振动分析仪在火电厂转动机械中的应用

胡月红，周 刚，訾 娟

(1.承德石油高等专科学校热能工程系，河北 承德 067000;2.内蒙古京宁热电责任有限责任公司，内蒙古 乌兰察布 012000;3.内蒙古国华准格尔发电有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯 010300)

振动是火电厂转动机械的常见故障，对机组安全运行危害很大。振动同时也是设备的“体温计”，直接反映了设备安全运行状况。开展好转动设备振动分析是搞好设备预知性检修的基础，解决好转机的振动问题是保障转动设备可靠性的关键。目前常见的机组状态检修方法有振动分析、油液分析、红外热成像等技术，内蒙古国华准格尔电厂(以下简称“国华准电”)从2011年底使用离线振动分析仪后，应用故障诊断技术理论并结合工作经验，成功分析和处理了几种转动设备异常的情况，消除了事故隐患。

1 状态监测数据库的建立

转动设备的振动监测与分析是国华准电精密点检工作的重点，设备状态检修工作是以CSI2130振动分析仪为数据采集工具，设备健康管理系统(AMS)为数据分析平台展开的，AMS系统是基于以可靠性为基础的维修理念，集成振动分析、动平衡试验、油液分析、红外热成像等多种技术为一体的软件平台［1-2］。

AMS为数据库的建立提供了标准化的数据模版［3-4］，用户只需定义数据库所包含的设备测点及相关参数信息即可，振动数据采集以及分析流程如图1所示:

2 振动分析在国华准电的应用实例

振动故障和特征之间不是一一对应关系，而是多重交叉关系，而且一种故障在特征上有多方面的反映。例如转子不平衡过大，引起的是基频振动过大;同样支撑动刚度不足，轴系连接同心度、平直度偏差等故障，也是基频振动过大。

在线性系统中，部件呈现的振幅与作用在部件上的激振力成正比，与它的动刚度成反比。

2.1 一倍频振动大原因分析及处理

在频谱分析中，1倍选频大是最常见故障之一，通过对振动频谱中一倍频成分的分析研究，各种典型辅机异常振动原因分析如下:

2.1.1 3B凝结水泵电机自由端因动不平衡引起的振动大问题

3B凝泵电机自由端东西方向振动自2012年8月份以来偏大，一直保持在80 μm以上，精密点检人员采用CSI2130对其进行采集和跟踪，发现振动频谱主要是一倍频，占通频值的90%以上，初步诊断为质量不平衡、基础支撑刚度差、中心连接不正等原因，由于振动仪为单通道仪器，不能进行相位分析，随后对凝泵电机的地脚底座进行对比测量，没有发现异常;利用周末低负荷检修策略对凝泵的对轮中心进行复查，亦在标准范围内;最终判定一倍频增大原因为质量不平衡，通过对电机实施动平衡技术，经过200 g的配重和∠351°相位角调整，最终将振动降低到了0.02 μm优良范围内，凝泵电机振动大问题最后划上了圆满的句号。

2.1.2 3B给水泵自由端因连接刚度不同引起共振问题

3B给水泵自由端轴承水平振动在转速达4 500 rpm至4 800 rpm，振动均超过4.5 mm/s(ISO 10816标准)，转速达4 587 rpm时，主泵自由端水平振动最大达10.05 mm/s(如图2所示)，主泵振动特点是振动值由小变大、由大变小，是属于某一转速范围内的振动，转速超过4 900 rpm以后，振动值均在合格范围内。振动频谱以一倍频为主，无高次谐波。同时测量发现:同一轴承的三个振速同步变化，但垂直以及轴向振动程度不高，给水泵同一轴上的两个水平振动大。振动增大过程中的其他状态参数(瓦温、流量、压力)无异常变化;在4 600转速时测量发现给水泵自由端润滑油回油管道水平振动高达11丝，轴向振动和垂直振动不大(同转速下的3A给水泵无此现象:3－5丝左右)，在此转速下采用敲击法测量是否共振，结果发现对润滑油回油管道施加不均匀不同向的力时，监测给水泵及管道振动都有明显变化(下降了3丝左右)，离开共振区的4 448 rpm时，管道振动3.6丝，正常。

所以怀疑是某零部件、结构件在外力作用下所产生的固有共振为自激振动，其频率与不同的结构对应，即刚度不同引起的不同共振。建议对该管道进行改造，由原管道改为金属软管连接，消除管道振动，以及对给水泵的进出口管道进行支撑加固，防止其固有频率降低至给水泵的转速内。

在3号机组临修时，对给水泵的润滑油管道加装了补偿器后(如图3所示)，4 600 rpm区间时的振动降到了0.05 mm以下，一倍频分量随之明显下降，收到了满意的效果。

2.1.3 热网软化水补水泵电机因地脚松动引起的振动大问题

软化水泵属于清水泵系列，卧式布置，2012年10月份热网投运后，C软化水泵电机振动达100 μm，测量频谱中也是一倍选频量占主导地位，同时在测量中发现，C泵停运时，在电机侧居然能测量到40 μm的振动值，且越往泵侧振动越小，越往电机自由端振动越大，所以怀疑电机侧振动从基础传来，后检查地脚发现，基础台版和泵体连接的螺栓松动。紧固电机四角的地脚螺栓后，振动恢复正常。

2.1.4 1B引风机壳体因膨胀不畅引起的振动大问题

引风机为轴流式、成都电力机械厂生产的AN系列风机，7月16日开始关注1B引风机振动问题，振动与负荷呈正比例变化，水平振动突出，轴向和垂直由于耦合效应随着增大、不过幅值很小，所以不平衡引起的振动问题不是主要原因;从波形频谱图上看出水平振动以一倍频为主，但是叶片通过频率较明显(如图4所示);测量地脚处振动均在合理范围内，若是风机内部导环刚度差温度引起振动，需等停机才能进行检查，后查厂家说明书，按照厂家资料要求安装时一定要注意按安装图仔细装调，务使进气箱和扩压管在基础上固定的同时还可在一定的外力作用下能自由滑动一定的距离，以利设备在热态运行时有一定的伸缩量，为此，固定螺栓下面都设置有滑套。锅炉专业采用“松-紧”进气箱的左右地脚后振动明显下降，通过实践说明是螺栓太紧以致于机壳热态无法自由膨胀引起的振动大问题。

2.2 二倍频振动大原因分析及处理

2D循环泵为立式混流泵，循环泵振动大出现在垂直于管道流向的径向位置，经频谱分析，2D循泵的13丝振动主要成分为2倍频，为明显的不对中迹象(见图5)，所以解体后主要查找方向为联轴器连接问题及电机气隙均匀度问题，事实上，解体后发现电机自由端导瓦的同心度严重超标引起了电机的气隙偏差，后经调整试转后，再次检查频谱(如图6所示)，发现2倍频明显下降，且明显低于一倍频，同时振动通频值由13丝回降到6丝，达到标准范围内。

3 结论

火电厂中转动设备较多，平时缺陷、维护量最多，故障诊断是最常见、最难处理的问题之一。以往，在转动设备出现异常时，较常用方法是采取反复拆装、查找故障根源的情况，这样不但增加了维修工作量而且影响机组的安全和发电量，利用CSI2130精密振动分析仪器并结合现场实际进行振动研究分析工作，不仅能及时、尽早地发现和消除设备存在的隐患，还能收集更多的状态信息，同时更能培养一批技术人才，为实施状态检修和优化检修策略打下了坚实的基础。

［1］CSI 2130分析使用手册［S］.(Emerson Process Management).

［2］陈江，沙德生.火电厂精密点检及故障诊断案例分析［M］.北京:中国电力出版社，2011.

［3］何景权.关于发电厂实施设备状态检修的探讨［J］.电站系统工程，2009，25(3):61－62.

［4］陈建华，段美春.振动分析技术在火电厂转动设备状态检修中的应用［J］.机电工程技术，2008，37(4):87－89.