机电设备安装振动超差问题及措施

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摘要：

机电设备安装后调试过程中发生振动超标，对施工进度产生严重滞后，处理不好振动问题，设备运行寿命将受到影响。卧式泵主要由电机、联轴器、泵体等组成。现场运用机电设备振动分析理论，通过提高安装精度，处理振动超差问题。

关键词：

振动分析理论；振动标准；压缩机；电机

1引言

通用机电设备中，泵、风机、压缩机、电机等使用较多，且安装后调试过程中，振动问题在故障中占较大比重，对施工进度产生严重滞后，处理不好振动问题，设备运行寿命将受到影响。振动反映设备的运行状况，设备正常运行时，振动数值和振动变化值较小；当振动数值增大时，说明设备出现一定程度异常。振动是机电设备安全运行评估重要指标，是影响设备安全、稳定运行重要因素[1]。文章主要对压缩机、泵、电机等机电设备振动超差问题进行分析，运用设备故障诊断技术，处理机电设备安装后振动超差故障，并对相关处理过程、方法进行总结，以期找到类似设备，现场调试过程中，振动问题处理的有效方法。

2机电设备振动分析理论及标准

机械振动是指物体围绕其平衡位置作往复交替的运动。机械振动的来源主要由机器零件制造公差、组装间隙、零件间摩擦、旋转不平衡等造成。振动按产生原因分为自由振动、受迫振动、自激振动，机械故障产生的振动，多属于受迫振动和自激振动。振动按振动频分为高频振动、中频振动、低频振动，它是设备诊断中重要概念，是设备振动分析的重要工具。常用振动测量参数有速度、位移、加速度，国际上振动速度是常用分析诊断参数，振动速度单位：mm/s；位移单位：μm；加速度单位：m/s2[2]。机电设备是由多个部件装配组成的振动系统，当系统以某阶振型振动时，称为某阶主振动。它由多个零部件振动叠加而成，与设备整体质量和刚度有关，质量增大或刚度减小频率降低，反之增高。可通过改变设备零部件质量、配合尺寸，系统刚度来调整设备主振动，避免共振和设备振动超标等问题。机电设备中与转速相等的频率用1X表示，称为工频或基频（固有频率），用傅立叶变换进行振动频谱分析，得到不等的工频成分，用以不同故障分析。例如，热变形、不平衡、共振、刚度不足、摩擦等故障的特征频率都是工频，对故障性质作一个初步、定性判断。机电设备振动标准值，参考国标GB11347.1-89，即大型旋转机械振动烈度评定等级，根据标准，对测量点三个垂直方向进行测量，有一个超过标准规定值，即判断设备不合格，普通机电旋转设备试车时，振动速度值一般控制在7.1mm/s以内，重要设备振动速度值控制在2.8mm/s以内。机电设备振动数值，是检查考核机电设备设计水平、制造、安装、检修质量，保障设备安全运行的重要指标[3]。

3振动超差分析

机电设备现场调试过程中发生振动超差，通常运用设备故障诊断技，对现场调试过程中收集的数据进行分析，如振动频率、振动形态、振动相位及方向等，初步判断振动超差原因，然后采取验证措施，一步一步解决振动问题。

3.1振动频率分析

不同振动特征对应不同的频率，引起振动超差问题原因有不平衡、不对中、轴弯曲、轴承座刚性差、轴的异形、基础刚度不足、承压差、油膜涡动、电动机电气部件异常等，对应振动频率为工频，数值在几百赫兹以下，滚动轴承如有划痕、润滑不良、灰尘，振动频率会有数万赫兹以上。转子不平衡、轴线不对中、转子偏心、机械松动等缺陷，会使振动速度频普有高于工频值2X的振动频率分量。振动速度近似一条正弦曲线，就不存在突变情况，不会有冲击、碰撞摩擦因素的存在[1]。某冷水机组主要由电机、压缩机、蒸发器、冷凝器等组成，设备重量9.3t，制冷功率1120kW，单台电机功率160kW。试车过程中振动超差，经检查设备安装及外接管路附件安装，未发现问题，后经反复试车，分析振动频谱，发现电机转子存在不平衡、轴线不对中情况，逐步检查发现电机风扇，存在动不平衡，通过对称去料法配平衡，最终调试成功。

3.2振动形态分析

设备转速下降过程中振动数值保持恒定时，属于自激振动，如油膜振荡；当振动数值很快衰减到一定振幅时，属于共振现象；当振动数值按照一定比例衰减时，属于强制振动，如存在设备部件不平衡。某台卧式泵，额定功率7.5kW，首次启动试车振动超差，经多次检查联轴器对中数据，未发现问题。调试过程中发现电机停转过程中振动数值按比例阶梯下降，松开泵地脚紧固螺栓，发现泵体被管道垂直拉高2mm，设备安装存在应力，使泵强制振动。松开泵出口法兰，调整管路支架，消除应力，再次启动泵，振动合格。

3.3振动相位分析

按照同一频率的振动相位差，检查相互间做怎样的相对运动及趋势，从而采取加固措施。某立式泵由电机、联轴器、泵等组成，电机采用外接冷却水冷却方式进行冷却，轴功率355kW，电机首次空载启动振动超差，通过振动相位分析，电机冷却水接管水平方向振动最大，在此方向采取加固措施，对管道增加管夹加固，解决振动超差问题。

3.4振动方向分析

电机转子不平衡，易发生径向振动大，对中不良易发生轴向振动大特点。某卧式泵由电机、变速箱、联轴器、泵组成，轴功率300kW。泵调试过程中，多次运行后出现振动超差，为泵体驱动端轴向振动大，松开联轴器检查，发现电机与变速箱、变速箱与泵之间联轴器对中数据产生偏差，对中不满足技术手册要求，重新将联轴器对中，重新启泵，振动满足要求。

4振动超差问题处理

某相同两台立式泵，主要由电机、电机底座（圆板、方板、垫圈组成）、联轴器、泵体、泵体支撑环、泵体套筒等组成。为进口设备，轴功率392kW，泵体全长7.2m，单级离心水泵，电机采用外接冷却水进行冷却，电机电压6.6kV。小流量试验，泵及电机振动速度极限值要求不超过2.8mm/s。一号泵电机首次空载试车，振动超差，振动速度值最大5mm/s，通过振动频谱分析，振动主要集中在1X工频，还有4X频率的振动分量，排除安注泵电机轴承故障，转子不平衡、不对中、转子偏心等问题，可能有共振和机械松动等问题。经检查，发现电机安装存在虚角，通过增加不锈钢垫片调整配合平面度，电机底座更换为多伦垫圈，此垫圈能有效吸收振动，补偿电机安装产生的平面度误差，厚度由2mm增大到3mm，再次空载试车，振动数值最大2.4mm/s，满足要求。二号泵电机空载试车，根据振动图谱和前期相关设备施工经验分析，安喷泵振动超标主要由共振和机械松动、刚度不足等原因造成，电机设备冷却水方向振动最大，有相对运动趋势。现场对二号泵重新进行安装调整，发现电机基础板变形量，高差0.39mm，平面度超差较大，刚度不足问题。现场无法通过研磨方式处理平面度偏差，最后采取便携式法兰端面加工机床，现场机械加工处理，处理后平面度偏差最大0.02mm。试车后振动依旧超差，又通过对振动相位分析，在电机设冷水接口管道处增加临时支吊架，电机空载试车，振动最大2.8mm/s，符合要求。通过上述分析可以看出，振动问题处理是十分复杂的过程，要有分析理论支持，有的放矢的进行验证，从简单到复杂，从现场安装原因查找，再到设备制造原因查找；其次要有相关设备问题处理施工经验，防止衍生故障发生，造成越处理越复杂局面；最后充分利用现场测量数据、施工记录、厂家出厂制造资料、调试记录等，结合施工经验，仔细研究分析，制定详细验证方案，一步步排查、验证，处理振动超标问题。

5结论

通过运用设备故障诊断技术，处理机电设备安装后调试过程中发生振动超差，现场主要从提高安装质量，调整零部件配合精度，增强设备刚度几个方面入手，主要措施：①加强到货检验测量，安装配合表面水平度、平面度检验时需复测，发现偏差，及时处理；②设备安装后出现配合表面平面度偏差，偏差小的研磨处理，偏差大的机加工处理，保证配合面非线接触，满足75%以上接触面积，保证连接刚度，提高安装质量和精度；③联轴器对中精度越高越好，防止轴系不平衡诱发设备振动超标；④设备振动数值偏大方向，尝试增加支架，增大螺栓把紧力矩，增大设备基础尺寸等，提高设备刚度；⑤排除电气、电机冷却水流量和温度、设备安装衍生故障等原因引起的振动问题。

参考文献：

[1]杨建刚.旋转机械振动分析与工程应用[M].北京:中国电力出版社,2007.

[2]旋转机械转轴径向振动的测量和评定[S].GB/T11348.2-2007.

[3]杜极生.轴系扭转振动的试验监测和仪器[M].南京:东南大学出版社,1994.

作者:星宇 邹玉龙 单位:山东铝业职业学院 中国核电工程有限公司