XPR-30001db系统在旋转机械振动故障诊断中的应用

何 杉

作者通联：中海石油技术检测有限公司 天津市塘沽区东沽石油新村二区554信箱 300452

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1.概述

电机、离心泵、压缩机、透平发电机、风机等旋转机械是石油、化工、电力、冶金等行业的主要设备，在使用过程中转子经常出现各种故障，如果不能被及时发现处理，将会影响生产正常进行。目前中海油自营油田的动设备基本上采用状态监测技术监测诊断故障，在实施过程中经常遇到不平衡、不对中、松动等故障，这些不同的故障在频谱中常常都表现为以工频为主导，单从频谱上去分析往往难以区别故障类型。需要再做轴心轨迹、测相位进一步加以区别。做轴心轨迹要双通道同时监测，并且需要键相信号；测相位时则需要相位仪，在现场实施起来比较麻烦。

法国泛泰克斯开发的一套设备状态监测分析软件XPR-30001db系统具有圆形视图分析功能，它根据单通道振动数据就可以模拟转子旋转中心位置的变化，类似于轴心轨迹。当设备出现不平衡、不对中、松动等故障时，时域波形低通或带通滤波后的圆形视图表现出不同的形状，对设备状态监测与故障诊断有重要的参考价值，能很好地区分上述不同的故障类型。使用该系统不需要双通道同时采集数据和相位仪，现场使用方便。

2.XPR-30001db系统应用实例

当故障类型不同时，直接对原始数据做出的圆形视图形状特征不明显，难以区分故障类型，但是对原始数据低通或带通滤波后的圆形视图形状有明显的不同，容易区分。滤波时不能随便设置截止频率，需要根据设备的转速，频谱中频率的主要成分，滤除一些噪声信号，保留频谱的主要频率成分。

不平衡的圆形视图成圆形或椭圆形；不对中的圆形视图成双椭圆形（外8字形或内8字形）；松动的圆形视图成梅花状或齿轮状，沿圆周方向有几个突起，有些紊乱，不像不平衡和不对中时那么规则。现场实际中由于受到轴承型号、油膜力、转子重力、外加载荷等多种激励力的影响，情况是复杂的，圆形视图的形状会有所变化，但是不同的故障类型所对应的圆形视图形状有明显的不同。

（1）热油锅炉风机转子不平衡

该风机电机通过联轴器驱动离心风扇，2009年3月27日监测时电机振动速度值偏高，电机非驱动端垂直方向最高达到24.8mm/s，速度频谱中以49.83Hz工频为主导。由于工频为49.83Hz，并且频谱中的主要频率成分在100Hz以下，所以设置上限截止频率为100Hz，低通滤波后的圆形视图成椭圆形，并且旋转中心有点偏离几何中心（图1）。

参照轴心轨迹的判断方法判断为转子不平衡，维修后机组振动有明显下降，2009年5月14日监测时电机非驱动端垂直方向振动速度值降为2.18 mm/s。

（2）生产水泵不对中

该生产水泵为双螺杆泵，机组振动速度值偏高，从动螺杆非驱动端振动速度总值达到19.4mm/s，速度频谱中以24.89Hz的工频为主导，同时出现一些幅值较小的谐波。由于频谱中的频率成分主要在200Hz以下，所以设置上限截止频率为200Hz，低通滤波后的圆形视图成双椭圆，内8字形（ 图2）。

维修时发现机组对中偏差较大，该机组对出口阀改型后（比原来的出口阀大），受管线应力影响泵的位置相对基础有移位，从而造成不对中，机组维修后泵端振动值在5mm/s左右。

（3）引流风机不对中

图1 风机低通滤波后的圆形视图

图2 生产水泵低通滤波后的圆形视图

图3 引流风机带通滤波后的圆形视图

图4 海水泵带通滤波后的圆形视图

该引流风机结构为电机驱动悬臂式离心风机，由于轴较长在泵舱风扇侧有两个支撑轴承。机组振动速度总值偏高，电机驱动端垂直方向振动速度值达到21.1mm/s，轴向振动速度值11.9mm/s，速度频谱中主要以49.41Hz工频为主导。由于频谱中频率的主要成分在49～200Hz之间，所以设置截止频率为49Hz、200Hz，带通滤波后的圆形视图成双椭圆外8字形（图3），这是不对中的另外一种形式。

维修时发现机组由于基础强度不足导致对中不良，增加基础强度并重新对中后振动降为正常水平。

（4）防海生物装置海水泵支撑连接螺栓松动

该防海生物装置海水泵为单级离心泵，三相异步电机驱动。2012年3月24日监测时发现泵端振动偏高，水平方向振动速度值最高达到38.2mm/s，频谱中以工频为主导，并伴有多倍谐波，其中前四阶谐波幅值较明显，后面的谐波不明显。由于频谱图中工频为49.15Hz，频率的主要成分在49～300Hz，因此对原始数据选择49～300Hz带通滤波，滤波后数据的圆形视图成梅花状或齿轮状，沿圆周方向有几个突起，有些紊乱，不像不平衡和不对中时那么规则（图4）。

现场检查发现泵端支撑连接螺栓（泵近联轴器位置的水平连接螺栓，不是基础固定的螺栓）松动严重。紧固支撑连接螺栓后振动有大幅度下降，泵驱动端由 38.2下降到8.97 mm/s，垂直方向由25.4下降到 5.66 mm/s，但由于紧固螺栓时没有对机组对中调整，导致机组对中状态欠佳。