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摘要：通過對制氧空壓機組振動故障的診斷實踐，得出機組共振故障的一般特征。這些結(jié)論，對診斷旋轉(zhuǎn)設(shè)備的共振故障具有重要的借鑒意義。
關(guān)鍵詞：空壓機組；共振；故障診斷
我公司 1.6萬 m3制氧機組是引進法國上世紀60年代生產(chǎn)的二手設(shè)備，1992年建成投產(chǎn)。其中空壓機組除當年投產(chǎn)試車時出現(xiàn)過振動故障外，運行尚屬穩(wěn)定。2003年11月，該機組由于主電機轉(zhuǎn)子極包燒損，更換了主電機。在聯(lián)體試車時，電機出現(xiàn)強烈振動，不能運行。為此，我們對該機組進行了振動監(jiān)測和診斷分析。本文介紹此次機組故障診斷和治理的實踐過程和經(jīng)驗。
一、機組結(jié)構(gòu)和測點布置
1．機組結(jié)構(gòu)和參數(shù)
機組的結(jié)構(gòu)如圖1所示。電機通過齒輪驅(qū)動四級H型空壓機。電機為同步電機，功率7650kw，轉(zhuǎn)速1500r／min。壓縮機風量93000m3/h，I、Ⅱ級轉(zhuǎn)速4203r／min，皿、IV級轉(zhuǎn)速617lr／min。
2．測點布置
測點分布在各軸承座處，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
振動監(jiān)測發(fā)現(xiàn)電機振動具有以下一些特征。
（1）電機單體試車時，振動狀況良好，測點①、②振動值不大，均在20μm以下。但當電機和壓縮機聯(lián)體試車時，壓縮機振動狀況良好，各軸承座處振動均在20μm左右，而電機振動卻非常劇烈。其中，2003年12月13日，用手持表測得聯(lián)體試車時測點①的H、V和A向振動值分別為66μm、190μm和77μm。
（2）如果在較短時間內(nèi)脫開聯(lián)軸器空轉(zhuǎn)電機，則電機不能恢復(fù)到單體試車時的正常狀態(tài)。例如，測點①V的振動速度值在電機單體試車時不到Imm／s，經(jīng)聯(lián)體試車后，再空轉(zhuǎn)電機，則增加到14.lmm／s。
（3）電機同一測點處三個方向上的振動值相差明顯，以垂直方向為*。
2．故障診斷分析
（1）這次對電機振動故障的診斷，開始走了一些彎路。最初對電機進行振動頻譜分析時發(fā)現(xiàn)，譜圖中一倍頻分量十分突出，即電機工頻分量占主導(dǎo)。按常理，此時應(yīng)首先考慮轉(zhuǎn)子存在不平衡故障。對轉(zhuǎn)速為 1500r/min的同步電機來說，還應(yīng)考慮電氣方面的因素。但是，該電機兩個測點水平方向的振動值很小，不符合不平衡故障的一般特征。并且，電機在斷電瞬間振動值立刻顯著降低，表明振動與電氣因素有關(guān)。根據(jù)以上分析，判斷電機振動故障是由電氣方面的因素引起的。經(jīng)過對電機電氣參數(shù)重新檢查和調(diào)整，振動故障依然存在，證明上述診斷結(jié)論是錯誤的。
從后來對電機進行升速曲線分析得知，造成誤判的主要原因，是由于將電機斷電后其振動值立刻顯著降低看成是電機斷電所帶來的效應(yīng)。實際上，由于該電機的工作轉(zhuǎn)速和其升速曲線上出現(xiàn)振動峰值時的轉(zhuǎn)速過于接近，則斷電后，電機的轉(zhuǎn)速會很快遠離振動峰值處的轉(zhuǎn)速，從而其振動值立刻顯著降低，如圖2所示。如果不借助專門儀器，僅憑人的感覺，則這一現(xiàn)象易被當作電機的斷電效應(yīng)，以致帶來錯誤的診斷結(jié)論。
（2）在經(jīng)過重新調(diào)整磁力中心、更換電機軸承、調(diào)整電機軸瓦間隙和緊力、電機轉(zhuǎn)子重新全速動平衡等，乃至聯(lián)軸器上的聯(lián)接螺栓按重量對稱安裝等一系列檢查和調(diào)整后，電機振動故障仍不能排除。由此推斷，電機的振動故障可能是基礎(chǔ)問題引起的機組共振。
該電機振動不僅劇烈，而且振幅很不穩(wěn)定，隨時間呈喇叭形急劇增長。例如，在2min的監(jiān)測時間內(nèi)，測點①V的振動位移值從開始的150μm，很快增大到300μm，進而達到600μm。如是機械或電氣方面的原因所致，則不論其振動如何劇烈，在較短的時間內(nèi)，振動值的增長不會如此迅速。只有發(fā)生自激振動，如油膜振蕩或強制振動引起的共振時，其振動值才會如此迅速增長。
在試車過程中，電機振動值對油溫的變化并不敏感，沒有跡象表明該振動故障是由軸承油膜振蕩引起的。
但關(guān)于基礎(chǔ)問題引起的機組共振的結(jié)論，在很長一段時間內(nèi)沒有形成統(tǒng)一意見，特別是基礎(chǔ)經(jīng)一次加固處理后電機振動仍然沒有消除（后來的事實證明，主要是因為處理措施不夠徹底），更加深了一部分人對這一診斷結(jié)論的懷疑。
（3）單就電機而言，其固有頻率ƒ1與電機系統(tǒng)的支撐剛度k1；、電機轉(zhuǎn)子的質(zhì)量m1；有關(guān)。當電機和壓縮機聯(lián)機時，應(yīng)將電機、聯(lián)軸器、壓縮機和基礎(chǔ)當作一個整體系統(tǒng)來看待。這樣，整個機組系統(tǒng)的固有頻率發(fā)生了變化。因此不難理解，為什么電機單體試車時正常，而和壓縮機聯(lián)體試車時出現(xiàn)強烈共振了。
上述判斷也可從對基礎(chǔ)進行加固處理后測量到的結(jié)果得到印證。該機組的基礎(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。電機和壓縮機分別安裝在基礎(chǔ)兩端。在處理電機振動故障過程中，對基礎(chǔ)共進行了兩次加固處理。*次，對電機側(cè)與電機軸垂直的兩根縱梁加固，并對壓縮機側(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，電機單體試車時，其振動較基礎(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，雖然電機振動仍然劇烈，但其振動特性較加固前有所改善。從電機的升
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，原來電機三個方向上的振動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)的振動特性發(fā)生了改變。因此，對基礎(chǔ)進行處理的方向是正確的。第二次加固處理后的電機升速曲線更進一步表明，機組的振動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測基礎(chǔ)出現(xiàn)裂紋的橫梁和立柱之間用混凝土澆筑成一體，同時對電機側(cè)的立柱之間用角鋼加固。聯(lián)體試車時，電機前后軸承座處的振動均降到60μm以下，電機振動故障得以消除，機組恢復(fù)了正常運行。
四、結(jié)論
通過這次對制氧空壓機組振動故障的診斷實踐，可以總結(jié)出機組共振所具有的一般特征：（1）振動頻譜圖上強制外力的振動頻率分量十分突出；（2）機組發(fā)生共振時，其振動幅值具有不穩(wěn)定性；（3）當機組共振時，其振動通常表現(xiàn)出很強的單向性。
