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离心压缩机电机空载正常负载振动剧烈诊断案例

  根据引起振动的机理不同,通常将转轴的振动分为强制振动和自激振动, 强制振动是由某些强制外力,如转子的不平衡力作用在转轴上而引起的, 而自激振动是转子在运转过程中产生的交变力作用于转子所致,在强制振动中,当强制外力的频率与转轴的固有频率相一致或十分接近时,则产生所谓的共振现象,这时,振动的振幅变得非常大,如果转轴的转速越过引起共振现象的临界转速,则其振幅立即变小,为防止共振现象的发生,在进行机器设计时要尽可能使其固有频率偏离强制外力的频率, 在自激振动中,由于维持振动的交变力是由运动本身所产生的。所以当引起交变力的条件发生改变时, 此交变力即行消失,自激振动是随着时间而增长的,是失稳振动。在对电机进行振动监测时发现, 该电机振动不仅剧烈, 而且振幅很不稳定, 且振动特性是非线性的,随时间呈喇叭形急剧增长,例如,在 2分钟的监测时间内,测点 1V 的振动位移值,从开始的150um 很快增大到300um,进而达到600um,大家知道,在电机振动故障中,如是机械或电气方面的原因所致,则不论其振动如何剧烈,在较短的时间内,其振动值的增长一般不会如此迅速,除非经过较长时间振动以后,引起新的并发故障,才会导致振动值有一个明显的增加, 但随后又会大致保持在一个相对稳定的水平上,只有当发生自激振动,如油膜振荡,或强制振动中的共振时,其振动值才会如此迅速地增长。

  从此次处理解决机械电器振动问题分析, 振动是局部影响系统,性质非常复杂,分析判断困难。 在对基础进行加固处理,即对压缩机侧基础出现裂纹的横梁和立柱之间用混凝土浇筑成一体, 同时对电机侧的立柱之间用角钢进行加固。联体试车时,电机前后轴承座处的振动均降到50um以下,电机振动故障得以消除,机组恢复了正常运行。

  从对电机进行升速曲线分析时得知,由于该电机的工作转速和其升速曲线上出现振动峰值时的转速过于接近,则断电后,电机的转速会很快远离振动峰值处的转速,从而其振动值立刻显著降低,如图2所示。

  2013年11月29 日,该厂9号空压机主电机转子引线处开路,将该电机检修处理后联动试车,电机自由端轴承振动大,轴承外壳垂直方向振幅80um,检查轴承调整瓦背紧力后,振幅降至 52um随后转入正常生产。 运行至12 月2日因空分工况不好,9号机组停产进入检修。 对前 后轴瓦再次进行了检查。 修后联动试车 3 次,均发现电机后瓦振动大。 为避免频繁启车对压缩机造成损伤和便于分析原因,单试电机 结果西瓦振动仍高 最高振幅达 600um,经对电机转子做动平衡检查调整后,单试电机正常,联动试车电机西瓦振动剧烈, 反复多次均类似。

  油膜振荡引起的振动,虽然表现剧烈,且呈持续快速增长之势,但是它对轴承油温的变化比较敏感,并伴有低沉的吼叫声,在试车过程中,发现电机的振动值对油温的变化并不敏感, 没有迹象表明该电机的振动故障是由轴承油膜振荡引起的。

  测点布置如图1所示,在进行振动监测时,发现电机振动具有以下一些特征,电机单体试车时其振动状态良好,振动值不大,均在 20um以下,但当电机和压缩机进行联体试车时,压缩机振动状态良好,各轴承座处振动均在20um 左右, 而电机振动却非常剧烈.其中,2013 年12 月13 日,用手持表测得联体试车时测点1的H、V 和 A 向振动值分别为66um、190um、77um在联体试车电机出现振动异常后,如果在较短时间内脱开联轴器再空转电机,则电机不能恢复到单体试车时的正常状态,例如测点1V 的振动速度值,在电机单体试车时不到1mm/s经联体试车后,再空转电机,则增至14.1mm/s电机同一测点处三个方向上的振动值相差明显,以垂直方向为最大。

  该压缩机为双轴四级等温压缩,设计流量 93100立方米/h,排出压力0.645兆帕,主轴(电机)转速1500r/min压缩机的 4 个叶轮分别安装在两个转速不同的小齿轮轴的两侧,构成高低速两个转子每个叶轮与各自独立的蜗壳构成气流流道 高低速转子分别布置在大齿轮轴的两侧,由大齿轮带动,大齿轮轴通过齿式联轴器与电机连接,如图 1 所示

  该机组的基础为一整体框架结构, 由若干组成“日”字形的梁和六根立柱构成,电机和压缩机分别安装在日字形的两端,运行中压缩机侧基础两边出现严重纵向裂纹,根据系统的固有频率与系统支撑刚度、系统的质量关系,单就电机而言,其固有频率,与电机系统的支撑刚度,电机转子的质量 有关,当电机和压缩机联机时,应将电机、联轴器、压缩机和基础当作一个整体系统来看待,这样,整个机组系统的固有频率发生了变化。 因此在电机单体试车时, 电机的固有频率和转子强制外力的频率较远,共振现象不会发生, 但是,当电机和压缩机联体试车时,一方面由于压缩机侧基础出现严重裂纹,使整个系统的支撑刚度降低,另一方面,转子的等效质量也相应变大, 这样使得系统的固有频率降低,并且过于接近转子强制外力的频率,从而导致系统共振现象的发生。 从图2可知,机组转子的临界转速实际为,1470r/min和转速为1500r/min的强制外力的频率非常接近,这样机组发生共振。 综合以上分析, 判断电机的剧烈振动是电机自振频率与系统固有频率非常接近引起的,即共振。

  首先,在对电机进行振动频谱分析时发现,其谱图中一倍频分量十分突出%即电机工频分量占主导,当振动频谱图中一倍频分量突出时, 分析原因可能有转子存在不平衡故障,对转速为1500r/min 的同步电机来说,同时还应考虑电气方面的因素,但是,发现该电机两个测点水平方向的振动值很小, 这不符合不平衡故障的一般特征,并且,检测到电机在断电的瞬间,其振动值立刻显著降低,表明电机振动可能与电气因素有关, 但经过对电机电气方面的参数进行重新检查和调整,电机振动故障依然存在,证明可以排除电气方面的因素。