状态监测在化工设备中的应用

2010-07-14王志强陈燕鹏

设备管理与维修 2010年1期

张崴王志强陈燕鹏

根据多年的监测经验，即使是同类设备由于转动部件、联轴器结构及使用条件存在较大差异，对同样的激振力产生的振动表现是不一样的。为此针对各类设备部件故障振动特点，应用振动加速度、速度、位移等不同参数进行监测，并将其应用于现场动平衡校核中。

一、应用振动加速度诊断滚动轴承和往复式压缩机的高频振动故障

振动加速度对高频振动敏感，可度量分析滚动轴承损坏和往复式压缩机碰撞、冲击、拉缸等高频振动故障。

例1 SA-5175W型双螺杆压缩机（滚动轴承）。在压缩机主副转子前后轴承处设定监测点，2009年3月27日振动突增（数值见表1），特别是加速度最大增至77.7cm/s2，停机拆检发现因润滑油中含水量过高，导致润滑不良轴承磨损严重，修复后各测点振动降至正常值。

由表1可看出，检修后速度、位移数值略有降低，加速度值则大幅降低。因此对于滚动轴承应密切监测加速度变化情况，以此判断设备状态。同时因为任何复杂的周期振动信号幅值都是各次谐波幅值分量之和，而加速度各次谐波幅值分量与其频率的平方成正比，所以设备运行中加速度值在一定范围内波动属正常。根据经验当加速度值增至基准级值（即在相同工况下设备运行正常时，对设备同一部位进行测量，并把其中大多数较低振动级值的平均值作为基准级值）的3至4倍时应及时检修，以免发生破坏性故障。

例2 LS6F2W10型活塞式制冷机组（功率45kW，工频16Hz）。正常时加速度频谱图如图1所示。2008年10月20日缸盖处振动加速度值突增至45m/s2，速度和位移值没有明显变化，伴有噪声，加速度频谱图如图2所示。

表1 检修前后振动值

比较图1与图2可知：①图1a振动加速度为6.3m/s2，时域波中未见明显工频冲击，图2a中升高至31.3m/s2，且衰减较快，具有冲击性，冲击间隔时间为60ms，冲击频率16Hz，与工频相同。②幅值谱显示加速度响应的整个频率段可划分为三个频带，即 0～1.5kHz，1.5～3.0kHz，3.0～4.0kHz，图 1b 显示振动能量主要集中在第一、二频带，图2b显示振动能量主要集中在第二、三频带。

综合以上分析，怀疑击缸，及时停机，拆检发现缸体中有异物。击缸振动特点为：引发高频振动，加速度数值增幅最大，时域波衰减较快，具有冲击性，冲击频率与工频相同。

二、应用振动速度诊断滑动轴承、弹性柱销联轴器等中低频振动故障

滑动轴承、弹性柱销联轴器所引起的振动频率在1kHz以下，采用旋转机械振动烈度即振动速度均方根值vrms作为评定标准，分析中低频故障。

例1 S-518J4BM-0608UI-F型屏蔽泵（功率22kW，工频50Hz）轴承为石墨滑动轴承，监测发现前轴承vrms值稳定，后轴承水平和垂直振动vrms均呈增大趋势，数值相当，频谱图相似。后轴承水平方向振动时域波细化和幅值谱如图3、4所示。

屏蔽泵仅后轴承振动增大，排除转子动平衡不良、弯曲变形、气蚀等故障；振动加速度值未增大，排除碰摩冲击性故障；泵轴承为正循环式冷却，排除冷却不良问题。图3中时域波为叠加波形，特征频率为工频和2倍、3倍工频，图4时域波为正弦波，特征频率为工频。综和分析诊断为轴承内径磨损量超标。拆检测量轴内径磨损量达0.6mm,更换新轴承，振动降至正常值。屏蔽泵石墨轴承磨损故障特征：水平和垂直振动vrms同时增大，且频谱图相似，振动加速度变化不大；时域波细化图为正弦波，时间间隔20ms，与工频相同，特征频率为工频。

例2 YCLG20CF2B型螺杆制冷机组（功率250kW,工频49.33Hz）与电机连接形式为弹性联轴器。该机组2008年6月联轴器侧轴承振动vrms增至4.5mm/s，频谱图如图5所示。

弹性联轴器对中补偿性好，很少发生对中不良引起的振动，且轴向振动正常，排除对中不良；另一侧轴承处振动正常，排除转子动平衡不良引发的振动；压缩机为滚动轴承，而加速度未增大，排除轴承故障。初步判断为联轴器柱销磨损。因为单机运行无法停机，密切监测，连续运行3个月内vrms稳定在4.5～5.0mm/s范围内。9月停车检修更换联轴器柱销后振动降至1.2mm/s，频谱图如图6。

弹性联轴器振动特征。磨损故障时（图5）：①主要振动频率为工频，振幅方向为径向，主要引起低频振动，vrms明显增大，加速度值无变化。②振动在3个月内保持相对稳定，无剧烈增幅，可继续运行。③时域波形为正弦形，特证频率为工频。正常时（图6）的时域波为叠加波形，常伴2×、4×工频。