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摘要：通過(guò)對(duì)制氧空壓機(jī)組振動(dòng)故障的診斷實(shí)踐，得出機(jī)組共振故障的一般特征。這些結(jié)論，對(duì)診斷旋轉(zhuǎn)設(shè)備的共振故障具有重要的借鑒意義。
關(guān)鍵詞：空壓機(jī)組；共振；故障診斷
我公司 1.6萬(wàn) m3制氧機(jī)組是引進(jìn)法國(guó)上世紀(jì)60年代生產(chǎn)的二手設(shè)備，1992年建成投產(chǎn)。其中空壓機(jī)組除當(dāng)年投產(chǎn)試車時(shí)出現(xiàn)過(guò)振動(dòng)故障外，運(yùn)行尚屬穩(wěn)定。2003年11月，該機(jī)組由于主電機(jī)轉(zhuǎn)子極包燒損，更換了主電機(jī)。在聯(lián)體試車時(shí)，電機(jī)出現(xiàn)強(qiáng)烈振動(dòng)，不能運(yùn)行。為此，我們對(duì)該機(jī)組進(jìn)行了振動(dòng)監(jiān)測(cè)和診斷分析。本文介紹此次機(jī)組故障診斷和治理的實(shí)踐過(guò)程和經(jīng)驗(yàn)。
一、機(jī)組結(jié)構(gòu)和測(cè)點(diǎn)布置
1．機(jī)組結(jié)構(gòu)和參數(shù)
機(jī)組的結(jié)構(gòu)如圖1所示。電機(jī)通過(guò)齒輪驅(qū)動(dòng)四級(jí)H型空壓機(jī)。電機(jī)為同步電機(jī)，功率7650kw，轉(zhuǎn)速1500r／min。壓縮機(jī)風(fēng)量93000m3/h，I、Ⅱ級(jí)轉(zhuǎn)速4203r／min，皿、IV級(jí)轉(zhuǎn)速617lr／min。
2．測(cè)點(diǎn)布置
測(cè)點(diǎn)分布在各軸承座處，如圖1所示。水平。垂直和軸向分別記為H、V、A。
二、故障分析
1．故障現(xiàn)象描述
振動(dòng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)電機(jī)振動(dòng)具有以下一些特征。
（1）電機(jī)單體試車時(shí)，振動(dòng)狀況良好，測(cè)點(diǎn)①、②振動(dòng)值不大，均在20μm以下。但當(dāng)電機(jī)和壓縮機(jī)聯(lián)體試車時(shí)，壓縮機(jī)振動(dòng)狀況良好，各軸承座處振動(dòng)均在20μm左右，而電機(jī)振動(dòng)卻非常劇烈。其中，2003年12月13日，用手持表測(cè)得聯(lián)體試車時(shí)測(cè)點(diǎn)①的H、V和A向振動(dòng)值分別為66μm、190μm和77μm。
（2）如果在較短時(shí)間內(nèi)脫開聯(lián)軸器空轉(zhuǎn)電機(jī)，則電機(jī)不能恢復(fù)到單體試車時(shí)的正常狀態(tài)。例如，測(cè)點(diǎn)①V的振動(dòng)速度值在電機(jī)單體試車時(shí)不到Imm／s，經(jīng)聯(lián)體試車后，再空轉(zhuǎn)電機(jī)，則增加到14.lmm／s。
（3）電機(jī)同一測(cè)點(diǎn)處三個(gè)方向上的振動(dòng)值相差明顯，以垂直方向?yàn)?。
2．故障診斷分析
（1）這次對(duì)電機(jī)振動(dòng)故障的診斷，開始走了一些彎路。最初對(duì)電機(jī)進(jìn)行振動(dòng)頻譜分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，譜圖中一倍頻分量十分突出，即電機(jī)工頻分量占主導(dǎo)。按常理，此時(shí)應(yīng)首先考慮轉(zhuǎn)子存在不平衡故障。對(duì)轉(zhuǎn)速為 1500r/min的同步電機(jī)來(lái)說(shuō)，還應(yīng)考慮電氣方面的因素。但是，該電機(jī)兩個(gè)測(cè)點(diǎn)水平方向的振動(dòng)值很小，不符合不平衡故障的一般特征。并且，電機(jī)在斷電瞬間振動(dòng)值立刻顯著降低，表明振動(dòng)與電氣因素有關(guān)。根據(jù)以上分析，判斷電機(jī)振動(dòng)故障是由電氣方面的因素引起的。經(jīng)過(guò)對(duì)電機(jī)電氣參數(shù)重新檢查和調(diào)整，振動(dòng)故障依然存在，證明上述診斷結(jié)論是錯(cuò)誤的。
從后來(lái)對(duì)電機(jī)進(jìn)行升速曲線分析得知，造成誤判的主要原因，是由于將電機(jī)斷電后其振動(dòng)值立刻顯著降低看成是電機(jī)斷電所帶來(lái)的效應(yīng)。實(shí)際上，由于該電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速和其升速曲線上出現(xiàn)振動(dòng)峰值時(shí)的轉(zhuǎn)速過(guò)于接近，則斷電后，電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)很快遠(yuǎn)離振動(dòng)峰值處的轉(zhuǎn)速，從而其振動(dòng)值立刻顯著降低，如圖2所示。如果不借助專門儀器，僅憑人的感覺(jué)，則這一現(xiàn)象易被當(dāng)作電機(jī)的斷電效應(yīng)，以致帶來(lái)錯(cuò)誤的診斷結(jié)論。
（2）在經(jīng)過(guò)重新調(diào)整磁力中心、更換電機(jī)軸承、調(diào)整電機(jī)軸瓦間隙和緊力、電機(jī)轉(zhuǎn)子重新全速動(dòng)平衡等，乃至聯(lián)軸器上的聯(lián)接螺栓按重量對(duì)稱安裝等一系列檢查和調(diào)整后，電機(jī)振動(dòng)故障仍不能排除。由此推斷，電機(jī)的振動(dòng)故障可能是基礎(chǔ)問(wèn)題引起的機(jī)組共振。
該電機(jī)振動(dòng)不僅劇烈，而且振幅很不穩(wěn)定，隨時(shí)間呈喇叭形急劇增長(zhǎng)。例如，在2min的監(jiān)測(cè)時(shí)間內(nèi)，測(cè)點(diǎn)①V的振動(dòng)位移值從開始的150μm，很快增大到300μm，進(jìn)而達(dá)到600μm。如是機(jī)械或電氣方面的原因所致，則不論其振動(dòng)如何劇烈，在較短的時(shí)間內(nèi)，振動(dòng)值的增長(zhǎng)不會(huì)如此迅速。只有發(fā)生自激振動(dòng)，如油膜振蕩或強(qiáng)制振動(dòng)引起的共振時(shí)，其振動(dòng)值才會(huì)如此迅速增長(zhǎng)。
在試車過(guò)程中，電機(jī)振動(dòng)值對(duì)油溫的變化并不敏感，沒(méi)有跡象表明該振動(dòng)故障是由軸承油膜振蕩引起的。
但關(guān)于基礎(chǔ)問(wèn)題引起的機(jī)組共振的結(jié)論，在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)沒(méi)有形成統(tǒng)一意見(jiàn)，特別是基礎(chǔ)經(jīng)一次加固處理后電機(jī)振動(dòng)仍然沒(méi)有消除（后來(lái)的事實(shí)證明，主要是因?yàn)樘幚泶胧┎粔驈氐祝?，更加深了一部分人?duì)這一診斷結(jié)論的懷疑。
（3）單就電機(jī)而言，其固有頻率ƒ1與電機(jī)系統(tǒng)的支撐剛度k1；、電機(jī)轉(zhuǎn)子的質(zhì)量m1；有關(guān)。當(dāng)電機(jī)和壓縮機(jī)聯(lián)機(jī)時(shí)，應(yīng)將電機(jī)、聯(lián)軸器、壓縮機(jī)和基礎(chǔ)當(dāng)作一個(gè)整體系統(tǒng)來(lái)看待。這樣，整個(gè)機(jī)組系統(tǒng)的固有頻率發(fā)生了變化。因此不難理解，為什么電機(jī)單體試車時(shí)正常，而和壓縮機(jī)聯(lián)體試車時(shí)出現(xiàn)強(qiáng)烈共振了。
上述判斷也可從對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理后測(cè)量到的結(jié)果得到印證。該機(jī)組的基礎(chǔ)為一整體框架結(jié)構(gòu)，由若干“日”字形的梁和六根立柱構(gòu)成。電機(jī)和壓縮機(jī)分別安裝在基礎(chǔ)兩端。在處理電機(jī)振動(dòng)故障過(guò)程中，對(duì)基礎(chǔ)共進(jìn)行了兩次加固處理。*次，對(duì)電機(jī)側(cè)與電機(jī)軸垂直的兩根縱梁加固，并對(duì)壓縮機(jī)側(cè)兩根橫梁上的裂紋做了灌膠和表面粘接碳纖維處理。處理后，電機(jī)單體試車時(shí)，其振動(dòng)較基礎(chǔ)未作處理前更好，其中①H、①V、①A分別為4μm、3μm、6μm。聯(lián)體試車時(shí)，雖然電機(jī)振動(dòng)仍然劇烈，但其振動(dòng)特性較加固前有所改善。從電機(jī)的升
速曲線可以看出，1200r／min至 1470r／min區(qū)間的陡峭形態(tài)有所趨緩。并且，原來(lái)電機(jī)三個(gè)方向上的振動(dòng)由垂直方向較為突出，變?yōu)檩S向較為突出。這些現(xiàn)象表明，基礎(chǔ)加固后，系統(tǒng)的振動(dòng)特性發(fā)生了改變。因此，對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行處理的方向是正確的。第二次加固處理后的電機(jī)升速曲線更進(jìn)一步表明，機(jī)組的振動(dòng)特性得到了明顯改善。
三、故障處理
基礎(chǔ)的第二次加固處理是將壓縮機(jī)測(cè)基礎(chǔ)出現(xiàn)裂紋的橫梁和立柱之間用混凝土澆筑成一體，同時(shí)對(duì)電機(jī)側(cè)的立柱之間用角鋼加固。聯(lián)體試車時(shí)，電機(jī)前后軸承座處的振動(dòng)均降到60μm以下，電機(jī)振動(dòng)故障得以消除，機(jī)組恢復(fù)了正常運(yùn)行。
四、結(jié)論
通過(guò)這次對(duì)制氧空壓機(jī)組振動(dòng)故障的診斷實(shí)踐，可以總結(jié)出機(jī)組共振所具有的一般特征：（1）振動(dòng)頻譜圖上強(qiáng)制外力的振動(dòng)頻率分量十分突出；（2）機(jī)組發(fā)生共振時(shí)，其振動(dòng)幅值具有不穩(wěn)定性；（3）當(dāng)機(jī)組共振時(shí)，其振動(dòng)通常表現(xiàn)出很強(qiáng)的單向性。
