基于矢量的風(fēng)機振動監(jiān)測與診斷

1.引言

振動直接影響到風(fēng)機的安全穩(wěn)定運行，嚴(yán)重時還會導(dǎo)致設(shè)備損壞等惡性事故的發(fā)生。在對風(fēng)機振動進行監(jiān)測時，廠方大都只重視振動的幅值，即以振動的大小作為振動監(jiān)測、分析和狀態(tài)檢測的依據(jù)。這種方法雖然在多數(shù)情況下有效，但在一些特殊情況下，卻會掩蓋振動現(xiàn)象，造成技術(shù)人員的誤解。隨著現(xiàn)代測試技術(shù)的發(fā)展，振動相位的測量技術(shù)已越來越可靠。技術(shù)人員通過振動相位測量，對振動問題的認(rèn)識將會大大加深。本文結(jié)合筆者處理過的幾臺風(fēng)機振動故障，介紹了基于振動幅值和相位的矢量監(jiān)測模型以及相位在振動分析中的重要性。

2.相位的概念和測量方法

如圖1所示，在旋轉(zhuǎn)軸上開一缺口，用渦流傳感器對準(zhǔn)轉(zhuǎn)軸，當(dāng)軸上缺口轉(zhuǎn)到渦流傳感器處時，渦流傳感器脈沖輸出。同時用振動傳感器測量軸的振動，得到相應(yīng)的軸振信號，比較軸振信號與脈沖信號，求出脈沖到其后振動信號最大點之間的角度差，即以此為相位。鍵相脈沖的產(chǎn)生也可以通過在轉(zhuǎn)軸上刷黑漆和貼反光帶，利用光電傳感器光電效應(yīng)的方法來獲取。

3.振動矢量的概念

振動監(jiān)測時，廠方大都只重視振動的大小。當(dāng)振動超過設(shè)定閾值后，就開始報警或自動停機。這種方法實際上是把振動問題簡單化，也就是把振動量作為一個標(biāo)量來看待。有了相位后，對振動問題的認(rèn)識除了大小外還有角度。此時振動就可以用如圖2所示的“靶圖”來表示。振動問題由此而成為一個矢量概念。在透平機械振動監(jiān)測中，已有一些國家采用聯(lián)合振動幅值和角度的矢量模型對機組進行監(jiān)測。這種方法是以某一區(qū)域作為安全區(qū)，一旦振動矢量點落到安全區(qū)外，機組便會報警或采取保護動作。

4.基于振動矢量的風(fēng)機振動分析案例

某臺軸流壓縮機大修后開機，運行中發(fā)現(xiàn)振動較大。該機振動經(jīng)常在50～70μm之間變化?？紤]到振動變化幅度在20μm左右，而振動的基數(shù)為50μm，明顯偏大，起初簡單地認(rèn)為該機振動只是一平衡問題。但當(dāng)?shù)浆F(xiàn)場測試時，發(fā)現(xiàn)情況完全不同。機組開機?h內(nèi)的振動變化可以簡單地表示為60∠90°→50∠180°→70∠260°。雖然振動振幅的變化在50～70μm之間，變化幅度不大，但考慮了相位后，發(fā)現(xiàn)振動變化幅度很大，達到了130μm左右。如此大的變化幅度肯定不僅僅是不平衡故障引起的。打開機組檢查發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)子兩端氣封摩擦很嚴(yán)重，轉(zhuǎn)子表面局部磨得發(fā)藍(lán)。進一步檢查發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)子在氣缸里傾斜，調(diào)整轉(zhuǎn)子與氣缸的同心度后，再次開機，振動平穩(wěn)，通過一次動平衡試驗，使運行達到穩(wěn)定。

5.基于振動矢量的動平衡一次加重法

目前，很多企業(yè)風(fēng)機動平衡工作仍然采用傳統(tǒng)的三點法。這種方法只需根據(jù)振動幅值，通過在轉(zhuǎn)子圓周上3個方位試加重的方法來確定動平衡配重。這種方法雖然看起來簡單，但是機組需要反復(fù)啟停多次，不僅費時、費力，而且動平衡精度也不是很高。

有了相位后，可以由振動相位推算出不平衡所在角度。以圖3所示傳感器布置為例進行分析。相位反映的是振動信號高點滯后于鍵相信號之間的角度，因此，由振動傳感器逆轉(zhuǎn)一個相位角，即可找到振動高點P。由振動理論可知，不平衡力總是超前振動高點一個滯后角 ，因此由高點P順轉(zhuǎn)一個滯后角，即可找到不平衡所在位置Q。不平衡所在位置的對面T就是應(yīng)該加平衡配重的位置。假設(shè)振動相位45°，取滯后角90°，由圖3可知，實際加重位置即為由轉(zhuǎn)軸上鍵相標(biāo)記逆轉(zhuǎn)225°處。采用這種方法，現(xiàn)場動平衡一次成功的準(zhǔn)確率可達70％以上，大大減少了開機次數(shù)和工作強度。根據(jù)經(jīng)驗，動平衡試驗時，試加重的角度比試加重的大小要重要得多，而試加重的角度直接取決于振動相位角。試加重角度正確，加重前后振動則會有明顯變化，其后的動平衡過程也會開展得很順利。

6.結(jié)論

相位是振動分析中一個非常重要的參數(shù)。有了相位后，人們對振動問題的認(rèn)識從標(biāo)量發(fā)展到矢量。聯(lián)合振動幅值和相位的振動矢量監(jiān)測法會更全面、更早地監(jiān)測振動故障的發(fā)生與發(fā)展過程，以加深對振動問題的認(rèn)識。有了相位后，技術(shù)人員可以實現(xiàn)對不平衡故障的一次加重，可大大減少動平衡工作的工作量，同時也能大大提高動平衡精度。