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机电设备安装振动超差问题及措施

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机电设备安装振动超差问题及措施

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