同頻振動故障診斷

      同頻振動占主導的振動是旋轉機械故障中最常見的現象之一。絕大多數同頻振動是由轉子動不平衡所致，而動不平衡的因素有許多，例如固體物料沉積或沖刷、葉片飛離、葉輪中夾帶異物、軸彎曲等。除此之外，能夠引起同頻振動的還有對中不良、軸承偏心、機殼變形及支承系統或基礎共振等。基于上述原因，當出現同頻振動占主導時，不要盲目地拆卸轉子去做動平衡校驗，而要綜合機器實際情況進行分析，判定其真正的振源。
        1．葉輪中夾帶異物
        撫順石化公司石油三廠催化氣壓機組，壓縮機徑向軸振動1995年8月開始逐漸升高，10月9日，壓縮機一側軸振動值達到120Nin；11月振動達到125μm超過二級報警限。通過現場采集振動信號，發現壓縮機的軸振動主要以工頻為主，附有少量的二倍頻，轉子兩端軸心軌跡呈狹長的橢圓形。這些振動特征顯示壓縮機轉子存在動不平衡。當時我們建議只要壓縮機的軸承潤滑油溫度保持穩定，轉速不再提高，壓縮機尚可維持運行三個月。
        根據診斷意見，機組維持運行至1996年3月。在三個多月的運行中，除壓縮機的振動有所升高外，機組其它運行參數都比較平穩。雖然壓縮機的振動平緩上升，但沒有發生故障。機器拆開時，也沒有發現任何損壞。在給轉子進行動平衡校驗時，多次校驗都未達到理想要求，最后，發現轉子動葉中夾有一個石塊。
        2.軸彎曲
        軸彎曲產生與質量偏心類似的激振力，頻譜以工頻為主，軸心軌跡近似圓或橢圓，振幅隨轉速的增加而增大，此外軸彎曲的轉子軸向兩側的振動相位相反，幅值較大。當彎曲量較小時，轉子可以通過動平衡的方法校正。
        撫順石化公司石油二廠一臺轉速為8100r/min的氣壓機組白于壓縮機軸彎曲振動逐漸升高，壓縮機的工頻振幅明顯增加(圖1)。經過動平衡校驗后，同頻振動幅值又恢復到正常水平(圖2)。

                           

                                                 圖1                                                  圖2 

        3.轉子內壁吸附液體
        高速離心機轉子或其它空心高速轉子在內壁的局部吸附油或水汽等冷凝后的液體，當轉軸旋轉時，這種液體會使轉子失穩。如圖3，當轉軸高速轉動時，液體沿00′的方向甩向轉子內壁。但此液體并不是停留在00′的延長線上，而是因粘性被帶至沿長線一側，其重心位于與00′夾角為Ψ的直線上。將液體的離心力Fs分解為Ft和Fn兩個分力，因Ft與O0′垂直，故使轉子發生失穩而產生振動，其產生的頻率一般為轉速頻率。
        撫順石化公司石油二廠電站汽輪機發電機組因汽輪機空心轉子進油造成振動偏高，多次啟動未能成功。當時曾圍繞振動超高這一問題，在現場分別對軸瓦間隙、動靜葉間隙,20級葉輪的垂直度、軸的彎曲度、地腳螺栓等方面進行了檢查處理，但振動未能消除。用便攜式測振儀對殼體測試的頻譜顯示，各點振動以同頻振動為主，很小的2倍頻。因為由于機組剛剛檢修結束，加之重點排查軸彎曲、軸瓦間隙等，最后把問題集中在空心轉子上。經檢查空心轉子進油，清除油垢后，整個機組終于啟動并運行正常。

  圖3  空心轉子內壁吸附液體受力分析

        4．殼體或基礎變形
        由于過大的管道力、熱沖擊、結構設計不合理、材料選用不當或焊接不好等，機器在工作過程中應力釋放造成機殼變形。當基礎結構設計不合理，或其它原因造成基礎沉降不均勻等，在管道力的作用下將引起機器安裝位置變形。當殼體或基礎變形時，破壞轉子的回轉中心或軸承及定子的幾何中心，導致轉子徑向產生同頻振動。
        撫順石化公司石油二廠循環水場一臺風機由功率為160kW、轉速為1485r/min的電機驅動，運行過程中振動異常。電機各測點振動值如圖4所示，振動頻率以工頻為主，并測得水平和垂直方向振動相位差約140°。若電機轉子存在動不平衡，電機水平與垂直方向的振動相位差應為90°左右，電機存在動不平衡的可能性很小。分析認為，由于軸向振動較大，電機與風機存在不對中，再者電機四個地腳振動有一側振動偏高，在排除其螺栓存在松動的可能后，認為電機地腳剛性不足。經加固基礎工業后，機組運行恢復正常。

圖4   電機測點分布及振動幅值