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旋转机械同频振动故障诊断

发布者::admin   发布时间: :2010-03-11 23:47 浏览次数: :

同频振动占主导的振动是旋转机械故障中最常见的现象之一。绝大多数同频振动是由转子动不平衡所致,而动不平衡的因素有许多,例如固体物料沉积或冲刷、叶片飞离、叶轮中夹带异物、轴弯曲等。除此之外,能够引起同频振动的还有对中不良、轴承偏心、机壳变形及支承系统或基础共振等。基于上述原因,当出现同频振动占主导时,不要盲目地拆卸转子去做动平衡校验,而要综合机器实际情况进行分析,判定其真正的振源。
    1.叶轮中夹带异物
    抚顺石化公司石油三厂催化气压机组,压缩机径向轴振动1995年8月开始逐渐升高,10月9日,压缩机一侧轴振动值达到120Nin;11月振动达到125μm超过二级报警限。通过现场采集振动信号,发现压缩机的轴振动主要以工频为主,附有少量的二倍频,转子两端轴心轨迹呈狭长的椭圆形。这些振动特征显示压缩机转子存在动不平衡。当时我们建议只要压缩机的轴承润滑油温度保持稳定,转速不再提高,压缩机尚可维持运行三个月。
    根据诊断意见,机组维持运行至1996年3月。在三个多月的运行中,除压缩机的振动有所升高外,机组其它运行参数都比较平稳。虽然压缩机的振动平缓上升,但没有发生故障。机器拆开时,也没有发现任何损坏。在给转子进行动平衡校验时,多次校验都未达到理想要求,最后,发现转子动叶中夹有一个石块。
    2.轴弯曲
    轴弯曲产生与质量偏心类似的激振力,频谱以工频为主,轴心轨迹近似圆或椭圆,振幅随转速的增加而增大,此外轴弯曲的转子轴向两侧的振动相位相反,幅值较大。当弯曲量较小时,转子可以通过动平衡的方法校正。
    抚顺石化公司石油二厂一台转速为8100r/min的气压机组白于压缩机轴弯曲振动逐渐升高,压缩机的工频振幅明显增加(图1)。经过动平衡校验后,同频振动幅值又恢复到正常水平(图2)。
                             
                                                 图1                                                  图2 
    3.转子内壁吸附液体
    高速离心机转子或其它空心高速转子在内壁的局部吸附油或水汽等冷凝后的液体,当转轴旋转时,这种液体会使转子失稳。如图3,当转轴高速转动时,液体沿00′的方向甩向转子内壁。但此液体并不是停留在00′的延长线上,而是因粘性被带至沿长线一侧,其重心位于与00′夹角为Ψ的直线上。将液体的离心力Fs分解为Ft和Fn两个分力,因Ft与O0′垂直,故使转子发生失稳而产生振动,其产生的频率一般为转速频率。
    抚顺石化公司石油二厂电站汽轮机发电机组因汽轮机空心转子进油造成振动偏高,多次启动未能成功。当时曾围绕振动超高这一问题,在现场分别对轴瓦间隙、动静叶间隙,20级叶轮的垂直度、轴的弯曲度、地脚螺栓等方面进行了检查处理,但振动未能消除。用便携式测振仪对壳体测试的频谱显示,各点振动以同频振动为主,很小的2倍频。因为由于机组刚刚检修结束,加之重点排查轴弯曲、轴瓦间隙等,最后把问题集中在空心转子上。经检查空心转子进油,清除油垢后,整个机组终于启动并运行正常。


  图3  空心转子内壁吸附液体受力分析

    4.壳体或基础变形
    由于过大的管道力、热冲击、结构设计不合理、材料选用不当或焊接不好等,机器在工作过程中应力释放造成机壳变形。当基础结构设计不合理,或其它原因造成基础沉降不均匀等,在管道力的作用下将引起机器安装位置变形。当壳体或基础变形时,破坏转子的回转中心或轴承及定子的几何中心,导致转子径向产生同频振动。
    抚顺石化公司石油二厂循环水场一台风机由功率为160kW、转速为1485r/min的电机驱动,运行过程中振动异常。电机各测点振动值如图4所示,振动频率以工频为主,并测得水平和垂直方向振动相位差约140°。若电机转子存在动不平衡,电机水平与垂直方向的振动相位差应为90°左右,电机存在动不平衡的可能性很小。分析认为,由于轴向振动较大,电机与风机存在不对中,再者电机四个地脚振动有一侧振动偏高,在排除其螺栓存在松动的可能后,认为电机地脚刚性不足。经加固基础工业后,机组运行恢复正常。
 


图4   电机测点分布及振动幅值
 

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