张威
摘要对大机组实施状态监测，应用振动趋势和频谱分析法，对设备状态作出实时评价，对故障提前预报并作出诊断，合理制定检修计划，避免破坏性故障的发生，提高设备运行可靠性和稳定性。
关键词振动趋势频谱分析设备维护大机组
中图分类号TQ051文献标识码B
根据监测设备状态制定检修计划，对大机组稳定运行和化工生产至关重要。在线状态监测系统复杂成本高，对于设备数量多、类型多的化工企业难以推广；简易监测采用绝对标准法评价设备状态，因标准划定的设备种类范围过大，定位不够精确，即使是同类设备由于安装基础、结构刚度和设计、制造工艺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。所以绝对标准有时不能准确评价设备状态。在此介绍基于振动趋势和频谱分析的预知性维护方法，以RWBⅡ-496E型－15℃冷冻机组为例，说明其在大机组维护中的具体应用。
一、技术参数及测点布置
RWBII-496E型一15℃冷冻机组是年产2.8万t环氧氯丙烷装置的关键设备。该冷冻机组的双螺杆压缩机，利用膜片弹性联轴器与电机相连。电机型号C647AA-1，功率930kW，转速2970r/min，工频49.5Hz。电机前后轴承均为滑动轴承。电机、韧体前后轴承振动测点布置如图1所示。
二、数据采集和处理
1．测试参数洗择
根据ISO3945-1985，选用旋转机械振动烈度即轴承振动速度的均方根值（有效值）Vrms作为评定标准，分析设备的基础松动、转子不平衡、转子弯曲、动静件摩擦、不对中、油膜涡动与振荡等低中频故障。选用加速度的冲击脉冲（dB值）分析、度量轴承损坏和碰撞冲击的高频故障。
2．监测周期
正常情况为每2周1次，发现振动明显增大等异常情况时，故障隐患可能扩展较快，应适当缩短监测周期，及时监测设备运行状况，避免突发故障。
3．测点选取
测点通常选设备振动敏感部位即轴承所在部位，包括垂直(H)、轴向(A)、水平(V)三个位置。测点一旦选定应做上标记，以确保每次监测时都是从同一位置获取信号。测量仪器若为一体时，探头应与测量方向一致，角度偏斜不得超过10°。压力应保持在10N左右，若为铁磁性的探头，磁力应大于160N。
4．基准级值的确定
在实践中发现设备振动与设备结构、转轴与机壳间的机械阻尼、安装条件、运行工况、监测方法等诸多因素密切相关，特别是对于大机组影响因素较多。结合化工厂设备特点采用相对标准，对所测数据作数理统计的方法制定基准级值。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。按以上方法电机的基准级值为1.1mm/s。
5．振动烈度界限值
根据ISO3945-1985，在＜1kHz范围内按等级间比例1:1.6，振动烈度等级差值为4dB确定振动界限值。速度级值范围的状态评价：4.5mm/s危险区。
三、故障现象
监测中发现电机前后轴承振动自2005年6月中旬出现增大趋势，其中联轴器侧增幅明显，7月20日1A测点振动增至基准级值的1.8倍，其次1H增至1.7倍、1V增至1.5倍。设备虽可安全运转但存在故障隐患，故障处于发生、发展阶段，应加强监测。同时根据3年来的监测和维护发现，因压缩机壳体与轴承座为一体，刚度较大，且受出口管内气体压力脉动的影响，3H、3V、4H、4V为非敏感测点。据此加强对电机联轴器侧轴承的监测，并作趋势分析，合理确定检修维护时间。
四、趋势分析
状态标准将设备状态分为若干级，但设备状态的变化是连续的，也就是说，一台振幅稍低于某一分级线的设备其运行状态并不一定比振幅稍高于此线的设备好的多，因此需在此基础上，进行趋势分析，即依据设备历史数据绘制出设备状态变化曲线，并根据振动变化趋势，全面准确分析判断设备运行状态，预知设备尚可安全运行期限，推测设备在何时达到某种状态，及何时行检修。对1A、1H、1V三测点检测的振动趋势如图2所示。
由趋势图可见，6月14日一8月23日1A振动≤2.6mm/s，在允许区，处于轻度异常状态，振动曲线平缓，没有随运行时数的延长而明显增大趋势，相对稳定，尚可安全运行。8月27日1A振动升至3.0mm/s，达报警区，设备处于异常状态，趋势曲线变得陡斜，振动增幅明显，同时轴向和垂直向振动亦出现明显增大趋势，表明故障隐患加剧，缩短监测周期3～5天1次。9月17日1A振动增至4.5mm/s，达故障发生临界状态，应及时停机检修，否则将发生轴瓦磨损、转子弯曲、压缩机轴封损坏等破坏性故障。
五、频谱分析
根据监测经验，设备运行状态达报警区后故障特征频谱明显，容易分析诊断故障原因，进行频谱分析，并据此制定维修方案。
联轴器侧振动振幅增量最大，所以主要对测点1进行频谱分析，比较停车检修前该测点正常（图3、4、5）和增大后（图6、7、8）的振动幅值，可看出：①特征频谱正常时为l×频，增大后为1×、2×频，并伴有高次谐波。②l×、2×频幅值较正常时明显增大，轴向(lA)l×频幅值达1.7mm/s为正常时的4.25倍，l×频幅值达0.9mm/s为正常时的9倍；垂直向(1V)l×频幅值达1.9mm/s为正常时的3.1倍，2×频增至0.8mm/s；水平向（1H）2×频增至0.6mm/s。
六、故障诊断
此机组压缩机于2005年2月大修，修后压缩机机体振动未见明显变化，排除压缩机故障；根据以上频谱特征，振动增大后电机轴承频谱图未见分数频成分，排除电机轴承故障；主要振动方向为轴向，排除转子弯曲；振动增大后1H、1V出现明显2×、3×频及高次谐波，排除转子动平衡不良；时域波形中未见削波现象，排除动静件摩擦。根据以上频谱分析初步判断为对中不良。并据起势图于9月17日停车检修，对中校核发现轴向对中偏差0.56mm，径向偏差0.48mm，超出规定值4.6倍，确定为对中故障。
重新对中校核后，9月25日IA、1H频谱如图9、10所示振动均以l×频为主，l×频幅值分别降至0.5mm/s和0.75mm/s。1A和1H测点Vrms分别降至1.2mm/s、1.4mm/s。设备运转正常。
参考文献
1盛兆顺，尹琦岭．设备状态监测与故障诊断技术及应用．化学工业出版社
2王江萍．机械设备故障诊断技术及应用．西北工业大学出版社
3岑汉利．化工机械测试技术北学工业出版社