陈明华，陈海林，曲磊
摘要：故障诊断中常遇到一些设备故障具有相似的振动现象，对这些故障的判断往往会有一些难度。本文讨论和分析几种以工频振动为主的设备故障。
关键词：不平衡；不对中；轴弯曲；工频振动；时域；频域；案例辨析
中图分类号：TH165.3文献标识码：B
我公司自2001年在海上平台实施状态监测以来，监测与诊断了多例多种类型的设备故障。以下讨论在频谱图中以工频振动为主的三类设备故障。
一、转子不平衡
某平台主发电机低温水泵电机转子不平衡。
1．设备形式及参数。电机转速1460r/min，通过弹性柱销联轴器驱动悬臂单级离心泵。低温水泵安装位置与主柴油发电机很接近，发电机转速1000r/min。
2．故障现象。设备运行过程中振动值突然上升，但无明显噪声。图1是振动趋势图，图2是频谱图，图3是时域波形图。
3．振动特征及分析。图2中电机振动的主要峰值频率为工频24.38Hz，峰值为5.341mm/s，工频后的峰值频率为33.75Hz，是受主柴油发电机振动的影响，其他振动峰值无明显变化；图3中时域波形为典型的正弦波形。以上振动信息表明故障可能是电机转子不平衡或磁场偏心。为进一步确认，做电机停机试验，停机后振动并未立即下降，故可排除转子磁场偏心的问题。
4．结论
拆检电机，发现风扇叶片掉了一片，造成转子不平衡，更换电机风扇后，设备运行恢复正常。
二、联轴器不对中
某油气处理厂循环水泵联轴器不对中。
1．设备形式及参数。电机通过弹性柱销联轴器驱动简支单级双吸离心泵，泵的出入口法兰分布在泵体两侧。
2．故障现象。设备大修后振动值明显上升，尤其是电机轴向振动明显增长。图4是频谱图，图5是时域波形图，图6是相位图。
3．振动特征及分析。电机驱动端轴向振动由大修前的3.54mm/s上升到9.76mm/s，从时域图看为正弦波形。水平方向与垂直方向振动峰值也有一定增长。泵体与电机振动变化趋势相同，但泵体振动值上升没有电机明显，轴向振动由2.2mm/s上升到4.8mm/s。这是由于泵体两侧均有法兰联接，增强了泵体刚性，限制了设备振动。为获取更多的振动信息，确认设备故障，又测试了各测点的相位，包括联轴器两端轴向同方向相位角，其中电机端为140°，泵端为318°，两者相位差为178°，表明联轴器两端轴向振动反向。
4．结论
上述情况表明设备存在严重的角度不对中，重新对中后，振动降至优良水平。
三、轴弯曲（中部弯曲）
某采油平台原油外输泵泵轴弯曲。
1．设备形式及参数。电机通过弹性膜片联轴器驱动简支多级离心泵。
2．故障现象。设备在短暂停机后紧急启动过程中，电机过载跳闸，再次启动后，设备振动值剧烈上升。图7是频谱图，图8是相位图。
3．振动特征及分析。泵驱动端振动总值由4.18mm/；增长到10.13mm/s，非驱动端振动由3.54mm/s增长到12.22mm/s，且两端振动的最大峰值都是工频。两端轴承轴向振动有一定程度上升，电机振动无明显变化。设备入口滤器差压表及出口压力波动情况均无异常，可排除工艺条件影响因素。由此考虑可能是紧急启动时出口阀仍处于打开状态，泵轴承受了过大的扭矩，造成轴弯曲。为进一步确认，测试了泵两端水平方向相位角，皆为145°，可确认系轴弯曲。
4．结论
拆检泵体，检查泵轴径向跳动，最大为180μm，已严重超出允许值，更换泵轴后，设备运行正常。
四、结论
由以上三个案例可知，不平衡、角度不对中及轴中部弯曲这三类故障通常都会表现为较高的工频振动，但除此之外它们还有各自的故障特征及相应的判定方法。可以归纳总结如下。
1．不平衡。工频振动最大值主要表现在径向，轴向振动无明显变化，径向振动在时域内为典型的正弦波形；两端轴承径向相位同向，相位角差值通常为0°（可正负偏差30°）。
2．角度不对中。工频振动的最大值通常表现在轴向，但径向振动也会有所上升，轴向振动在时域内通常是正弦波形；联轴器两端轴承轴向相位反向，相位角差值通常为180°（可正负偏差30°）。
3．轴弯曲。工频振动的最大值在径向，轴向振动也有所上升，径向振动在时域内通常为正弦波形。两端轴承径向相位同向，相位角差值通常为0°（可正负偏差30°）。