山松
摘要旋转机械故障诊断中，振动频率主要为1倍频的故障原因是难以判别的，尤其是结构复杂的大型机组，其可能导致1倍频振动的故障原因有二十多种。某炼油厂烟气能量回收四机组的烟机转子轴振动数值很大，且故障频率主要为1倍频。在时设备进行了精密诊断之后，找出故障所在。确保机组连续运行，并为以后的维修提供了方向。
某炼油厂烟气能量回收四机组是催化裂化装置的核心设备，担负着向催化剂再生器提供烧焦用风的任务。同时采用电动/发电机发电以实现能量的回收。机组结构简图如图1所示。2002年5至7月期间该机组的烟机转子轴振动和壳体振动均逐渐增大。7月17日对该机组进行状态监测时，在二次仪表上测得的烟机转子轴振动最大值为87.4tm；壳体振动最大值出现在图1中测点2处水平方向，其振动值为9.01mm/s（均方根值）。经过振动频谱分析，故障主要是由于烟机转子存在较严重的动不平衡。8月份该厂按计划进行大修，换用备用烟机转子。重新投入运行后，图1中测点1处两个方向振动值很大。9月16日再次对机组进行状态监测和故障诊断。
一、出现1倍频振动的故障原因简述
转动机械振动状态监测中频谱成分主要为1倍频的故障是最常见的。大多数故障的发生都会导致1倍频振动的增大，1倍频振动大的故障多数情况下是由于转子存在动不平衡。但在实际工作中由于机组形式和故障类型的多样性，以及机组工作环境和导致故障的原因的复杂性。机组出现1倍频振动大，在没有诊断出振动真正原因的情况下，就以做转子动平衡的措施处理，往往不但不能解决问题，而且会在机器拆装的过程中造成新的故障使问题更为复杂。
造成机组1倍频振动增大的原因除了转子动不平衡外，常见的故障还有转子不对中、转子弯曲、转子干摩擦、皮带轮不平行或皮带紧力不当、轴瓦间隙过大或偏位、联轴器制造或安装误差、基础松动、机壳变形、结构共振、转子形状误差、电磁力以及流体介质干扰等。对于结构复杂的大型机组诊断1倍频振动大的故障原因时，需要采用多种检测方法，综合考虑多种因素才能最终做出判断。
二、故障分析
在9月16日对机组的监测中，分别在壳体和二次仪表上采集振动数据。整体上看电动/发电机、汽轮机和轴流风机的振动值和频谱成分均属正常。烟机转子上两测点各方向的振动值见表1（表中测点位置见图1）。在壳体上监测到的烟机两测点振动烈度值较小，且频谱成分均主要为1倍频。以壳体振动监测情况看烟机运行状态较好。但是在二次仪表上测得的烟机转子测点1处有两个方向轴振动值很大，已超过了机组设定的二级报警值（80μm），影响到了机组继续运行。因为设备刚进行了大修，所以需要对设备的管理和维修情况做广泛的了解。首先，通过检查测点1位置的监测系统工作正常。在用的烟机转子存放一直按规定吊置，使用前也做了平衡检测。转子支撑轴瓦间隙、紧力等安装数据均符合相关规范要求。烟机转子与轴流风机转子之间使用摩擦片式联轴器连接且安装的对中数据也符合规范要求。工艺方面烟气及烟气冷却用蒸气的质量均较好。烟气气流干扰及烟气中颗粒附着在叶片上的可能性很小。烟机壳体振动监测也表明转子不存在动平衡故障。电动/发电机的电流负荷稳定，且中间联接着汽轮机和轴流风机，不存在对烟机转子的电磁力干扰问题。综合上述情况机组运行状态较好。那么在二次仪表上测得的测点1振动值大是如何产生的呢？在对测点1处轴振动谱图进一步分析中发现两监测方向的时域谱图非常相似（见图2）。从时域图中可以看到两方向的信号都在接近每隔0.01mm/s（约为100Hz）出现一次峰值，此频率正是烟机的转动频率（烟机转速为5888r/min)，且出现的两个方向的峰值大小接近。表明烟机转子每转一周其轴颈监测面分别与两个方向的传感器之间的距离发生一次较大变化，即轴颈监测面存在形状误差。
三、结论
在机组壳体振动数据的辅助下，综合设备管理情况和维修数据得出以下结论：二次仪表上测得的烟机转子测点1处数值严重超标是由于该测点处轴颈形状误差所致。总体上看机组运行状态较好。
上述结论得到了厂方认同，机组得以继续运行。2003年3月厂方将烟机转子送机械厂加工整形，机组恢复运行后测点1处轴振动值降为9.40μm、3.17μm。