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振動監(jiān)測在轉動設備維護中的應用分析

文檔作者：錢俊峰張金箭雷普瑾文檔來源：長慶油田公司		點擊數：	更新時間： 2021年02月27日
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2014 年3 月
振動監(jiān)測在轉動設備維護中的應用分析
錢俊峰張金箭雷普瑾（長慶油田公司第二采氣廠陜西榆林719000）
摘要：狀態(tài)檢測是檢驗設備運轉情況的基本方法，而振動檢
測是檢測轉動設備最基本的狀態(tài)檢測之一。長北天然氣處理廠
部分轉動設備有振動過大的現象：導熱油循環(huán)泵P0301A 泵本體
振動過大，污水回注泵P4004C 入口管線共振嚴重。為了保障關
鍵設備的安全平穩(wěn)運行，我們使用雙通道振動采集儀進行數據采
集，通過分析頻譜圖找出振動的根本原因，并采取相應的措施解
決了以上問題。
關鍵詞：狀態(tài)檢測；振動；轉動設備
一、概況
轉動設備在運轉過程中，機械本身的旋轉運動和機械部件之
間的往復運動都會產生機械振動，超過允許范圍的機械振動的危
害都是比較大的，導致機械振動的主要原因是反復力、松動和共
振，而其中反復力的危害是最大的。長北天然氣處理廠共有轉動
設備100余臺，其中導熱油循環(huán)泵P0301A（離心泵）的本體有較
長時間的過大振動，污水回注泵P4004C（往復式泵）進口管線振
動較大。根據振動情況對這些設備進行分析，并采取相應的解決
措施。
二、振動監(jiān)測簡介
1.振動簡介
振動是指物體或質點在其平衡位置附近所作的往復運動，振
動值一般通過位移、速度、加速度來表示。
振動位移：x(t)=Asinωt ，單位：mm，μm；
振動速度：dx/ dt=ωAsin(ωt+π/ 2) ，單位：mm/ s；
振動加速度：d2x/ dt2=ω2Asin(ωt+π) ，單位：mm/ s2。
2.常見典型振動
機械振動的直接原因一般有如下幾種：轉子的不平衡，對中
不好，基礎松動，軸承故障等原因。
3.振動故障分析診斷的任務
振動頻譜圖：復雜振動可以分解為許多不同頻率和不同振幅
的諧振，這些諧振的幅值按頻率排列的圖形。
振動故障分析的任務就是通過讀譜圖，把頻譜上的每個頻譜
分量與監(jiān)測的機器的零部件對照聯系，給每條頻譜以物理解釋，
從而由此分析出設備的狀態(tài)，并由此給出設備最好的保養(yǎng)運行方
案。
4.振動故障分析儀器
我們在日常工作中，是通過簡單的測振儀來進行振動數據的
錄取，該設備只能簡單錄取振動值，不能夠導出頻譜等數據，對分
析故障原因有一定難度。
振動監(jiān)測需要能夠采集各類數據，導出故障頻譜圖，讓我們
便于通過頻譜圖來進行分析，所以我們采用了雙通道振動采集
器。
5. 設備振動區(qū)域分類
根據ISO10816- 1，通用設備分為以下四類：
I 類——發(fā)動機和機器的單獨部件（典型為15KW以下的電
機）；
II 類——無專用基礎的中型機器(15- 75KW)；專用剛性基礎
上300KW以下中型機器；
III 類——剛性基礎上的大型機器；
IV 類——柔性基礎上的大型機器；
相應的振動烈度等級為:
以上的A、B、C、D區(qū)域分別代表：
區(qū)域A : 新交付的機器的振動通常屬于該區(qū)域。
區(qū)域B : 機器振動處在該區(qū)域通?？砷L期運行。
區(qū)域C : 機器振動處在該區(qū)域一般不適宜作長時間連續(xù)
運行，通常機器可在此狀態(tài)下運行有限時間，直到有采取補救
措施的合適時機為止。
區(qū)域D : 機器振動處在該區(qū)域其振動烈度足以導致機器損
壞。
三、現場設備振動分析及故障診斷
我們通過對該天然氣處理廠現場2類典型設備進行分析，并
給出合理的故障解決方案。
1.導熱油循環(huán)泵P0301A-離心泵
（1）歷史振動
P0301A 熱油泵功率為75KW，轉速為2975RPM；歷史振動
一直較大，并曾經對整個基礎進行了扎筋加固，該泵的振動略降
低，但幅度不大；隨后更換了備用泵的電機、泵殼和泵軸，振動值
均沒有發(fā)生明顯變化。
（2）振動分析
下圖為各測試位置的振動采集數值清單：
圖1 實際測得振動值現場分布圖
下面為各測點的振動頻譜圖：
圖2電機非驅動端垂直方向圖3 電機驅動端軸向方向
圖4泵端滾動軸承處水平方向圖5 泵端滑動軸承處
從以上振動總值及頻譜圖可以看出：
此泵的振動總值最大在泵端滾動軸承位水平方向，達到了
12. 15mm/ s, 屬于ISO10816界定的“D級區(qū)域，振動過大足以損
壞設備”。
此泵的頻譜圖幾乎都是1倍轉速頻率，沒有其它的故障頻
率，從這可以判斷此泵沒有其它機械磨損，以及電機軸承、電機轉
子條，泵端軸承都沒有損傷。
設備管理
振動速度均方根值(mm/ s)
0. 28
0. 45
0. 71
1. 12
1. 8
2. 8
4. 5
7. 1
11. 2
18
28
45
⑹類
A
B
C
D
⑹類
A
B
C
D
⑹類
A
B
C
D
⑹類
A
B
C
D
表1 通用設備振動區(qū)域分類
105
2014 年3 月
表2 故障分析
序號
1
2
頻譜特征分析
電機尾端垂直方向
振動大于水平方向
1X 轉速占主導，泵
端靠聯軸器位水平
H/ 軸向V 相位差
約90度
可能故障原因
電機下底板有輕微
變形并且由于底
板跨度大造成剛
性不足
聯軸器動不平衡
已采取的措施
在檢查中，發(fā)現底
板與基礎有明顯的
相位差，振幅也相
差較大；
此聯軸器已使用約
5- 6年，拆開檢查
時發(fā)現橡膠塊有明
顯老化現象，聯軸
器外觀有敲擊細微
小坑2處。
故障概
率
次主要
原因
主要原
因
（3）維修措施
基礎加固；
聯軸器做動平衡。
（4）維修后效果分析
以上措施完成后泵運行相關數據如下：
表3 振動分析診斷前后數據對比表
序號
1 H 水平
1 V 垂直
1 A 軸向
2 H
2 V
2 A
3 H
3 V
4 H
4 V
采集位置
電機非驅動
端（尾端）
電機驅動端
（聯軸器端）
泵滾動軸承
處（靠聯軸
器處）
滑動軸承處
（靠葉輪側）
初始振動值
mm/ s
3. 83
5. 54
0. 92
2. 2
1. 6
4. 16
12. 15
10. 65
4. 83
6. 18
動平衡后
振動值
mm/ s
4. 4
5. 2
2. 3
1. 8
3. 2
3. 9
5. 87
5. 1
2. 1
2. 2
基礎加固后
振動值
mm/ s
4. 2
4. 4
2. 2
1. 8
2. 9
3. 7
4. 9
3. 2
2. 1
2. 3
最終等級
B級（機
器振動處
在該區(qū)域
通常可長
期運行）
由以上數據可知，聯軸器做了動平衡之后，振動明顯減小，減
小范圍在50%以上；基礎加固之后，振動也有相應的減小，減小范
圍在20%左右。
2.污水回注泵P4004C-往復泵
（1）歷史振動
P4004C 回注污水三柱塞泵功率為55KW，電機轉速為
1480RPM，電機頻率為24. 6Hz, 柱塞泵的轉速為164 r/ min;
此泵安裝后進口管道振動很大，后加了2處支撐后，振動有了一
定的下降，但是仍屬于振動過大狀態(tài)。
（2）振動分析
該泵進口管線振動值最大處已達35mm/ s，已遠遠超出了可
接受范圍。
首先，由于此泵的主要振動來自于進口管道，因此對進口管
道各處進行了共振敲擊測試，各測試點振動頻率如下圖所示。
圖6 P4004C進口管線共振分布圖
其次，從該泵進口管線共振分布圖可知，進口管線的多個位
置共振頻率非常接近于電機的轉速頻率，產生了共振。由于共振
頻率接近電機轉速頻率，對電機的振動頻譜測試和振動值如下所
示：
圖7 電機非驅動端水平方向圖8 電機驅動端垂直方向
表4 P4004C電機端振動值
序號
1 H 水平
1 V 垂直
1 A 軸向
2 H
2 V
2 A
采集位置
電機非驅動端
電機驅動端
振動總值mm/ s RMS
3. 0
2. 5
1. 8
3. 2
5. 17
4. 02
由上可知，P4004C泵本體的最大振動來自于電機驅動端垂
直方向，最大振動值為從頻譜圖看出以1XRPM 為主，其它頻率
均較低；通過檢測基礎及底座鋼板與電機的相位差，可以確定此
電機底板的剛性不良。且由此導致的偏大振動導致了管線共振
大加大。
（3）維修措施
根據圖示，需在圖中4處共振明顯點增加固定支撐，同時為
了避免多臺泵同時開動時的振動互相疊加放大，建議在每個泵的
進口處加裝彈性軟接；并且需將P4004C泵的電機的底板做支撐
進行加固。
（4）維修后效果分析
通過在上圖所示4處共振明顯點增加固定支撐，并對電機底
板進行加固后，該泵進口管線的最大振動值已由35mm/ s降低至
5mm/ s，已屬于可以安全使用的范圍。
結論
由上分析可知，以上三類設備：離心泵、往復式柱塞泵、螺桿
壓縮機均通過振動分析解決了歷史故障。導熱油循環(huán)泵P0301A
過大振動的主要原因是由于聯軸器的動不平衡和基礎的不穩(wěn)定，
通過做動平衡和基礎的加固，將振動值降至良好范圍內；回注泵
P4004C入口管線振動過大的主要原因是電機頻率與管線共振頻
率一致，通過對電機基礎加固和管線共振嚴重點進行加固，有效
地降低了有害共振。
普通測振儀雖然可以測出振動的大小，但是并不能準確地分
析出產生振動的根本原因，由此將會導致頻繁的拆修，且不能從
根本上解決振動故障；而通過運用雙通道振動采集器，準確讀取
振動頻譜圖，不僅能夠有效的讀出振動值和位置，并能夠準確發(fā)
現振動方向和振動根本原因，并有效徹底的解決了故障。
參考文獻：
［1］姜云峰等.撓性轉子機械平衡的方法和準則.北京.國家質
量技術監(jiān)督局.1999年11月. ［2］李錄平等.從振動頻譜中提取旋轉機械故障特征的方法. 武漢.汽輪機技術.1998年2月. ［3］黨捷等.振動分析技術在軸承故障檢測中的應用北京.中
國設備工程.2012年4月. 作者簡介：錢俊峰（1986-）男，漢，江蘇東臺人，機械助理工
程師，主要從事天然氣生產運行和設備管理工作。
張金箭（1984-）男，漢，山東聊城人，采氣工藝助理工程師，
主要從事天然氣生產運行工作。
雷普瑾（1984-）男，漢，甘肅慶陽人，機械工程師，主要從事
設備管理工作。
設備管理
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