韩国良

（大庆炼化公司电仪运行中心，黑龙江大庆 163000）

0 引言

在化工生产中由机械振动引起的设备损坏率很高，设备损坏的严重程度又与振动的大小有直接关系。而振动信号中又包含着丰富的设备状态信息，通过振动采集设备可以采集到设备振动的时域波形，再通过傅里叶变换转换成频域谱图，通过频域谱图就可以发现一些设备运行的特征频率，不同的特征频率往往对应着一定的故障类别。

1 转动设备振动频谱分析案例

1.1 不平衡

转子不平衡是指转子受材料质量、加工、装配以及运行中多种因素的影响，其质量中心和旋转中心线之间存在一定量的偏心距，使得转子在工作时形成周期性的离心力干扰，在轴承上产生动载荷，从而引起机器振动的现象。在旋转机械故障中最常见。

当发生不平衡振动时，其故障特征主要表现为如下两个方面：

（1）主要引起转子或轴承径向振动，径向频谱中转速频率成分占主导。

（2）时域上的波形是个正弦波。

案例1：某动力厂动力车间锅炉引风机FL105A，电机工作转速为980 r/min，风机结构为悬臂风机。检修期间对锅炉设备改造，运行一个月后，监测人员发现风机轴承箱水平方向振值逐渐升高，最大振动值为4.6 mm/s，频谱结构以转速频率16.25 Hz 为主，无其他频率，时域波形近似正弦波，风机轴承箱水平方向频谱（图1）。

分析诊断过程：在与技术人员交流中了解到该锅炉为了节能环保进行改造，由原瓦斯气体改为渣油作为燃料，因此烟气中含有大量的烟灰粉尘。结合设备工况与频谱分析，风机的振动趋势与渐变不平衡的特征相似，振动值大的点在水平方向且以转频为主，怀疑风机转子动平衡精度下降，可能有烟灰结聚在叶轮上。设备解体检修时发现叶轮积灰严重，转子清灰后，对转子重新做动平衡，振动值回到合格范围内。

1.2 不对中

图1 风机轴承箱水平方向频谱

转子不对中有两种情况：一种是轴承不对中，另一种是轴系不对中。轴承不对中主要是指轴颈在轴承中发生偏斜，轴颈与轴承孔轴线相互不平行。轴系不对中是指转子联接后各转子的轴线不在同一条直线上。

转子不对中的主要特征为以下两方面：

（1）轴承不对中最大振动会出现在不对中的轴承上，轴系不对中最大振动通常会出现在不对中联轴器两侧的轴承上，振动值随转子负荷的增大而增高。

（2）不对中的频谱中主要是2 倍转速频率成分突出，同时也存在转速频率和多倍频的振动成分。

案例2：某动力车间锅炉给水泵P106 电机，电机自由侧轴向振动上升明显，振值为5.0 mm/s。电机额定转速为2980 r/min，机泵各点振动值较小，电机自由侧振动水平3.6 mm/s、垂直1.5 mm/s、轴向5.0 mm/s，电机联轴器侧振动合格，电机自由侧3 个方向频谱（图2）。

结合振动特征与频谱分析：频谱结构与不对中的故障特征相符，但振动能量大的点在电机自由侧而不是发生在联轴器侧，可以排除联轴器不对中的情况，所以轴承不对中的可能性较大，可能原因是电机自由侧轴承定位有偏差，轴承压盖预紧力不足。电机解体检修时发现电机自由侧轴承压盖松动，重新紧固后振动下降到合格区域内。

1.3 基础刚性不足

机器的底板刚性不足是出现转子轴承系统不稳定振动的常见故障原因。一些振动专家认为，旋转设备的振动原因大约有20%是由于采用了刚度不足的支撑结构或是基础松动引起的。因此，从机器轴承座上或壳体上测得的振动信号进行振动源判别时，不能仅仅局限于对转子的平衡问题、对中问题或是轴承的结构问题进行分析，还应把视野扩大到机器的其他部件上，尤其需要考虑的是底板的刚度，机器与地板的连接刚度，基础的刚度等部分。在实际监测中，一般需要进行基础底板的振动监测，比较底板四周垂直方向的振动大小与偏差情况，以此来判断底板的支撑是否满足要求。

图2 电机自由侧3 个方向频谱

图3 电机联轴器侧3 个方向频谱

案例3：某炼油厂增压机，电机检修后，电机整体振动值较高且振动值有波动，电机自由侧振动水平3.1 mm/s、垂直4.6 mm/s、轴向3 mm/s；电机联轴器侧振动水平4.4 mm/s、垂直4.2 mm/s、轴向1.6 mm/s，频谱结构主要以转速频率的1 倍频、2倍频为主。电机4 个地脚振值较高，自由侧左右两端分别为3.6 mm/s、5.3 mm/s；联轴器侧左右两端2.0 mm/s、3.2 mm/s，电机联轴器侧3 个方向频谱（见图3）。

结合振动特征与频谱分析：首先考虑电机检修后，出现故障的可能性较小，所以排除电机不平衡的故障，频谱结构与不对中的故障相似，进一步监测发现电机底板四周振动偏差较大，所以振动频谱中的一、二倍频应该是基础的刚性不足放大了不平衡和不对中的故障。这时不能简单地分析为不平衡和不对中的故障，要结合设备的现场工况情况综合分析。在检修时应先检查螺栓紧固情况，若紧固完好，就需要考虑加强基础刚性。本次基础加固方法是在电机的基础底板上焊接金属角钢加固支撑，机组重新安装后试运行振动下降在合格范围内。经过频谱与现场工况分析采用加固基础的方法成功解决了机组振动的问题并且避免了一次设备的拆解，节省了检修时间。

2 结语

以上三类是机泵等转动设备中较常见的振动故障，通过频谱分析基本上可将这些故障诊断出来。但频谱分析并不是万能的，它只是振动分析的一种方法，在实际故障诊断中，不仅需要结合工艺条件、设备结构还需要结合其他的监测手段，如噪声监测、润滑油铁谱分析、轴心轨迹等分析方法综合分析，才能更全面地分析故障原因，只有这样才能提高故障诊断的准确性以及提出合理的操作和维修建议。