振動分析診斷_故障真?zhèn)蔚脑\斷
在某些狀態(tài)監(jiān)測參數(shù)（如振動值、軸位移值、瓦塊溫度等）發(fā)生較大變化、甚至報警、聯(lián)鎖停機時，機械設(shè)備本身是否真的發(fā)生了故障，是否為儀表失靈或生產(chǎn)工藝系統(tǒng)波動所造成的假象，是故障診斷首先應(yīng)解決的問題。由于儀表失靈在大機組所發(fā)生的各類故障診斷中所占的概率較大，以及因生產(chǎn)工藝系統(tǒng)波動或操作不當（特別是在開車或負荷調(diào)整的過程中）而產(chǎn)生的故障也常有發(fā)生，因此切忌僅限于一、兩個因素就輕易判斷發(fā)生了機械設(shè)備故障，而應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)、儀表、運行、現(xiàn)場等多方面情況進行綜合的判斷。利用振動分析診斷技術(shù)來實施解決。
1. 首先應(yīng)查詢故障發(fā)生時生產(chǎn)工藝系統(tǒng)有無大的波動或調(diào)整
生產(chǎn)工藝系統(tǒng)的異常變化會造成機組工質(zhì)的組份、流量、壓力、溫度等發(fā)生異常的變化，從而引起機組振動、軸位移、出力等發(fā)生變化，但此時機組未必發(fā)生機械損傷故障。如果系統(tǒng)發(fā)生了變化，盡管機組的振動值、軸位移值明顯增大，甚至報警，但只要不再繼續(xù)上升，機械損壞的可能性往往較小，完全不用急于停機，可以監(jiān)視運行、觀察處理。常見的工藝系統(tǒng)波動所引起的一般故障，有小流量以及氣體組分變化引起的旋轉(zhuǎn)失速或喘振，工質(zhì)變化引起的轉(zhuǎn)子結(jié)垢，進出口壓差變化引起的轉(zhuǎn)子軸向力偏大，等等，這些故障若處理及時、正確，則可消除、減弱。然而，要是已連鎖停機或者振動值和軸位移值仍在繼續(xù)上升，那么說明故障較為嚴重，很可能發(fā)生了機械損傷。常見的工藝系統(tǒng)波動所引起的機械故障，有強烈喘振引起的動、靜件振動碰擦損壞，工質(zhì)帶液引起的軸向力過大所造成的推力軸承損壞，等等。如果系統(tǒng)未發(fā)生任何變化，同時又能確定儀表無誤，那么在振動值突然明顯增大、甚至報警、聯(lián)鎖停機的情況下，機械損傷故障肯定是真的發(fā)生了，多數(shù)為機械脫落引起的動不平衡（如斷葉片），以及軸承失效等。生產(chǎn)工藝系統(tǒng)有無波動可以向當班的操作人員、生產(chǎn)調(diào)度員進行查詢，如果系統(tǒng)配置了 DCS，則可以直接調(diào)看與機組工質(zhì)組份、流量、壓力溫度等有關(guān)的趨勢圖，最好再將有問題的振動、軸位移、瓦溫及流量、壓力、溫度等做在同一時間坐標的趨勢圖上，這樣進行判斷，即快捷、方便，又準確、明了。例如，89 年，某公司 C 廠德國西門子公司制造的汽輪機機組投運不久便出現(xiàn)下列的問題：①振動值增大；②監(jiān)視段壓力高；③出力不足。其實，蒸汽膨脹受阻，熱能難以充分轉(zhuǎn)化為動能才是造成三個問題的原因所在。而西門子汽輪機多為反動式，動、靜葉片間距相對較窄，結(jié)垢不僅會使轉(zhuǎn)子動平衡狀態(tài)發(fā)生變化、振動值增大，而且還會使通流面積明顯變小、蒸汽難以充分膨脹，從而引起監(jiān)視段壓力高和出力不足。經(jīng)詢問，該廠是在改用了 D 廠硬度較高的蒸汽后出現(xiàn)問題的。因此明確診斷為汽輪機結(jié)垢，建議用濕蒸汽低速清洗，打開缸體導(dǎo)淋檢查確認。在隨后的清洗中，缸內(nèi)排出的全是乳白色、含有大量鈣、鈉離子的硬水。未進行開缸檢查修理，結(jié)垢消解，運行恢復(fù)正常。2000年元月，某煉廠催化煙機的振動值由以往的30～40μm上升到70~80μm，且有大幅度的波動。廠方要求解體大修、更換轉(zhuǎn)子。由于振動值為緩慢變化，而且有多次回落降低（盡管比正常值高），根據(jù)經(jīng)驗感到轉(zhuǎn)子和軸承均未受到損傷，而是催化劑粘結(jié)到轉(zhuǎn)子上所致。為了說明問題，通過DCS在同一時間坐標上做出了煙機各振動值與煙氣以及輪盤冷卻蒸汽溫度的趨勢圖，結(jié)果很明顯的看到，振動趨勢的所有峰值，總是與蒸汽溫度趨勢的谷值一一對應(yīng)。通過此圖無需作過多解釋，大家都清楚地的認識到，煙機的振動是由催化劑的粘結(jié)與脫離所形成的動不平衡而引起的，而催化劑的粘結(jié)明顯與輪盤冷卻蒸汽的溫度有關(guān)。因為當時為冬季，低壓蒸汽管網(wǎng)用戶較多，尤其是白天與夜晚相差較大，蒸汽的溫度無法保證，而且有時為濕氣。因此，根本不需要停機揭缸檢修，只要保證蒸汽的正常溫度，不讓濕氣進入，煙機的振動值就會回落、穩(wěn)定。之后，車間進行了調(diào)整，在振動值為40～50 μm 的水平上連續(xù)穩(wěn)定運行了 10 個月，直到計劃大修改造。
2. 其次應(yīng)查看儀表、主要是探頭的間隙電壓是否真實可信
主要是探頭的間隙電壓是否真實可信由于儀表失靈造成的振動及軸位移增大的假象實在不算少，對生產(chǎn)企業(yè)來說儀表又是科技含量高的獨門專業(yè)，局外人很難摸清儀表是否有問題。在此情況下，通過查看探頭的間隙電壓來判斷儀表是否失靈，不失為一種比較簡單、直觀、準確的方法。對于使用較多的本特利探頭，其間隙電壓與間隙的線性特性為 200mV/mil，換算成公制為 7.87V/mm 或 0.00787 V /μm。實際運行中，伴隨著振動間隙、軸位移間隙的變化，間隙電壓必然也按照這一基本特性發(fā)生變化。也就是說，可以根據(jù)間隙電壓的數(shù)值來判斷儀表本身有無發(fā)生故障。探頭的初始安裝電壓均要求為某一定值，多數(shù)為 10 V，也有為 8 V、9 V。對于振動探頭來說，是通過直接測量及調(diào)整安裝電壓來確定探頭的位置的。考慮到：①振動探頭的安裝有一定的隨意性；②運轉(zhuǎn)后轉(zhuǎn)子被油膜托起，處于兩側(cè) 45°上方的探頭間隙電壓會有所降低（約 0.4 V 左右）；③即使振動值增大了 100μm，其間隙電壓的變化也不會超過 0.8 V；④ 其它的偏差。因此，振動探頭運行時的間隙電壓與初始安裝電壓相比較，偏差應(yīng)該在±（2～3）V 以內(nèi)。一般來說，超過 2V 測振儀表很可能存在故障，超過 3V 基本失靈。另外，在紀錄了機組運轉(zhuǎn)正常后各點的間隙電壓或有在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)自動記錄了間隙電的情況下，則消除了上述①、②因素的影響，間隙電壓的判斷將更為精確、可信。如果振動值與間隙電壓的變化關(guān)系不符合探頭特性（7.87V/mm），超過±0.5V，那么測振儀表很可能已失靈。例如，某振動探頭運轉(zhuǎn)正常時的振動值/間隙電壓為20μm /9.62 V，現(xiàn)在為 70μm /8.62 V，其振動值增大了 50μm，間隙電壓應(yīng)該降低約 0.4 V，正常情況下不應(yīng)該低于 9.22 V，至少不應(yīng)該低于 8.72 V，因此測振儀表本身有問題。軸位移探頭的安裝極為精細，先反復(fù)串動轉(zhuǎn)子校對止推間隙，再取中，調(diào)零位，也就是軸位移的初始安裝電壓，最后還要校核，所以其誤差量很小，通常在±0.2 V 以內(nèi)。也就是說，當軸位移的間隙電壓±軸位移值（單位：mm，遠離探頭時為“＋”，靠近為“－” ）×7.87 與初始安裝電壓相差在±（0.5～1）V 以內(nèi)，則表明間隙電壓真實可信，儀表無明顯故障。若間隙電壓超出上述范圍，則表明間隙電壓有問題，儀表已出現(xiàn)故障，其顯示的軸位移數(shù)值令人難以相信。例如，2001 年 7 月某煉油廠連續(xù)重整循環(huán)氫壓縮機機組在通過臨界轉(zhuǎn)速時，汽輪機軸位移突然連鎖動作停機。操作人員認為，停機前機組及工藝系統(tǒng)一切正常，也未見止推軸承溫度升高及其他任何運行參數(shù)報警，屬儀表誤動作。經(jīng)查，“二選二”的軸位移間隙電壓為 17.6 V 和 17.8 V，并從 DCS 上調(diào)看到推力軸承溫度從 52℃跳升到 56℃，且略滯后于軸位移的變化。當即判斷不是儀表誤動作，而是止推軸承的軸承合金已磨光，原因很有可能是蒸汽帶液。為證實此判斷，在不影響盤車降溫的情況下，無法進行軸承箱揭蓋查瓦，令鉗工用厚度為 2.2mm及 2.3mm 的塞尺檢查了軸位移探頭處的間隙，并從回油中摸到了軸承合金的磨損碎粒。診斷的根據(jù)是，軸位移間隙電壓安裝值為 10 V，加上 1mm 的軸承合金厚度（大機組瓦塊軸承合金厚度一般為 1～1.2mm，很少會超過 1.5mm），即 7.87V，正好與 17.6 V 和 17.8 V 相符，只有蒸汽帶液所形成的巨大軸向力才有可能造成止推軸承合金層瞬間磨光。間隙電壓與初始安裝電壓相差過大時，則表明儀表已出現(xiàn)故障。其中，探頭、延伸電纜、測隙儀、顯示表頭、通訊卡等各個環(huán)節(jié)上都有可能出現(xiàn)問題。具體來說，防松螺母沒有鎖緊時，探頭會產(chǎn)生松動，間隙電壓會產(chǎn)生較大的跳動，并造成為低頻成分不固定的間歇性、跳動性強烈振動的假象，許多工廠都曾發(fā)生過這類情況；檢修中會不經(jīng)意地碰傷探頭，會造成間隙電壓突然降低或消失，某化肥廠合成氣壓縮機中壓缸的軸位移探頭，就曾被鉗工敲擊鎖母留下的突起翻邊碰傷過，一開車軸位移顯示就紊亂；浮環(huán)密封、機械密封工作狀態(tài)不好時，探頭的密封膠及線圈會被油中的腐蝕介質(zhì)所腐蝕，造成間隙電壓緩慢降低，并引起振動值緩慢降低、直至消失，或者引起軸位移負方向值緩慢增大的假象，直至連鎖保護動作停機，某化肥廠氨壓縮機驅(qū)動透平曾出現(xiàn)過反向軸位移連鎖停機，經(jīng)查是油中既有氨、又有水，造成探頭線圈腐蝕。延伸電纜接頭處密封不可靠時，油中的水分會使接頭銹蝕，造成間隙電壓忽有忽無，忽正常忽降低，直至完全消失，許多工廠過去多次發(fā)生過此類問題，某化肥廠空壓機高壓缸周圍軸位移于 96 年再次發(fā)生此問題時，一開始就被引起關(guān)注，后經(jīng)觀察證實后，提前切除了連鎖，如今許多工廠將接頭移至軸承箱外；延伸電纜自身鎧甲及絕緣破損時，油中的水會引起短路，造成間隙電壓升高，某煉油廠催化主風(fēng)機五機組曾發(fā)生過此問題，其它工廠也有發(fā)生，因此現(xiàn)在不少工廠延伸電纜的鎧甲及絕緣已增厚。測隙儀的安裝位置靠近地面，最容易發(fā)生的故障是因門、孔密封膠條失效，水進入后短路造成間隙電壓混亂，多數(shù)情況下會造成報警及聯(lián)鎖動作。本特利顯示表盤的電源卡在使用期過長的情況下也會發(fā)生問題，某化肥廠二氧化碳壓縮機在一段時間內(nèi)，若干個通道的振動值都在無規(guī)則地有高有低地增大，經(jīng)查各間隙電壓均有所下降，下降的幅度開始在 1～2 V，儀表部門認為無明顯問題，后仍繼續(xù)下降，最低時僅有 4~5 V，同時振動值又有較大上升，其間儀表部門終于發(fā)現(xiàn)是供電的電源卡出現(xiàn)故障，等備件到貨換上后，故障消除。如今，很多工廠都上了 DCS，有時在 DCS 上發(fā)現(xiàn)振動上升，甚至造成連鎖動作停車，但現(xiàn)場的一次儀表及就地表盤上數(shù)值仍正常，這是通訊卡出現(xiàn)了故障，因此當二次表或 DCS 上發(fā)現(xiàn)有問題時，還應(yīng)到現(xiàn)場進行對照檢查?？傊?，因儀表故障造成的各種假象屢見不鮮，在進行故障診斷時，首先應(yīng)確認儀表所顯示的信息是否真是可信、儀表本身有無故障。
3. 應(yīng)查看相關(guān)的運行參數(shù)有無相應(yīng)的變化
由于轉(zhuǎn)子本身是一個整體，通過聯(lián)軸器相連的幾根轉(zhuǎn)子所組成的同一軸系也是一個整體，盡管如今使用的金屬撓性聯(lián)軸器（如各種疊片聯(lián)軸器、膜盤聯(lián)軸器）以及過去使用的金屬半撓性聯(lián)軸器（如各種齒式聯(lián)軸器）能夠吸收很大或者較大的徑向、軸向、角向撓動，但畢竟不可能完全消除。因而，只要是真的發(fā)生了振動增大，那么必然是某種激振力對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了作用。此時，盡管有的部位振動增高幅度大，有的部位振動增高幅度小，對于撓性轉(zhuǎn)子甚至有的部位會因為振型的
改變反而振動變小；但是有一點是肯定的，這就是整根轉(zhuǎn)子作為一個整體的振動狀態(tài)必然發(fā)生了變化。同樣，如果真的發(fā)生了較強烈的振動增大，整個軸系的振動狀態(tài)也肯定會同時發(fā)生變化。因此，當某一軸承某一方向振動值明顯增大或甚至報警時，應(yīng)調(diào)看同一軸承、同一轉(zhuǎn)子、同一軸系相關(guān)測點在同一時刻的振動值。若同一軸承另一方向的振動值也同時變大或者變小，同一轉(zhuǎn)子另一端軸承兩個方向的振動值也同時變大或變小，同一軸系上相鄰轉(zhuǎn)子軸承的振動值也同時有變化，盡管變化有可能很小、變化幅度呈衰減狀，則肯定是真實的。也就是說，不片面追求同一時刻振動值是否同時增大，盡管同時增大的概率最高，關(guān)鍵只看同一時刻振動值是否發(fā)生變化。若同一軸承的另一方向、同一轉(zhuǎn)子的另一端軸承、同一軸系相鄰轉(zhuǎn)子軸承的振動值在同一時刻無絲毫變化時，則很可能是假的。當軸位移發(fā)生明顯變化或波動時，對汽輪機應(yīng)主要查看蒸汽流量以及進、排氣的溫度、壓力和監(jiān)視段壓力，對壓縮機則主要看各缸、各段的進出口壓力以及氣體的組份和流量，同時都要檢查一下蒸汽或氣體是否帶液，都必需查看止推軸承的瓦塊溫度以及回油溫度、回油量等。若上述運行參數(shù)發(fā)生了明顯異常變化或較大的波動，則肯定是真的；若上述運行參數(shù)無任何變化，則很可能是假的。
4. 應(yīng)察看現(xiàn)場有無人可直接感受到的異?，F(xiàn)象
這一條看起來很土，既難以定性、更無法定量，似乎很不科學(xué)，但實際上對判斷故障的真?zhèn)文軌蚱鸬經(jīng)Q定性的作用，是非常關(guān)鍵的一條。
由于工藝系統(tǒng)和運行參數(shù)的情況有時較難摸清找準，儀表問題專業(yè)性強，三方面查起來都要耗費較多的時間。相比之下，人到現(xiàn)場，通過眼看、耳聽、手摸，往往只需要五分鐘，便可完成對機組狀況的總體了解，確實較為直觀、客觀、快捷。如果人都感受到了異常，那么機組肯定是發(fā)生了實實在在的變化，則故障肯定是真的，而且程度嚴重；如果感受到似乎有點異常，但不明顯，那么機組有可能發(fā)生了變化，則故障有可能是真的，其程度還不十分嚴重；如果感受不到絲毫異常，那么機器很可能沒有變化，則故障很可能是假的，即使真有故障，其程度也較輕微。當然要做好這一點，需要依靠經(jīng)驗的積累，平時對正常運行的機組體驗得多、體驗得細，遇到故障發(fā)生時，自然就會感受到明顯的區(qū)別。眼看，看機組就地壓力表以判斷振動狀況，此類壓力表處于懸臂管線的末端，剛性差，對振動的反映較靈敏，正常情況下指針輕微顫動，振動增大時指針顫動的幅度會增大，機組發(fā)生強烈振動時，一眼看過去會發(fā)現(xiàn)整個壓力表連同根部管線在一起顫動；另外看回油的顏色和濁度，以判斷潤滑狀況。耳聽，關(guān)鍵是聽機組發(fā)出的聲音是否連續(xù)，中間有無間斷或迭加聲。聲音連續(xù)則表明運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，有間斷或迭加聲則表明很可能發(fā)生了故障（以上僅對旋轉(zhuǎn)機械而言），如果進一步再能體會出噪聲的聲調(diào)和聲量，那就更好。耳聽，聽機組現(xiàn)場環(huán)境噪聲以判斷機組總體運行狀況，正常運行下的機組，噪聲是連續(xù)、平穩(wěn)的，其聲調(diào)和聲音自有定式；因運行參數(shù)變化或缸內(nèi)設(shè)備零部件發(fā)生故障時，缸內(nèi)氣體的流動就會異常，因此產(chǎn)生的氣流噪聲會使環(huán)境噪聲的聲調(diào)發(fā)生改變，有可能變高，也有可能變低，而聲量通常會變大；在發(fā)生嚴重設(shè)備故障的特殊情況下，不使用聽棒便可以聽到缸內(nèi)因零部件掉落而造成的金屬撞擊聲或金屬輾壓聲，因齒輪斷齒而造成的“咔啦、咔啦、咔啦啦…”的金屬輾壓聲，因軸承嚴重缺油而形成的“嘰…”金屬干摩擦高頻尖叫聲，等等。通過聽棒可以了解到軸承及齒輪的工作狀況、轉(zhuǎn)子與固定元件有無發(fā)生摩擦、固定元件有無松動以及氣流的脈動狀況等，這是個細活，關(guān)鍵仍然是對連續(xù)、間斷、迭加聲、聲調(diào)的體會與把握。手摸，用手指尖觸摸軸承箱或缸體以判斷振動狀況，觸摸的點及方位不宜變，只能靠自己平時感覺的積累來判斷振動的優(yōu)劣，經(jīng)驗不足時可通過相互比較來加深感覺，或者使用 Vm-63 之類的便攜式測振儀；手摸的另一種方法是用手去觸摸與軸承箱或缸體上剛性較差的油管，正常情況下，手摸上去只感到輕微抖動，振動較大時手會明顯感到抖動增大，機組發(fā)生較強烈的振動時，手摸上去會感到顫動很大，甚至有麻手的感覺。例如，2002 年 10 月，某公司重催氣壓機進氣端軸承產(chǎn)生間歇性、跳動性振動，間歇周期由幾天一次逐步發(fā)展到一天 2～3 次，振動發(fā)生時的跳動范圍為 3～5μm，問題是振動發(fā)生后振動值回不到原來的數(shù)值，越來越高，由 60～70μm 很快發(fā)展到 80～90μm，實際上為典型的油膜渦動。由于振動值能上能下，許多人并不擔(dān)心，并認為有可能是儀表失靈。因此請公司領(lǐng)導(dǎo)到現(xiàn)場感受實際的振動狀況，進氣端軸承箱還包括止推軸承，箱體剛度大，但手摸的振動感極強，排氣端剛度差，但振動感覺卻不及進氣端，因此，振動故障是真實的。由于已了解油膜渦動的另一特點——突發(fā)性，領(lǐng)導(dǎo)決定立即停機。經(jīng)查為油中大量帶水所引起的瓦塊銹死，根本已無法擺動。1999 年元月，某化工廠西門子汽輪機大修后多次試車均被迫中斷。其現(xiàn)象是，低轉(zhuǎn)速下較正常，約 3000rpm 后，伴隨著轉(zhuǎn)速升高，現(xiàn)場所感到的振動加大、噪聲加大（因拖了新更換的增速齒輪箱），升速到 6000～7000rpm 后，現(xiàn)場的振動及噪聲令人難以接受，試車被迫中斷，其間本特利表所顯示的汽輪機轉(zhuǎn)子的振動值一直正常，尚未報警。在此情況下，有懷疑軸承的、有懷疑轉(zhuǎn)子動平衡的、有懷疑不對中的，更多懷疑的是齒輪增速箱及儀表。到現(xiàn)場后，讓其再次開車，通過手感發(fā)現(xiàn)前汽輪機軸承箱箱體垂直方向振動大，而且伴隨著轉(zhuǎn)速上升而加劇，并達到難以接受的水平。同時氣缸的振動也異常的大。由于氣缸是通過貓爪扒在前軸承箱上的，因此疑點集中到前軸承箱的穩(wěn)定性上，主要是連接螺栓螺母的預(yù)留間隙上。經(jīng)核對西門子原始圖紙，發(fā)現(xiàn)該廠理解錯了制造商的要求，將 0.1～0.15mm的間隙錯誤地留到了墊圈內(nèi)的碟形彈簧墊圈上，結(jié)果造成前軸承箱連接螺栓螺母與墊圈的間隙變成了1mm 以上，轉(zhuǎn)速上升后，前軸承箱隨著轉(zhuǎn)子的振動在一同上下跳動（水平方向有縱銷在限制），所以本特利表振動雖不大（其所測的是轉(zhuǎn)子相對于軸承座的振動），但實際的振動卻很大。因此，還是人的感受往往更客觀。
想了解更多故障診斷知識，請關(guān)注江蘇振迪檢測網(wǎng)站！
- 上一篇：根據(jù)異常振動分量的頻率進行振動分析診斷! 2021/6/7
- 下一篇：狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的意義及發(fā)展現(xiàn)狀 2021/6/3
