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如何利用振动分析诊断技术分析振动故障?

文/ 发布于 : 2021-06-07    浏览次数:2535

在大机组所发生的各类故障中,振动故障发生的概率最高,具体引发的原因也最复杂。对振动类型的诊断,在未配置频谱分析仪时确实较为困难,只能根据振动值的大小及变化形态,并参考流量、压力、温度、润滑油等运行参数来进行;即使配置了频谱分析仪,也只是在故障发生后临时架设到现场,故障发生时的频谱信息未必都能及时捕捉到,其提供的仅为频谱及波形、轴心轨迹等有限图谱。此项工作的效果,在很大程度上取决于有关人员对设备工作原理与具体结构的熟悉程度以及在机组运行与检修方面的实际经验。实际上,能够对机组运行及检修提供预知性有效诊断的案例并不多,多数为事故发生后所进行的故障分析。配置了在线监测系统之后,提供的图谱及所含的信息大为增多,特别是机组在各种运行状态下,包括故障状态、启停机状态下的信息均不会丢失,对振动故障类型的诊断提供了有力的技术支持。利用在线状态监测系统,可以方便地查找到引起通频振动增大的主要异常振动分量的频率,然后再对该振动分量产生或增大的原因进行具体的分析。

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主要异常振动分量频率的查找步骤及方法

对于未设置在线状态监测系统的机组来说,只能通过临时架设频谱分析仪的方法,来查找引起通频增大的主要异常振动分量的具体频率成分和其幅值的大小。具体是查找幅值相对变化大的频率成份、以及新显现的频率成份,而临时架设的频谱分析仪的不足之处,恰恰就是受客观条件限制不可能直接给出这些变化关系。要弥补这一点,只能通过平时多积累一些各种转速及工况下正常运转时的频谱图,以便到故障发生时做相互比照。对设置了在线状态监测系统的机组来说,查找引起通频增大的主要异常振动分量的频率可参考以下步骤及方法。

a)先看棒图或多值棒图

先看棒图,可看到所有轴承测点振动的实时值,同时还可看到规定的报警值及连锁值,从而可以对当前振动水平的高低有个基本评价、并明确哪几个测点的振动值异常。如果使用了 S8000,那么可先看多值棒图,其效果更好。因为在多值棒图上,可同时看到通频、工频、0.5 倍频、2 倍频、自选频段、剩余频段的振动实时值,不仅可以了解通频,又可以形象、直观地感受到各主要振动分量自身的振动水平以及对通频贡献所占的份额,从而对各振动分量分布是否合理、有无明显异常现象有个大致的印象。因为在正常运行状态下,总是工频最高,2 倍频约在工频的一半以下,0.5 倍频微量或无,残余量不高。如果,工频过高、很靠近通频,那么有可能是动不平衡问题;如果工频正常,但 2 倍频接近或超过工频,那么有可能是热不对中;如果半频活跃(即不断在跳动)、有一定的幅值(不一定很高、如 3~5µm,而 5~8µm 就算相当高了)、而且此时工频也同步跳动增大,那么有可能是轴承工作不良;如果残余量很高,那么有可能是摩擦、气流脉动、齿轮、叠片或膜盘联轴器等其它问题。这样,便可为进一步地仔细分析与诊断,提供一个大致的方向。

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b)依次调看振动趋势图

首先,看通频趋势图。目的是确定异常振动的起始时间、最大振动或振动变化最大的发生时间、振动过程有无多次上下波动。调看趋势图时,时间间隔的选择应该先长后短。最先看时,起始时间选长一点,不要将有变化的疑点处遗漏;然后,根据具体发生变化的时间选择一个合适的时间段,再进行仔细查看。并依此时间查询当时的生产工艺系统或运行参数有无变化。在看通频趋势时,还应该同时看一下转速、间隙电压的趋势图。其次,看工频趋势图。一方面是看工频趋势与通频趋势是否同步,如果同步,那么工频就是异常振动分量;另一方面,转子有无损伤?当前状况如何?通过看工频趋势图便可一目了然。因为如果转子发生了机械损伤脱落,那么肯定破坏了原有的动平衡状态,其工频必然增大(但工频增大并非肯定发生了转子动不平

衡)。具体看工频趋势图时,不仅要看工频的幅值趋势图,查工频幅值有无增大;更要看工频的相位趋势图,查工频的相位是否也同时发生变化。只有工频的幅值与相位同时发生变化,才能判断转子的动平衡状态很可能发生了变化。另外,在看工频趋势图时,还要看其变化是缓慢渐变,还是瞬时突变。只有工频的幅值与相位同时发生突变,才能判断转子很可能发生机械损伤脱落。如果是突变,要看突变了几次,突变后是否继续爬升,特别是当前能否稳定在某一数值;如果是渐变,要看渐变过程有无多次上下波动,幅值是否回落。此外,需要提醒一句,在看到工频的幅值及相位、特别是相位趋势发生变化时,必须确认转速有无大的波动。

然后,逐一看 0.5 倍频、二倍频、自选频段、残余量等趋势图。看这些振动分量在通频振动发生时,有无明显的同步增大变化,哪个同步,哪个就是异常振动分量。对 0.5 倍频和自选频段,不能只看其绝对幅值的大小,因为即使在振动较大的情况下,只要不是在发生强振的那一时刻,这些频率成份的幅值一般都不会很高,主要是看其相对变化量大不大,看其活跃不活跃。

c)最后看频谱图

由于振动趋势图只显示工频、二倍频、0.5 倍频、自选频段、残余量这些常见的主要特征频率,除此而外的其它频率不可能都显示出来,而频谱图能够将组成通频振动的所有具体频率的成份及其幅值都一一显示出来,因此,最后必须要看频谱图,要看其它频率、特别是低频(本文指的都是小于工频的频率,即分数谐波振动和亚异步振动的频率。)的分布状况。看频谱图切忌就图论图,决不能仅仅去找振幅值最大的频率成份,并认为其就是造成振动大的主要原因,这是非常片面的。因为,机组运行正常时的频谱图,总是工频最大,二倍频次之、约小于工频的一半,三倍频、四倍频……n 倍频更小、并逐步参差递减,低频微量或无。并且,多数故障状态下的频谱图,也总是

工频最大,二倍频次之,低频及其它频率分量未必显得很大。所以,看频谱图应该进行对照比较,也就是通过故障发生时与正常运行时的频谱图相互之间的比较,查找出主要异常振动分量,也就是幅值相对变化最大的频率成份以及新出现的频率的成份,只有这些频率才可能是引起振动故障的主要原因。

此外,看实时频谱图时,应该多停留一些时间,在实时频谱图的刷新过程中,要注意看各频率成份的幅值是否有变化,哪些频率成份变化较大。特别要注意看低频成份是否活跃,看是频率成份活跃多一点、还是幅值活跃多一点;看低频活跃时,工频的幅值是否也跟着一起同步变化。如果工频与低频一起动,尽管工频变化的幅值可能超过低频,但引起的原因可能还是低频。

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