振动监测在转动设备维护中的应用分析

2023-01-25

一、概况

转动设备在运转过程中, 机械本身的旋转运动和机械部件之间的往复运动都会产生机械振动, 超过允许范围的机械振动的危害都是比较大的, 导致机械振动的主要原因是反复力、松动和共振, 而其中反复力的危害是最大的。长北天然气处理厂共有转动设备100余台, 其中导热油循环泵P0301A (离心泵) 的本体有较长时间的过大振动, 污水回注泵P4004C (往复式泵) 进口管线振动较大。根据振动情况对这些设备进行分析, 并采取相应的解决措施。

二、振动监测简介

1. 振动简介

振动是指物体或质点在其平衡位置附近所作的往复运动, 振动值一般通过位移、速度、加速度来表示。

振动位移:x (t) =Asinωt, 单位:mm, μm;

振动速度:dx/dt=ωAsin (ωt+π/2) , 单位:mm/s;

振动加速度:d2x/dt2=ω2Asin (ωt+π) , 单位:mm/s2。

2. 常见典型振动

机械振动的直接原因一般有如下几种:转子的不平衡, 对中不好, 基础松动, 轴承故障等原因。

3. 振动故障分析诊断的任务

振动频谱图:复杂振动可以分解为许多不同频率和不同振幅的谐振, 这些谐振的幅值按频率排列的图形。

振动故障分析的任务就是通过读谱图, 把频谱上的每个频谱分量与监测的机器的零部件对照联系, 给每条频谱以物理解释, 从而由此分析出设备的状态, 并由此给出设备最好的保养运行方案。

4. 振动故障分析仪器

我们在日常工作中, 是通过简单的测振仪来进行振动数据的录取, 该设备只能简单录取振动值, 不能够导出频谱等数据, 对分析故障原因有一定难度。

振动监测需要能够采集各类数据, 导出故障频谱图, 让我们便于通过频谱图来进行分析, 所以我们采用了双通道振动采集器。

5. 设备振动区域分类

根据ISO10816-1, 通用设备分为以下四类:

I类——发动机和机器的单独部件 (典型为15KW以下的电机) ;

II类——无专用基础的中型机器 (15-75KW) ;专用刚性基础上300KW以下中型机器;

III类——刚性基础上的大型机器;

IV类——柔性基础上的大型机器;

相应的振动烈度等级为:

以上的A、B、C、D区域分别代表:

区域A:新交付的机器的振动通常属于该区域。

区域B:机器振动处在该区域通常可长期运行。

区域C:机器振动处在该区域一般不适宜作长时间连续运行, 通常机器可在此状态下运行有限时间, 直到有采取补救措施的合适时机为止。

区域D:机器振动处在该区域其振动烈度足以导致机器损坏。

三、现场设备振动分析及故障诊断

我们通过对该天然气处理厂现场2类典型设备进行分析, 并给出合理的故障解决方案。

1. 导热油循环泵P0301A-离心泵

(1) 历史振动

P0301A热油泵功率为75KW, 转速为2975RPM;历史振动一直较大, 并曾经对整个基础进行了扎筋加固, 该泵的振动略降低, 但幅度不大;随后更换了备用泵的电机、泵壳和泵轴, 振动值均没有发生明显变化。

(2) 振动分析

下图为各测试位置的振动采集数值清单:

下面为各测点的振动频谱图:

从以上振动总值及频谱图可以看出:

此泵的振动总值最大在泵端滚动轴承位水平方向, 达到了12.15mm/s, 属于ISO10816界定的“D级区域, 振动过大足以损坏设备”。

此泵的频谱图几乎都是1倍转速频率, 没有其它的故障频率, 从这可以判断此泵没有其它机械磨损, 以及电机轴承、电机转子条, 泵端轴承都没有损伤。

(3) 维修措施

基础加固;

联轴器做动平衡。

(4) 维修后效果分析

以上措施完成后泵运行相关数据如下:

由以上数据可知, 联轴器做了动平衡之后, 振动明显减小, 减小范围在50%以上;基础加固之后, 振动也有相应的减小, 减小范围在20%左右。

2. 污水回注泵P4004C-往复泵

(1) 历史振动

P4004C回注污水三柱塞泵功率为55KW, 电机转速为1480RPM, 电机频率为24.6Hz, 柱塞泵的转速为164 r/min;此泵安装后进口管道振动很大, 后加了2处支撑后, 振动有了一定的下降, 但是仍属于振动过大状态。

(2) 振动分析

该泵进口管线振动值最大处已达35mm/s, 已远远超出了可接受范围。

首先, 由于此泵的主要振动来自于进口管道, 因此对进口管道各处进行了共振敲击测试, 各测试点振动频率如下图所示。

其次, 从该泵进口管线共振分布图可知, 进口管线的多个位置共振频率非常接近于电机的转速频率, 产生了共振。由于共振频率接近电机转速频率, 对电机的振动频谱测试和振动值如下所示:

由上可知, P4004C泵本体的最大振动来自于电机驱动端垂直方向, 最大振动值为从频谱图看出以1XRPM为主, 其它频率均较低;通过检测基础及底座钢板与电机的相位差, 可以确定此电机底板的刚性不良。且由此导致的偏大振动导致了管线共振大加大。

(3) 维修措施

根据图示, 需在图中4处共振明显点增加固定支撑, 同时为了避免多台泵同时开动时的振动互相叠加放大, 建议在每个泵的进口处加装弹性软接;并且需将P4004C泵的电机的底板做支撑进行加固。

(4) 维修后效果分析

通过在上图所示4处共振明显点增加固定支撑, 并对电机底板进行加固后, 该泵进口管线的最大振动值已由35mm/s降低至5mm/s, 已属于可以安全使用的范围。结论

由上分析可知, 以上三类设备:离心泵、往复式柱塞泵、螺杆压缩机均通过振动分析解决了历史故障。导热油循环泵P0301A过大振动的主要原因是由于联轴器的动不平衡和基础的不稳定, 通过做动平衡和基础的加固, 将振动值降至良好范围内;回注泵P4004C入口管线振动过大的主要原因是电机频率与管线共振频率一致, 通过对电机基础加固和管线共振严重点进行加固, 有效地降低了有害共振。

普通测振仪虽然可以测出振动的大小, 但是并不能准确地分析出产生振动的根本原因, 由此将会导致频繁的拆修, 且不能从根本上解决振动故障;而通过运用双通道振动采集器, 准确读取振动频谱图, 不仅能够有效的读出振动值和位置, 并能够准确发现振动方向和振动根本原因, 并有效彻底的解决了故障。

摘要：状态检测是检验设备运转情况的基本方法, 而振动检测是检测转动设备最基本的状态检测之一。长北天然气处理厂部分转动设备有振动过大的现象:导热油循环泵P0301A泵本体振动过大, 污水回注泵P4004C入口管线共振严重。为了保障关键设备的安全平稳运行, 我们使用双通道振动采集仪进行数据采集, 通过分析频谱图找出振动的根本原因, 并采取相应的措施解决了以上问题。

关键词：状态检测,振动,转动设备