 可以排除了前轴承座刚度问题。后轴承座由于与排汽缸一体, 排汽缸通过排汽接管与凝汽器相联接, 排汽接管还有一段膨胀节。这种结构设计相当于钢结构支撑, 后轴承座的垂直动刚度本就比前轴承座刚度小很多。在测量后轴承座座振发现其振动值和轴振趋势相反, 比较了轴振和轴承座振的数值后, 可以判断后轴承座存在共振现象。

3. 同相及反相图

单机、联机状态下汽轮机1#瓦右与2#瓦右同相、反相图如图5所示。

为了更好的了解转子的特性, 对整个升速过程中汽轮机前后同方向测点按照谐分量法进行了振型分解, 比较了汽轮机单机和联机状态下的同相和反相变化。从图5看, 单机状态下, 同相分量在临界转速之前, 一直是持续增大, 转子不平衡量比较明显。需要检查转子是否存在永久弯曲和热弯曲。该转子工作转速是在二阶临界以下, 同相分量没有迅速收敛, 反相分量变大, 转子外伸端不平衡所引起的可能性很大, 需要检查转子对中、联轴器紧力、伸长端平直度。

三、故障确认与处理

已知公式:A=P/K

式中:A——振动振幅;

P——激振;

K——机组动刚度。

可推导出:汽轮机转子振幅与所作用在机组上激振力成正比, 与机组的动刚度成反比。为了降低振动值, 可以从增大刚度, 减少激振力两个方向出发。

1. 改善机组动刚度

检查后轴承座、排汽接管、大直径的回油管道的连接情况, 螺栓都已经拧紧。参照其他类似机组, 结构改造非常困难。从增强油膜刚度入手, 降低径向轴承进油温度:从48℃到38℃, 进油压力保证在80k Pa, 这样减少了油膜的厚度。测试表明:汽轮机前轴振从57μm下降到44μm, 有效的降低振动。

2. 确认激振力过大位置

(1) 汽轮机与轴流风机对中

在冷态下检查汽轮机与轴流风机之间的外圆中心、开口值。当符合标准后重新开机, 发现振动还是没有太多变化, 加上是挠性联轴器, 轴流风机中3#、4#瓦振动都在20μm之内, 轴流风机振动能量不足以引起汽轮机振动过大, 可以排除现场中心调整问题。

(2) 汽轮机疏水不畅导致转子热弯曲

这台汽轮机汽缸底部有高、中、底压疏水, 疏水管道直接连接到凝汽器上的疏水膨胀箱, 连接的顺序从外到内应该是高中低, 中压和低压顺序搞错, 疏水都是正常。但是这不会引起振动值大幅上升的根本原因, 可以排除。

由于是凝汽式汽轮机, 在建立真空过程中需要轴封供汽, 前后汽封冒汽管中的废汽通过汽封冷却器回收利用。轴封供汽的压力、温度参数正常, 但是前汽封冒汽不通畅, 会导致冷却后的饱和汽水掉到运行的转子上, 造成转子受热不均弯曲。处理这个冒汽管道问题后, 机组前振动值有一定下降, 但是幅值变化不是特别明显。

(3) 前后轴颈弯曲检查

打开前后轴承座并且去掉上瓦。百分表头安装在轴颈处, 盘动转子旋转一周, 取其中8个点, 记录各点并取矢量差, 椭圆度最大是0.015mm, 符合国家标准。

(4) 汽缸与转子中心变动

该汽轮机只有前猫爪通过定距螺钉与前轴承座相连接。间隙有0.20mm左右, 其用来保证汽缸正常膨胀。安装过程中或者进汽管道力影响, 这个中心很容易跑掉, 从而导致转子与汽封齿摩擦受热弯曲。通过在猫爪上架百分表, 冷态和热态分别监测, 结合前后轴心轨迹图是个光滑的椭圆, 这个问题可以排除。

(5) 汽轮机侧半联轴器

半联轴器是带平键的圆柱面与转子输出紧配合。现场检查结果如图6所示。

图6中转子旋转方向是顺时针, 两个平键已经出现异动, 顶到半联轴器上, 与键槽出现悬空。用塞尺测量平键与键槽两边间隙, 0.03mm不入的测量点已经出现挤压变形。从两边间隙和旋转方向可以判断汽轮机转子与联轴器出现“憋劲”现象, 轴流风机转子应该产生很大的反作用力。

通过百分表对半联轴器进行外圆和瓢偏测量, 数据如图7所示。

实测瓢偏最大值是0.055mm, 外圆偏差最大值是0.015mm。而这台汽轮机这两个数据出厂值分别是0.01mm和0.06mm, 半联轴器位置变动或者外伸端弯曲。

结合之前情况分析, 认定轴流风机的失速或者喘振是会造成上述状态主要原因。随后试验过程中, 轴流风机静叶调整装置突然的卡涩使前轴振动升到60μm以上, 后轴振动却下降到41μm, 这也侧面证明了上述推断。半联轴器的位置变动产生一定的不平衡力, 另外联轴器紧力不足, 使高速运行的转子与联轴器受热不均, 很容易使转子伸长段弯曲, 进而加大振动。

四、结语

考虑到汽轮机振动值波动变小, 幅值能够下降合理趋势并保持相对稳定, 并且现场条件、生产成本不允许停机重新修理半联轴器。因此制定了3条措施来保证机组长期运行。

第一, 现场条件的限制, 直接改造轴承座结构来增强支撑系统刚度不现实。通过降低轴承进油温度、降低进油压力两个方向来降低了油膜的厚度, 侧面增强了刚度, 从而改善振动值。其结果如表2所示。

第二, 升降负荷时幅度应该小而匀速, 每次操作要等振动稳定后才能继续。

第三, 特别需要关注轴流风机的旋转失速和喘振发生。汽轮机前轴振动一旦超过停机值应该立即停车检查联轴器。

从最近的电话回访得知, 该机组经过10个月的运行, 振动情况一直很稳定, 汽轮机前后振动幅值一直在50μm之内。

参考文献

[1]Donald E.Bently, Charles T.Hatch, Fundomentalsof Rotating Machiner y Diagnostics, 2002.

[2]田昊洋, 杨建刚.带有外伸悬臂端的汽轮发电机组动平衡方法研究[J].汽轮机技术, 2011.

[3]朱向哲, 袁惠群, 张连祥.汽轮机转子系统稳态热振动特性的研究[J].热力工程, 2008.

振动故障诊断 篇5

摘 要：组合利用离线式振动分析设备和工业视频内窥镜，对一台出现齿面裂纹的风力发电机组齿轮箱进行振动数据采集和分析，对完善风电机组齿轮箱故障数据，积累故障诊断经验有较大的现实意义。

关键词：风力发电齿轮箱；故障诊断；振动分析；内窥镜检测

中图分类号：TH113.21 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）18-0047-02

1 背景概述

在异步和双馈型风力发电机组中，齿轮箱是重要的增速部件，它将风轮在风力作用下获得的动力传递给发电机并使之增速，发电机将获得的动能最终转化为电能并输送到电网。

由于机组安装在高山、荒野、海滩、海岛等风口处，无规律的变向变载荷的风况，强阵风的冲击，酷暑、严寒和极端温差的影响等，一系列因素使得齿轮箱成为风力发电机组中故障率较高、停机损失较大的薄弱环节。因此，寻找切实有效的齿轮箱故障诊断方法，及时发现设备隐患，采取主动性维护维修措施，对提升风电机组的发电性能，保证机组的安全稳定运行，具有非常重要的意义。

随着现代测试技术和信号处理技术的发展进步，振动分析方法得到了快速发展，成为齿轮箱状态监测和故障诊断主流方法之一。但是由于风力发电机组具有齿轮箱结构复杂、运行工况复杂多变的特点，振动分析法在强背景噪声的条件下的诊断精度还有待进一步验证。工业视频内窥镜具有成像直观的优点，但同时也存在视野局限的不足。因此在现代风力发电齿轮箱故障诊断实践中，结合使用振动分析和工业视频内窥镜，使两者优势互补，这对提升齿轮箱状况诊断精度，及时发现故障隐患，保证风电机组的安全运行有重要意义。

2 振动理论

风电齿轮箱是一个复杂的弹性机械系统。齿轮啮合时轮齿的弹性变形、时变啮合刚度、啮入出冲击、齿侧间隙、制造误差等都对轮齿静动力接触特性、系统动态性能、系统传动精度等有很大影响。齿轮箱同时承受由原动机和负载引入的外部激励和由时变啮合刚度、齿轮传动误差和啮合冲击所引起的内部激励，其振动受轴、齿轮、轴承等多种振动的影响，具有高度的非线性特点及耦合效应，从而导致齿轮箱振动信号复杂，难以建立完美的动力学模型。在研究齿轮及齿轮箱故障时，我们将齿轮传动副作为一个振动系统，以简化研究过程。

5 结 语

齿轮箱是风力发电机组中最主要，同时也是故障率较高、故障损失较大的核心部件之一，及早发现齿轮箱的故障，找到故障原因并采取相应的处理措施，对避免发生重大故障、延长齿轮箱使用寿命、降低运维成本有着十分重要的意义。

本文综合使用振动分析和工业视频内窥镜工具，采集发生齿面裂纹的风电机组齿轮箱振动数据，为以后进行齿轮箱故障诊断打下了良好的基础。不过，由于风电齿轮箱具有结构复杂、运行工况严峻的特点，造成振动频率成分较多，为了提升齿轮箱故障诊断准确性，建议从以下几方面着手开展工作：

①积累故障数据，掌握典型故障特征。主要是根据各轴的转频、齿轮啮合频率、滚动轴承运动学和动力学特征频率，建立齿面点蚀、微点蚀、剥落、齿面裂纹、断齿、轴弯曲、轴承点蚀和打滑磨耗等齿轮箱常见故障特征数据，为齿轮箱智能诊断系统打下良好基础；②在大量数据积累的基础上，建立故障评判标准。由于风力发电机型多种多样，各机组安装地理位置和运行风况等条件也不一样，导致无法按照统一的标准，进行齿轮箱状况评判。而是需要长时间积累大量的数据，才能形成有针对性的齿轮箱状况等级评判标准；③综合利用多种故障诊断工具。目前，针对齿轮箱的故障诊断方法主要有性能参数分析法、振动分析法、油液分析法、噪声分析法、声发射分析法和工业视频内窥镜直接检测法等。各种方法各有优缺点，应用场合也不尽相同。在现场实际应用过程中，可以组合选用若干种诊断工具，探寻最优方法，提高故障诊断的准确性。

参考文献：

[1] 张培林.-齿轮箱故障诊断的油液、振动信息融合方法[M].北京：机械工业出版社，2011.

[2] 韩清凯，于晓光.基于振动分析的现代机械故障诊断原理及应用[M].北京：科学出版社，2010.

[3] 丁康.齿轮及齿轮箱故障诊断实用技术[M].北京：机械工业出版社，2005.

烟气轮机振动故障的诊断及处理 篇6

锦州石化公司100万t/年重油催化裂化能量回收三机组由YLⅡ-8000J型烟气轮机、AV50-15轴流式压缩机、Y/YF800-1-4型电动机和润滑油系统及动力油系统组成。轴流式风机是催化裂化装置的重要设备之一, 主风流量在2 100 Nm3/min左右, 其效率达87%, 比离心风机高5%～6%, 烟气轮机把催化裂化再生烟气中所具有的热能和压力能膨胀做功转变为机械能来驱动轴流式压缩机, 从而达到能量回收的目的。电动机、发电机状态变化灵活, 可以根据机组功率平衡情况变换电动和发电状态。烟气轮机所回收功率5 630kW可以满足轴流风机需要的负荷 (夏季除外) 。当三机组处于满负荷时, 除满足催化裂化装置再生气用风外, 三机组还可以发电100～700kW, 有较大的经济效益。其简图及测点布置见图l。

YLⅡ-8000J型烟气轮机技术参数:进气流量2 100m3/min, 进气压力0.27MPa, 排气压力0.108MPa, 进气温度670℃, 排气温度520℃, 临界转速24 024r/min, 转向为从烟机进气端看逆时针, 工作转速5 824r/min, 输出功率8 377kW, 绝热效率≥84%。AV50-15型轴流压缩机技术参数:进气流量2 200m3/min, 进气压力0.098MPa, 排气压力0.41MPa, 工作转速5 824r/min, 一阶水平临界转速1 650r/min, 二阶水平临界转速3 950r/min, 三阶水平临界转速7 200r/min, 一阶垂直临界转速3 250r/min, 二阶垂直临界转速7 050r/min, 进气温度8.9℃, 转向为从烟机进气端看逆时针, 功率7 938kW, 绝热效率≥89%。Y/YF800-1-4型电动机技术参数:电压6 000V, 额定电流355A, 频率50Hz, 额定功率3 200kW, 工作转速1 492r/min, 效率95%, 转向为从烟机进气端看顺时针。振动数据采集器为DPl500, 分析软件为恩泰克预测维修软件 (PM) 。整个测试系统由安装在机组上的振动传感器、数据采集器、预测维修软件和计算机组成。

二、振动特点及原因分析

2007年3月7日, 烟机轴承振动突然增大并报警DCS值:烟机南北瓦振幅最高97μm以上。立即对该机组进行了现场监测, 利用 (DPl500) 数采器采集烟机的绝对振动信号, 回传到计算机中, 借助恩泰克爱迪公司的预测维修系统进行分析, 烟机和轴流式风机振动烈度见表1, 频谱图见图2、图3、图4。

从表1和图2中可以看出, 三机组振动特征为烟机两个支撑瓦处的水平振动严重超标, 振动烈度达到烟机内侧水平 (1H) 振动为10.35mm/s, 转速频率占主导, 谐频较小, 是典型的动不平衡故障征兆。烟机外侧水平 (2H) 振动18.45mm/s (图3) , 转速频率占主导。在烟机内侧垂直方向 (1V) 的频谱图中出现半频及其二倍频和三倍频, 为动静摩擦故障频谱 (图4) 。

通过频谱分析, 并结合该机组以往记录, 可判断烟气轮机振动主要是由转子不平衡和动静摩擦引起。转子动不平衡的可能原因:转子弯曲;动叶片脱落或附着结焦物。因大修后机组一直运行正常, 故转子弯曲可以排除。所以基本上认为可能是由烟机动叶片脱落或附着结焦物引起。

三、烟机解体检修

1. 拆机检查情况

烟机进气机壳内部以及导流器叶片、一级叶轮的工作面与背面聚集大量的催化剂白色粉末;一级叶轮周向端面有明显摩檫痕迹。因此可以断定:由于冷却蒸汽含有大量的水分与高温烟气中的催化剂粉末颗粒相遇后聚集结垢造成磨损, 破坏转子的动平衡。

2. 处理

清除异物, 主要是催化剂粉末颗粒;更换烟机叶片。把冷却蒸汽的温度从170℃提高到210℃, 以提高蒸汽质量。

该机组检修后开车, 在随后的两天里进行跟踪监测, 烟机运行状态良好。

四、结语

基于机械振动的设备故障诊断研究 篇7

随着我国社会经济的快速发展, 多种多样的机械设备也在各领域中得到广泛应用, 与此同时, 在改革深入与市场竞争的趋势下, 机械设备的使用效率问题也开始受到人们的重视, 因此对于机械设备的故障诊断工作研究也是有着相当迫切需求的。下面通过机械设备常见的振动型故障、机床常见振动型故障与通过电测法的设计对振动型设备故障进行设计诊断。

1 机械设备故障分析

振动是机械设备在使用中普遍存在的特性, 同时也是机械设备的运行状态与其故障诊断的重要系数。基于机械振动的设备故障常见的有以下4类:

(1) 不平衡。不平衡就是设备重量与其几何的中心线不重合从而产生的故障。当转子在旋转时, 它的重心在轴承上产生了离心力作用, 这个离心力的大小随转子旋转形成稳定的变化。它的类型分为:静不平衡、力不平衡以及力矩不平衡。

(2) 没有对中。这种现象普遍存在, 而且其产生的影响非常重要, 由于不对中现象因而增加的旋转作用力将对机械轴承与密封构件施以异常的加应力。它的类型分为:平行、角度、平行与角度均不对中。

(3) 部件松动。部件松动是普遍且易发生的故障, 主要情况有:机械设备的结构框架或者其底座发生松动, 产生的后果就是整个机械设备发生松动同时剧烈振动;另一类情况就是原本在零部件间正常配合的关系被破坏, 从而造成其间隙超过误差范围导致松动。

其中机械松动还会加剧设备的振动状态。哪怕设备中只有少量不对中或者不平衡的情况, 都会因为机械松动的原因, 使设备的振动比只有不对中或者不平衡的情况下设备振动更大。

结构或底座松动。这种情况包括设备的底脚、其基础板面、结构基础因强度不够而发生的变形或是开裂、螺栓松动等等。它的振动频谱中占有优势的是转速频率, 这点与不平衡情况一样, 与之不同的是, 振幅大的位置相当确定且局限性明显。此外, 应将各个方向间的相对幅度进行进一步比较, 以观察其相位特征。

轴承或部件松动。这种情况包括轴承在其底座内松动、其内部的间隙太大、轴承在轴上发生松动。一般是因轴承的外套在其座压盖中松动、内环转动在轴上、滚动轴承的间隙太大、叶轮松动等原因引起的。

(4) 轴承故障。其分为滚动轴承故障:疲劳剥落、塑性变形、锈蚀、磨损、保持胶合架损坏等;滑动轴承故障:巴士合金损坏、松脱、壳体间松动与间隙过大。

数控机床设备振动故障也时有发生, 其中主要故障有:

(1) 电气元件原因。编码器及其连接线、电源三相输入、伺服电动机、驱动板、变频器等电气元件是负责速度信号的反馈与调节速度的。在此之中, 编码器的故障最为普遍。其作为闭环系统检测的元件, 直接对各轴电动机速度调整产生影响, 当编码器出现故障致使其反馈的信号不稳定时, 变频器或者驱动部分就会根据其信号不停地对频率和电压进行调整, 以便完成系统给出的指令。而电动机频繁加减速, 导致机床振动。

(2) 共振与振荡。在某特定转速时就可能会出现共振的现象, 当出现共振时, 所采用的方式通常是在加工时避免进入共振范围或是利用阻尼法对共振进行消除。此外机床参数设定不佳, 就会引起系统的振荡, 发生这种情况时, 对系统放大倍数进行减小可有效消除振荡。

2 设备的故障诊断方法设计案例及监测系统

2.1 故障诊断方法设计案例

2.1.1 电测法概述

电测法是经由传感器将待测的振动系数转化成为各类电系数, 并根据需要把电系数通过滤波、微分、积分、放大等转化处理从而得到真实、可靠的电信号, 能够驱动模拟的指示记录仪器实行记录与分析, 同样可经A/D转化处理成为数字信号, 并将其送入单机片以实现多功能的全面智能处理, 以提供更为科学有效的结果。

电测法具备的优点有:根据所使用的传感器的类型不同, 能够对振动振幅、速度与加速度进行分别测量, 能实现连续多点测量与记录, 能实现远距离测量与控制, 同时拥有相当高的灵敏度与精确性。既适用于稳态的测量, 又可以瞬态测量, 测量范围宽广, 基于电测法所设计的仪器功能齐备、体积小。

2.1.2 电测法硬件设计

其整体电路由振动、温度传感器、单片机系统、多路A/D的转换电路、通讯、显示电路、打印机电路与电源电路等组成。

工作原理:振动传感器对机械设备振动的信号进行采样, 通过A/D的转换芯片将采样转化为数字信号, 同时温度传感器对机械设备温度的信号进行采样, 同样通过A/D转为数字信号, 一起送进单片机进行处理, 而后振幅值与温度值就通过显示电路显示出来, 而且可以进行实时储存、打印。

(1) 单片机。单片机使用低功耗、高性能的COMS AT89C52型8位单片机系统。其与MCS-51指令系统和8052引脚相兼容, 单片内FLASH程序的存储器容许在系统内部进行程序改写或是借助常规非易失性的存储器进行编程。此外其全静态操作在0 Hz至24 MHz, 可支持两类节电的运行方式, 即低功耗空闲与掉电的方式。前一种使CPU工作停止, 让RAM、定时计数器、中断系统与串行口保持工作状态;而后一种则使片内的振荡器工作停止, 只有RAM内容被保存, 待硬件复位后, 方恢复其正常运行。单片机的上电复位通过系统的初始化后正常运行, 再经由SPI持续从振动、温度传感器处进行数据读取、数据处理并存入缓冲区、显示器显示, 而后数据通过串口送至上位机或是实时进行打印、存储。

(2) 传感器。振动传感器使用的是PS型B/D位移的振动传感器, 是一种将传感器与变送器结合为一体的新产品, 它由速度传感器、变送器及放大器组成, 尤其适用于在工业现场长期的监测使用, 其量程为0~100μm, 频率响应为10~1 000 Hz, 振幅非线性小于5%, 横向最大灵敏度小于10%。它的特点有便于现场的安装。速度传感器是敏感元件, 直接输出信号4~20 m A, 便于转换器进行采集。而温度传感器则使用半导体集成的AD590, 其形式为二端式恒流源, 只要在它的二端施加一定程度的工作电压, 其输出端电流就会随温度变化, 它的线性度是1μA/K, 意味着温度每有1℃的变化, 对应的输出电流就变化1μA。合格的AD590产品经激光平衡调整, 其校准的精度达到±0.5℃, 处于全温区范围的精度达到±1℃。因AD590是属于电流型传感器, 所以其具备一定的抗干扰能力, 非常适用于计算机实现远距离的温度测量与控制。而远距离的信号传递则可利用普通双绞线完成。此外它的输出电阻大, 并不需要精密电源进行供电, 而长导线的压降通常也不会对测量精度产生影响。在测量中, 温度补偿与专用电路都不需要, 只要通过集成运算的放大器OP07就能完成放大的任务。为对机械设备运行的状态进行监测, 使用数个振动、温度传感器对其不同部位进行测试, 从而达到整体监测效果, 监测数据更为全面、准确与客观。需要注意的是, 振动、温度传感器输出的都是模拟信号, 需要经A/D进行转换后成为数字信号送至单片机。

(3) 其他。使用TLC2543型A/D转换器, MAX7219型显示电路, 电源模块包括5 V数字电路的工作电源, 24 V振动传感器工作电源等, 而后利用滤波与稳压等方法来完成设计。MAX232电平转换的芯片作为通讯模块, 把TTL电平转化成RS232的电平, 从而为上位机串口的通讯提供了硬件上的支持。打印机连接端口则可实现程控实时的数据打印, 便于用户拷贝检测数据。

2.1.3 电测法软件设计

电测法的软件部分利用模块化的程序设计方法, 程序由数据采集、监控程序、数据处理、数据通讯与数据显示及打印模块程序组成: (1) 监控程序。用以实现系统的管理, 同时对显示器与仪器板上的工作指示灯实行管理, 对于可能产生的电路干扰与系统的故障进行及时的处理工作。 (2) 数据采集程序。用以完成仪器数据采集工作控制。按照采样方式的区别, 分别通过内部的定时器或者外部的信号发生硬中断, 然后向CPU发出采样中断的请求, 其中断服务程序将当前通道振动的数据通过检验后, 储存进振动数据的缓冲区域, 与此同时把当前通道温度的数据通过检验后, 储存进温度数据的缓冲区域, 最终把振动、温度缓冲区域的数据送至显示缓冲区域并由显示芯片对数码管进行驱动以显示数据。 (3) 数据处理程序。它把所采集到的振动、温度数据进行处理, 采集完成后, 把振动、温度值分别取其平均数值进行储存、显示、打印等操作。 (4) 上位机通讯程序。它将振动、温度数据的缓冲区域里的数据通过单片机转换而后发送至上位机进一步处理, 与此同时, 上位机能够经由通讯程序对下位机工作进行设定。 (5) 微型打印机程序。它把单片机处理以后的数据存储进扩展数据的存储器进行暂存, 按照程序的设定, 通过微型打印机的端口电路, 将其发至打印机并输出。

2.2 监测系统

对机械设备振动进行监测的系统可分为3类: (1) 简单监测。利用直读式袖珍振动仪表, 监测一定频率范围内的振动级别。然后将监测的结果与相关标准或者机械设备的参考数值进行比较。 (2) 系统监测。利用加速度仪器及数据采集器将每个测试点振动的信号直接记录, 然后输入计算机, 借助专业计算机软件进行分析。 (3) 永久监测。其应优先被用于非常重要的单台机械设备, 如果这台机械设备突然发生变化, 就能立即或在最短时间内发出警报提醒, 这样便于在重大事故发生前采取正确的措施。

3 结语

通过对基于机械振动的设备诊断分析与研究, 能够使机械设备在日常运行使用中保持良好的状态, 减少不必要的故障发生, 提升机械设备生产效率。随着科技的不断发展, 各种新的诊断技术与方法也将逐步被更加广泛地推广与应用, 为我国各行业的发展奠定良好的基础。

参考文献

[1]刘鑫.浅析机械故障诊断与振动监测技术[J].科技信息, 2011 (12)

[2]韩益建.数控机床的振动故障分析[J].制造技术与机床, 2009 (5)

基于振动分析的助燃风机故障诊断 篇8

1. 振动测试方案

(1) 设备概况

电机转速为1 480r/min (24.7Hz) , 风机与电机之间通过联轴器连接。风机端轴承型号22324。

(2) 测试仪及测量参数的选取

信号采集采用型号HY-106B巡检仪, 采用吸铁磁座方式固定在指定测点上。分别对温度及振动进行测试, 振动测量参数包括加速度、速度及位移。

(3) 测点位置的选取

一般情况下, 振动测点的选择必须遵循以下两个原则。 (1) 测点要能充分反映被测对象的工作信息, 应具有信号稳定、信噪比高、对故障敏感等特点。 (2) 测点的选择必须便于传感器的安装和测试, 尽可能不影响机器的运行状态。据此确定了该机组的具体测点位置, 如图1所示。共测试了四个测点的振动, 每个测点均包括水平 (H) 、垂直 (V) 方向的振动位移 (D) 、速度 (V) 、加速度 (A) 测试, 测点3还包括了轴向 (A) 振动速度、位移的测试。

2. 实例分析

2009年7月16日, 在测试过程中发现, 热轧分厂一号加热炉助燃风机1#风机端轴承位振动明显增大, 具体测量参数如表1所示。表中参数Yc表示数值超出了量程;X表示没有进行测试。

(1) 测量值分析

为了确切掌握设备的实际运行状态, 风机的巡检周期为每周一次。通过长时间的监测, 对采集到的数据进行统计分析, 确定了设备运行状态的评估参数 (正常均值、报警值) , 如表2所示。

表2中的测量参数平均值取自30个样本的平均值, 报警值是根据数理统计方法算得的报警上限。

对比表1、2的数据, 明显看出, 表1中的测点3、4的参数值已经超出报警线。且测点3的加速度数值已经超出量程, 溢出。时域测量参数值表征该设备的风机运转处于异常状态, 且此次测量的数据值严重超出报警线, 初步判断故障较严重。

(2) 时域指标分析

时域指标中, 除振动值能直观表征设备运行状态外, 峭度诊断也十分有效。峭度用于诊断滚动轴承的优点在于它不受滚动轴承几何尺寸、转速和载荷的影响, 也不受传感器的影响。测点3的各个测量参数峭度指标如表3所示。

设备运转正常时的峭度指标值为3左右。由表3可见, 上述所列参数的峭度指标较大, 说明测点3的滚动轴承运行状态较差。

(3) 信号分析

通过频谱分析, 能有效确定故障产生部位及原因。测点3中典型测量参数的时域波形、时域指标、频谱图以及主要频谱峰值分别如图2、3、4、5所示。

由图2～5可见, 时域指标的测量值较大, 峭度指标超限。由图2、4、5的频谱可见, 频率成分为10Hz附近的能量最大。经分析知, 该风机的滚动轴承保持架的1倍频特征频率为9.98Hz, 据此判断滚动轴承已严重故障。

(4) 诊断结论与结果验证

在测试过程中, 风机运转的噪声很大。通过各种故障特征判断该风机的驱动端 (测点3) 轴承保持架严重故障, 必须停机检修。7月16日当天检修发现, 风机端轴承已严重损坏, 于是及时对轴承进行了更换。检修前后的典型振动测点趋势图如图6所示。

由图6可看出, 7月16日测试的振动趋势明显增大, 已严重超出报警线。检修后, 振动恢复正常, 为监测其运行状态, 检修后加强对该设备的监测, 直至确认设备运转平稳为止。由检修后的振动测量值 (表4) 可见, 检修后的振动评估参数均处于正常值范围, 该风机运转正常。

3. 结束语

通过对热轧加热炉助燃风机的振动监测和故障诊断, 掌握了风机的实际运行状态, 为设备维修提供了可靠依据, 避免了由于过修造成的浪费和由欠修引发的事故, 节约了大量的人力、物力及检修时间, 实现了设备由事后维修、定期检修到预知维修的转变。

摘要：振动信号的冲击响应通常表征着某种故障特征。结合热轧厂助燃风机的振动故障诊断实践, 介绍振动诊断的基本原理及优势。停机检修结果表明该方法的有效性与可行性。

关键词：振动信号,助燃风机,故障诊断

参考文献

[1]杨志伊, 郑文.设备状态监测与故障诊断[M].北京:中国计划出版社, 2006.

[2]何理瑞.振动诊断在机械设备齿轮故障诊断中的应用[J].煤矿机械, 2009 (5) .

矿井通风机振动故障诊断分析 篇9

据统计, 我国煤炭工业生产中, 因矿井通风设备而发生的事故中, 机械事故占通风机组事故的68.9%, 尽管一部分事故因有备用通风机而未造成严重后果, 但还有一些事故既影响了生产, 又造成了惨重的伤亡。因此对煤矿通风设备进行状态监测与故障诊断是急需研究解决的问题。故障诊断技术在煤矿的推广应用, 不仅可预防突然事故的发生, 保证煤矿的安全生产, 而且可带来明显的经济效益和社会效益。

国外一些国家在20世纪80年代就开始了通风机的故障诊断研究工作, 如德国对离心机叶轮腐蚀损伤进行了预测研究;英国、前苏联利用振动诊断法对风机进行了初期故障诊断;日本研制了风机的故障诊断系统及便携式振动分析仪, 用于推断风机故障的原因。国内对通风机的研究近年来也得到了快速发展, 如冶金行业对烧结风机、脱水风机、冶炼厂尘风机、煤气风机等进行了振动测试和分析;石油化工行业也对鼓风机进行了早期故障的诊断研究。

我国对矿井通风机状态监测和故障诊断技术的研究和应用还远远不够, 通常仅限于对轴承温度进行监测, 而对占通风机故障60%以上的其他故障未能进行有效的监测, 极易造成事故。因此, 对矿井通风机进行状态监测和故障诊断具有十分重要的意义。

矿井主通风机有离心式和轴流式2大类型, 属于典型的旋转机械, 矿井通风机装置的性能直接影响井下巷道风量的大小。风量过大, 会使人员行走困难, 影响听觉;井下湿度较大, 风速过高, 容易导致工人患风湿病症, 使通风系统经济性降低。工作运行中的振动是影响风机安全运行的关键因素之一。煤矿安全规程要求, 矿井主通风机在使用过程中应定期进行振动性能测试, 以保证设备高效、安全、经济的运转。因此, 应用振动参数进行故障诊断, 减少风机事故的发生是十分必要的。

1 风机振动频率特征

(1) 转子不平衡。主要有风机转子系统质量偏心及风机部件出现缺损。

(2) 轴线不对中。由于机器的基础沉降不均, 造成转子轴线产生平行移位、轴线角度移位或综合移位等, 故障的特征频率多为2倍频。

(3) 喘振。当风机在不稳定区工作时, 其流量在瞬间内发生不稳定周期性反复变化的现象。具有出口风压下降摆动、风机声音异常、噪声大、振动大、机壳温度升高等特征。相对来讲轴流式风机更容易发生喘振, 严重的喘振会导致风机叶片疲劳损坏, 对机械危害极大。

(4) 机座松动。因螺栓松动、软脚或过大的间隙, 造成机座松动, 通常表现为多频率的振动。特征频率为2倍频, 伴有1、3、4、5、6倍频甚至更高频。

(5) 轴承损坏。轴承损坏的主要原因是轴承偏心和点蚀引起的相应冲击。其特征频率为1倍频, 伴有超低频和高频。

(6) 油膜涡动。油膜涡动是由滑动轴承油膜力学特性引起的自激振动。特征频率略小于转子转速的1/2, 并随转速的升高而升高, 常伴有1倍频。

(7) 转子与静止件摩擦。由轴挠曲、转子与静止件热膨胀不一致、转子对中不良等原因引起。特征频率为高次、低次及混合谐波, 常伴有1倍频。

(8) 转轴横向裂纹。转子系统由于疲劳而出现横向裂纹, 特征频率为2倍频。

2 故障现象

河南某集团公司所属一煤矿西风井有2台G4-73-11.28D型离心式风机, 各配有1台YR1250-8/1430型电动机, 额定电压6 k V, 功率1 250 k W, 转速730 r/min, 1台工作, 1台备用。其中1台于2010年8月出现电动机噪声增大, 其轴承振幅逐渐增大, 高达60 m, 电动机驱动端轴承振幅轴瓦温度达80℃。为查找设备问题, 消除隐患, 采用TV310型振动数据采集器, 对轴承的振动频谱及相位数据进行收集, 并进行必要的细化分析, 进而查找故障部位及原因。

3 故障分析

从电动机和风机驱动端轴承入手, 分别对其振动进行布点、数据采集、频谱分析, 明确问题的来源, 查找故障原因。

3.1 电动机轴承的频谱分析

分别采集电动机轴承盖的水平、垂直、轴向3个方向运转状态下的数据。得出转速730 r/min, 频率24.83 Hz时电动机驱动端水平方向振动频谱图如图1所示, 电动机非驱动端的轴向振动频谱图如图2所示。由图1可以明显地看出, 电动机驱动端水平方向以1倍频和2倍频分量为主要分量, 多数情况超过1倍频分量, 2倍频下的振幅约为1倍频下振幅的2倍, 3倍频以上工作频率下的振幅较小。从图2可以看出, 电动机非驱动端轴向以1倍频振动为主。通过频谱比较分析, 发现水平1倍频均超标, 并伴有2倍频、3倍频、4倍频等工作频率下的振动, 且2倍频基频谐波较突出, 说明联轴器对中有问题;风机的振动幅值随负荷的增加而升高现象比较明显, 可以推断风机与电动机间齿型联轴器存在对中问题, 角向不对中问题突出。因此, 可判断联轴器对中故障是电动机异常振动的原因。

3.2 时域波形分析

图3是电机转速为730 r/min, 频率为24.82 Hz时电动机驱动端轴承水平方向振动时域波形图。图3中显示原始振动信号的正弦波, 当电机转子每转动1圈时, 电机转子出现2次跳跃, 跳动幅值较大, 由此可进一步推断电机与风机之间的联轴器对中存在严重缺陷。

3.3 联轴器故障分析

载荷的变化会引起轮齿刚性的变化, 从而引起轮齿的振动, 这种振动通常称为啮合振动。在正常情况下, 啮合振动是较近似于简谐振动的小幅值振动, 该振动在频谱图上会出现啮合频率及其各次谐波成分。由于轴系中心扰动较大, 因此, 电动机气隙变化也较大, 其轴承振动信息的时域波形显示出了磁隙中心很不稳定。

图4是转速为730 r/min, 频率为24.82 Hz时测取的电动机驱动端水平方向高频频谱图。图中频率是以齿轮轴的旋转频率为基本频率, 预示齿轮存在齿轮偏心、局部断或裂纹等故障。从电动机驱动端轴承水平方向高频频谱可以判断齿型联轴器存在裂纹。因此, 综合分析表明, 电动机与风机之间的齿型联轴器存在断齿和裂纹, 且联轴器裂纹是引起振动幅值随负荷显著变化的根本原因。

根据分析判断, 决定更换联轴器。拆卸后发现联轴器外部齿套存在1条与轴线成45°角的裂纹, 已贯穿齿套轴向1/3位置, 内齿已断裂多个且多数齿锈蚀。重点作了以下工作:更换齿型联轴器并重新找中心, 联轴器拆除及复装过程中为避免转子弯曲, 联轴器中心应符合规定技术标准 (检查轴瓦磨损情况, 调整轴瓦间隙符合标准) ;调整齿型联轴器的齿顶间隙及侧隙符合要求, 内部齿用油脂充分填充;更换齿型联轴器轴端密封件, 保证油脂密封可靠。

4 结语

(1) 设备故障是随机的, 应当采用概率统计方法分析故障的分布规律。 (2) 复杂系统和复杂的故障可以采用逐步分析的方法, 以找出故障发生的机理, 从而找出故障的发生和发展的过程, 并为设备维修管理和使用的科学性提供依据。 (3) 设备维修已不仅仅只限于对设备故障的修理和平时的一般性保养, 现代的设备维修概念要对产品进行不断的改造和更新, 这才是设备维修的最佳选择。矿井通风机是保证矿井安全生产的核心设备, 振动诊断技术应用到矿井通风机安全运转管理中, 对其可能出现的故障现象进行监测、诊断和分析, 能实现故障预报, 提高故障诊断的准确性, 对保证设备可靠运转、积累维护经验、减少运行成本、延长使用寿命具有十分重要的意义。

参考文献

[1]张翠凤.机电设备诊断与维修技术.北京:机械工业出版社, 2008

[2]冷军发, 等.通风机故障诊断的研究.煤矿机电, 2003 (2)

[3]吴其海.旋转机械滚动轴承强烈振动的动态监测与故障分析.河北化工, 2008 (4)

[4]邓克, 方庆琯, 叶维明, 刘丽萍.矿山机械液压系统的故障及诊断.金属矿山, 2006 (5)

关于汽轮机组振动故障的分析处理 篇10

【关键词】汽轮机；振动故障；故障处理

1、引言

近年来，伴随着国家经济的快速发展，能源环保和资源重复利用问题显得尤为重要，凝汽式汽轮机凭着节约燃料，提高经济性的优势，得到越来越广泛的应用。因此，维护和保养凝汽式汽轮机的安全性已作为维护运行部门最重要的任务。在汽轮机的正常工作过程中，振动故障是随时产生的，如果对振动控制不严格，会造成非常严重的后果。本文对凝汽式汽轮机组进行研究，探讨其在工作过程中产生振动故障的原因，振动故障的危害以及振动故障的处理措施，为以后机组的维护查修工作起到指导作用。

2、振动故障原因及危害

2.1振动故障原因

导致凝汽式汽轮机组振动故障的因素有很多种，主要的因素一般包括设计、制造水平问题，运行过程维护和保养问题，以及安装技术和检修技术问题等，这些因素之间的影响是相互的，本文将从几个最主要的因素进行探讨，具体如下：

（1）首先在汽轮机组设计制造过程中，由于目前技术不够先进，导致零部件加工精度和工艺达不到设计要求，导致生产的汽轮机转子不能满足设计精度，进行高度和低速平稳试验时达不到合格要求，致使转子不平衡，从而在一侧产生离心力，引起汽轮机组振动故障。此外，设计结构中零部件以及汽轮机组配件的选择也非常重要，否则也会引起机组振动故障。

（2）在汽轮机组的安装过程中，其安装工艺的精度对机组振动会产生非常大的影响。首先是轴承的选择，轴承自身的特性，如强度、刚度以及预紧力等，这些都必须在选择和安装过程中符合现场要求；其次是严格保证汽轮机中心的同心度；第三是各个零部件之间的间隙问题，如果零部件间隙过大，容易引起零部件之间的相互碰撞，如果零部件之间的间隙过小，会加剧零部件之间的接触力，产生静碰撞。第四是连接销系统问题。当汽轮机运行时间过长时，各个零部件之间会产生膨胀，连接销系统也不例外。由于时间过长连接销中润滑油缺少，机组的变形就会受到限制，引发汽轮机振动故障，此种故障在机组工作中经常遇见，因此应足够重视其危害性。

（3）既使汽轮机在设计以及安装过程中已经满足了使用要求，如果在汽轮机的运行过程维护和保养中操作不当，同样会引起机组的振动故障。例如前面所说的汽轮机的热膨胀问题，由于人为因素在开机过程中也会出现这种故障。润滑油的油温在轴瓦内会在旋转的过程中形成油膜，油膜的形成会极大影响转子的稳定性，及其容易导致机组的振动。汽轮机排气缸温度的控制不当直接会影响轴承的高度，也会引起发电机组振动故障。

2.2振动故障危害

汽轮机在生产系统中起到心脏的作用，其工作异常直接影响到整个生产系统的正常运转，牵动着人们的生活。所以，对于机组的振动异常更不能小觑，力争做到早发现早解决。然而，在生产过程中，我们很难知晓汽轮机潜在的危害点、危害发生几率和危害程度的大小等，下面我们针对凝汽式汽轮机振动故障危害作详细的阐述。

（1）密封不严。密封不严导致的机组振动异常的故障率占40%以上，主要是振动使低压端部轴封遭到破坏所致。由微小空隙进入低压缸中的空气，使真空度降低；相反，高压端部分较大的漏气量致使转子弯曲，蒸汽渗入润滑油系统，润滑油纯度不足，油质乳化。

（2）汽封破坏。隔板与隔板间采用汽封的方式密封。一旦汽封被破坏，增大的漏汽量加大了各级间的压力差，使转子产生了轴向推力。

（3）滑销系统损坏。当机组发生较大振动时，滑销承受巨大冲击力，机组就会发生不均匀热膨胀，造成过大的挤压力，损坏滑销系统。

（4）耐疲劳强度减弱。转动部分是汽轮机机组的核心机件，振动致使其疲劳强度降低，造成工作不能正常运行。

（5）机组调速系统摆动不稳定。振动不正常造成调速系统的部件磨损严重，迟缓率增加，使调速系统摆动不稳定。

上述几点充分证明：汽轮机的安全经济运行取决于机组能否正常、规律的振动。汽轮机复杂的振动一直成为国内外学者高度关注的问题之一，找出振动的原因，如何精确确定发生振动的部位，采取何种解决方案，发生振动会危及到其它哪些零部件以及危害大小都是当今社会亟待解决的问题。

3、振动故障处理措施

振动问题直接影响汽轮机组的正常工作，其复杂度不容忽视。针对工作现场汽轮机可能产生的振动故障问题，提出了如下应对措施：

首先，刚度检测是重中之重。技术人员对汽轮机数据采集，及时数据处理，并与标准数据进行对照做出判断。掌握工作刚度范围、共振条件和刚度极值点。做到技术人员不离机组，实时监测，防患于未然。

其次，机组带负荷和空载试运行必不可少。为确保汽轮机顺利工作，发生异常振动的几率降低，新安装或检修后的机组应经过带负荷和空载试运行，测试密封、汽封、滑销系统等均达到合格标准，才可以投入生产。

再次，设置智能化监测装置。设计并安装智能化监测装置是汽轮机发生振动异常的有效措施。对正常监测困难点安装各种传感器设施，监测振动情况，及时报告工作异常点。同时，有序地安排技术人员，及时处理发出报警部位机组，杜绝扩大损坏，以免造成事故。

最后，安装振动保护装置。当智能化监测装置监测出异常振动点后，会发出报警信号，通过自动控制装置命令振动保护装置自动切断电路，关闭主汽门，紧急停机。于此同时，技术人员采取拯救办法，保护机组设备安全。

凝汽式汽轮机支撑国家能源环保事业的快速发展，随着机组容量的增大，汽轮机安全、稳定运行显得更加重要。对不可避免的振动问题应采取有效地解决措施，以免造成重大的安全事故。同时对汽轮机设置智能化监测、保护装置必不可少。

4、结语

汽轮机振动会对整个系统产生非常不利的影响，能够带来极大的不安全隐患，对人们正常的生产生活带了极大的不便。因此，在以后的汽轮机运行使用和维护过程中，我们要严格进行检查，避免产生振动故障。在汽轮机组的设计、制造，运行维护和保养，以及安装和检修过程中，各个方面都做到精益求精，实时监测，及时发现振动问题并解决问题，确保机组的正常运行使用，为国家的经济发展起到带动作用。

参考文献

[1]谷俊杰，丁常富.汽轮机控制、监视和保护[M].北京：中国电力出版社，2002：162.

[2]刘峻华，黄树红，陆继东.汽轮机故障诊断技术的发展与展望[J].汽轮机技术，2004，（05）.

[3]江玉林.汽轮机设备运行及事故处理[M].北京：化学工业出版社，2005：282

[4]高日亮.浅谈汽轮发电机组的振动与平衡[J]. 山西焦煤科技， 2008，（11）.

层次分类振动故障诊断方法及应用 篇11

宝钢CDQ区域的3台余热汽轮发电机组, 承担对厂区中低压蒸汽管网的压力调节, 并且可利用余热蒸汽进行发电, 有效缓解厂区倒供电的压力。确保余热汽轮机组的稳定安全运行至关重要, 根据统计, 机组投运至今所发生的故障中由振动故障引起的停机占较大比例, 而振动故障原因查找和处理往往耗费较长的时间和较高的检修费用, 长时间的停机造成了巨大的经济损失。目前用于汽轮机振动故障分析诊断的方法主要有故障树分析方法、神经网络诊断方法、模糊诊断方法、层次分类诊断方法等, 这些方法都是提取振动信号的特征值作为故障分析和判断的基本依据, 并以此建立各自的故障诊断模型。

二、余热汽轮发电机组振动故障层次分类诊断

1. 层次分类诊断原理和模型

分类任务是一项非常广泛的信息处理任务, 它所解决的问题是将某一具体事例映射到某一标准范畴。因此分类任务涉及到一个输入, 一个输出, 以及输入与输出的一个映射机制。

分类过程包括两个基本步骤, 即数据抽象和模式匹配。数据抽象是为了得到分类对象的基本特征, 也就是提出能够反映分类对象特征的征兆来, 这类征兆同其他分类信息一起构成分类对象的初始证据。模式匹配则是用初始证据去和标准模式比较, 最后将分类对象归到和它相一致或最接近的那个标准模式中。层次分类诊断模型的一般结构如图1所示。

2. 余热机组故障层次分类建立

由于余热汽轮机组结构比较清晰, 可采用层次分类 (图2) , 根据故障类型进行可疑故障排查。

3. 轴系故障各概念结点知识单元建立

根据知识单元的标准模式建立余热机组轴系振动故障的各层次概念结点知识单元, 以不平衡故障为例。

结点名:不平衡

父节点名:轴系故障

子结点名:质量不平衡、热不平衡

初始证据源:

被测信号1:振动位移量

测取部位:轴系两端轴颈

分析方法:FFT频谱分析

所获取的初始证据:各频率的振动幅值、相位以及轴心轨迹

被测信号2:振动幅值变化量

测取部位:轴系两端轴颈

测量方法:每隔20min记录各轴承的振动幅值, 直至并网

分析方法:绘制振动随时间的趋势变化图

所获取的初始证据:振动幅值与时间的变化关系证据模式:

证据1:一倍频分量增大, 其他频率成分较少, 权重值e=0.5

证据2:轴心轨迹为一长短轴相差不大的椭圆, 权重值e=0.2

证据3:转速不变时, 相位稳定, 权重值e=0.1

索引知识:如果1倍频分量不随时间变化, 则可能是质量不平衡;如果1倍频分量随时间变化, 则可能是热不平衡

工况参数:各轴承的1倍频振动幅值 (正常时小于报警值) , 各轴承振动幅值变化记录

照此模式相应建立不对中、动静碰摩、轴弯曲等概念结点的知识单元。

4. 建立余热汽轮机组振动故障诊断规则库表 (表1)

规则库的整理是为了梳理故障排查的思路, 方便现场管理和检修人员根据现有的信息进行故障查找。该规则库以故障的特征频率及轴心轨迹为第一判断依据, 对振动故障进行初步的梳理排查, 再以相位变化及各类振动试验和热力参数为第二判断依据 (相位观察需要贴光标值, 增设相位检测装置) , 从而一步步接近故障的原因。规则库可根据每次发生故障时各类振动特征值的变化进行动态修改和补充。

5. 余热机组故障确认表 (表2) 及故障处理表 (表3)

根据余热机组的结构特点, 对于可疑的故障结点分别整理出相应的故障确认表和故障处理表。

三、层次分类诊断应用实践

1. 故障现象

2010年8月, 在一次对2号机组各轴承座进行定期振动检测时, 发现1#轴承座 (自由端) 垂直振动增大, 主要表现为左右两侧垂直振动值相差较大, 从机头看左侧振动达8.99mm/s, 右侧振动为4.5mm/s, 频谱主要为主频50Hz及其倍频。参考1#轴承座之前几个月的检测报告, 发现垂直方向的振动速度值已有上升趋势, 同时1#轴承的瓦振也呈相应上升趋势, 至8月时已达70μm左右, 接近机组振动报警值75μm。

2. 故障分析诊断

从频谱图看, 垂直方向的频谱以1倍频为主, 幅值较高;水平方向的频谱以1倍频和2倍频为主, 幅值较低。

在层次分类诊断方法的规则库中, 对于轴承座的振动异常特征描述为:松动振动的方向性明显, 且松动方向振动大。而频谱图中可以看到垂直方向的振动速度值已明显高于水平振动值, 根据以往数据分析, 一般轴承座在垂直方向的振动速度值要小于水平方向。由此可以初步判断为轴承座在垂直方向上出现了松动。

3. 故障确认和处理

查看故障查找表中轴承座松动所对应的故障查找点, 应重点检查轴承座的支撑钢碗。根据1号轴承座的支撑结构特点, 初步怀疑4个水平支撑钢碗已有部分错位, 即失去了自调心功能, 使得某个垂直方向失去了约束, 因此不同位置上的垂直方向振动速度值不一致。对此在当年12月对机组进行了停机检查, 重点对1#轴承座进行了检查, 首先复测了轴承座的水平, 发现水平已超标。其次对4个支撑钢碗做了检查, 发现钢碗圆弧面已磨损严重失去了自调节的功能。第三底部导向销中1个钢碗已脱落, 且导向销表面因为偏载而有较深的压痕。以上发现也印证了1#轴承座及轴承运行中振动大及因为水平偏差导致推力瓦各瓦温度不均的现象。

分别更换了新的钢碗, 重新调整了轴承座的水平以及推力瓦的接触面, 在2011年1月机组重新开机以后, 观察1#轴承的振动值较之前有了明显的下降, 从原先的70μm左右降值40μm左右。且推力瓦各测点温度也分布均匀, 消除了之前单个瓦面温度高的现象。重新测定轴承座的振动速度值较之前已有明显的改善。

四、结束语

层次分类诊断方法在余热汽轮机组的振动故障诊断中应用效果良好, 为现场快速有效地查找和处理故障提供了支持, 同时该规则库所具有的可修改和补充的属性, 为今后的持续改进提供了坚实的基础。

参考文献

[1]史铁林等.层次分类诊断模型.华中理工大学学报, 1993, 21 (1)

[2]施维新.汽轮发电机组振动与维修.北京:中国电力出版社, 1998