利用相位分析技术诊断锅炉风机高振动故障探讨

2020-05-12陈明华杨在江肖宇叶剑

中国设备工程 2020年6期

陈明华，杨在江，肖宇，叶剑

（中海油能源发展装备技术有限公司机电中心，天津 300452）

锅炉应风机是某油矿油气处理厂的关键设备，由一台异步电动机直接驱动。机组长期整体高振动，风机非驱动端轴承频繁故障，严重影响锅炉及工厂的稳定生产。厂方监测工程师对风机进行了定期振动数据采集和分析，对轴承的振动变化趋势进行了监测，但一直未能确定轴承频繁故障的原因。为此，厂方委托我公司进行现场故障分析。

1 设备基本信息及首次数据测试情况

经现场勘查后，对正在运行的设备进行了首次数据测试，测试参数包括加速度及速度的频率和振动幅值。设备测点示意图及测试数据如图1和表1所示。

图1 设备测点示意图

电机和风机振动主要表现水平方向，振动值均在6mm/s以上，频谱图中以一倍工频为主（图2），电机时域波形清晰可见正弦波（图3），风机两端测点水平振动频谱不仅有占主导的一倍工频峰值，还存在工频的高次谐波（图4）。电机垂直方向和轴向振动值为水平方向一半左右，但频谱特点与水平方向一致。同样，风机两端垂直方向和轴向振动值约为水平方向的一半，频谱特点与水平方向一致。根据上述信息，显然不能准确分析设备高振动故障原因，只能初步判断电机转子或风机存在不平衡、轴弯曲故障，机组存在角度不对中故障，或机组底座刚性不足、风机轴承座松动、风机轴承跑圈的多种可能性。

表1 测试数据

2 对机组全面测试，对测试数据进行分析

图2

图3

图4

图5

为确定设备高振动和轴承频繁故障的原因，进行了所有测点加速度和速度频谱、幅值、绝对相位三个振动参数的全面测试，并测试了多组数据。测试的频谱与幅值数据与首次测试数据相比，并没有显著变化。其中值得关注的是，风机非驱动端的加速度是域波形图显示轴承存在显著的冲击现象（图5）。

对于相位数据，为简化数据表，取其中两次测试的相位数据，详见表2。

测试第4点水平、垂直绝对相位图分别如图6。

图6

对上述相位数据表、相位图和加速度时域波形分析可知：（1）设备测点1/2/3点的水平、垂直、轴向两次测试数据变化均在30度以内，相位稳定；设备测点4点测试水平、垂直、轴向数据变化较大，分别为62度、42度、71度，相位变化不稳定。在第四点的相位图（图6）中可见，多次测试的数据存在大幅度跳动，四点水平方向跳动值已超过180度，相位极不稳定。（2）机组两次测试1/2/3点水平和垂直相位差在71～107度，在90度上下19度范围内波动，较为稳定。（3）电机两端两次轴向测点的相位差为1度、13度，相位稳定，属于同相振动；三点四点轴向相位差为53度，相位不稳定。（4）联轴器两端两次测试数据的轴向相位差为13度、23度，相位稳定，且为同相振动。（5）第四点加速与时域波形显示，轴承冲击峰明显为4.245g，周期为30HZ。

3 根据分析数据，整理设备故障特征，诊断故障原因

（1）结合首次测试数据，可得到以下诊断特征信息：①电机振动以一倍工频为主，谐波次数低、峰值很小；水平方向是垂直方向振动的2倍左右。电机两端水平方向与垂直方向相位差约90度。电机两端对应的水平、垂直、轴向分别为同相振动，显示电机转子为刚性回转运动。由此，可排除，轴弯曲、底座钢结构刚性不足及钢结构的紧固螺栓松动的可能性。②电机与风机转子轴向为同相振动。由此可排除不对中的可能性。③风机两端振动以一倍工频为主，谐波次数高、峰值明显；水平方向振动是垂直方向、轴向振动的两倍。电机驱动端三个方向相位相对稳定，水平方向与垂直方向的相位差稳定在90度左右；但电机非驱动端三个方向相位极不稳定，存在绝对相位值的大幅度跳动。现场检查风机转子轴承座螺栓紧固情况，均处于紧固状态。由此，排除风机轴承座松动问题。④风机轴承存在显著的工频冲击峰值。