大机组振动原因分析与处理

大机组振动原因分析与处理
摘要简述了引起大型机组振动的几种原因，并对部分原因以现场实际工作经验为例进行了剖析，附以解决方案，对从事该类型工作的设备管理人员解决现场振动问题，具有一定的借鉴意义。

关键词大型机组；振动；轴承；底脚
1 引言
大型压缩机组因其单位效率高，在石油化工行业被越来越多的用户使用，而且朝着大型化，模块化的趋势发展。

与此同时，因化工行业连续生产的特殊性，大型机组必须满足长周期、安全、稳定运行的条件。

保证大型机组安全稳定的首要条件则是对大型机组的运行状态进行跟踪监控，并实时做好记录，分析机组的状态是否正常，以此来判断机组是否能够继续运行或者确定机组的检修时间等。

其中，机组状态检测中首要跟踪的参数便是机组的振动、温度等，很多情况下，振动与温度是有关联的。

因此，在测得振动参数后，对比温度参数需要进行深入的分析才能准确判断出原因。

大型机组的振动问题是比较复杂的一个课题，涉及到许多方面。

比如，转子动静平衡不好，联轴器不对中，地脚螺栓存在虚脚，轴承间隙不合适，管线应力等其它非机组本身的附加振动源等。

一个机组振动超标后，首先要找出振动源，并分析排除可能的情况。

有些时候引起振动的原因并不是唯一的，可能存在多项引起振动的原因，这个时候判断问题就比较困难一些，但是只要我们仔细排查，便能最终找到问题所在。

2 引起振动的几种原因
现以某厂5台大型制冷压缩机组为例简要分析一下振动产生的原因以及在现场实际排查的过程和最终解决方案。

该厂有汽轮机驱动的离心式制冷压缩机1台，6000V高压电机驱动的喷油双螺杆压缩机4台。

这些制冷压缩机组为聚合反应提供冷媒，鉴于生产的连续性，这五台机组必须同时保持高效稳定的运行。

监测振动对跟踪与分析机组的运行状态至关重要。

振动分为三个方向的振动，水平，垂直，轴向。

这三个方向的振动分别能反应机组的不同状态。

水平方向振动大，一般反应的是机组转子不平衡或者是联轴器对中不好。

垂直振动大则一般反应机组有虚脚，找正不好。

轴向振动大从通俗的解释上是存在较大的轴向波动力，如果是压缩机轴向振动大，则可能是由于平衡组件存在问
题或者是压缩机排出压力发生间歇性的波动。

如果是电机轴向振动大，则可能是电机联轴器在连接时没有将电机磁力中心线的位置定位准确导致电机轴向来回的窜动。

但是，振动问题往往都是互相关联的，水平振动可能由于垂直方向的问题而间接影响到水平方向的振动超标，因此，在判断问题的时候需要综合考虑，方能不被表象所蒙蔽。

3 联轴器及轴承瓦背过盈量大导致的振动
2009年11月3日，该厂一台汽轮机调速器漏油，停车检修。

检修完成后，机组振动变大，汽轮机带上100%负荷后，联轴节端轴承的垂直振动值已经达到了6.2mm/s，而上限值是7.1mm/s。

经过近4个月的跟踪监测，发现汽轮机的振动没有减小的趋势，而是螺旋式上升，则进行检修处理。

以下是这4个月的振动趋势图：
其中2009年12月15号，汽轮机因锅炉供气压力降低而导致连锁停车。

再次启动后，发现不但汽轮机联轴节端轴承的垂直振动偏大，而且轴向位移也比较大。

在2010年3月4号对该汽轮机进行了检修，在检修过程中重新对联轴节进行了找正处理，并打开了联轴节端轴承进行检查，撤出瓦背0.1mm的垫片后，经过压铅丝发现轴承瓦背间隙为0.07mm，则之前瓦背过盈0.03mm。

再次启动后，前端轴承垂直振动值下降至1.8mm/s,经过一段时间的观察，该汽轮机能够稳定运行，以下是近4个月的振动趋势图：
在检修处理前，现场技术人员跟踪测试了轴承的振动以及温度，获取了大量的数据，并对数据进行了分析处理。

其中，从频谱分析仪上查看的结果是1倍频偏大，这说明可
能是联轴器对中不好或者是转子不平衡。

然该机组在09年4月份检修时转子已经做过动平衡实验并进行转子的探伤处理，所以推测可能是由于联轴器的对中不好。

经过检修验证，证实了该结论。

4 轴承润滑油粘度过低及机壳刚度引起的振动
2009年6月份，该厂增加两台喷油双螺杆制冷压缩机组。

两台压缩机组为同一厂家产品，各种参数型号均相同。

驱动机均为1400KW，6000V高压电机，轴承为自润滑滑动轴承结构，润滑油牌号为32#汽轮机油。

但是该机组自投用以来，其中一台电机的振动一直偏大，振速峰值达到4.5mm/s,而上限值为2.8mm/s，并且轴承温度一直偏高，其中该电机在运行不到3年时间内，烧瓦2次。

该电机的一个显著特点是随着环境温度的升高，轴承振动值显著增大。

以下是3年来对该电机跟踪监测的结果趋势图：
从该图上可以显著发现轴承振动随着月份的变化趋势，曲线图的峰值产生在一年里最热的月份，谷值产生在一年里最冷的月份。

因负荷增加，振动会少许变大，但是最冷的月份和最热的月份，该电机的负荷相差不到10%，因此可以排除负荷是引起振动变大的主因。

在2011年5月18日发生烧瓦事故后，该厂对电机轴承进行了检查，并做了详细的分析。

因该电机是自润滑滑动轴承，且功率较大，则轴承的散热是个很大的问题，轴承温度最高时接近90℃，因此在此种条件下，很有可能由于润滑油的油膜变薄导致轴承烧瓦，经过分析讨论后，将该电机的润滑油牌号从32#汽轮机油更换为粘度更大的46#汽轮机油。

更换润滑油以后，机组的振动明显好转。

使用32#汽轮机油时，测得的振动值多在2.2mm/s～4.0mm/s之间波动，而且使用听诊棒能明显感觉到转子出现抖动的状态，这说明在重载、高油温下，轴承的润滑油膜建立不好，当振动变大且当油温达到油膜破裂的临界点时，就会出现抱轴现象。

更换润滑油牌号到46#汽轮机油以后，测得的轴承振动值在3.7mm/s～4.0mm/s之间波动，以上均在同一环境温度下测试，这说明油膜的建立比以前好很多，转子不再出现强烈的抖动现象，但是振动大的问题依然没有解
决。

以下是2011年5月19日该电机检修完成以后测得的相关振动值：
从以上数据可以看出，该电机在自由状态和把紧地脚螺栓后，振动值出现了显著的变大，说明该电机在地脚把紧后产生的应力较大，足以影响到轴承座的移位或者变形，从而导致轴承间隙的变化或者是转子的平衡发生变化，最后影响到振动变大。

地脚把紧后产生的应力来源于两种可能：第一，基础的弹性变形；第二，电机机壳的弹性变形。

但在此之前，机器在运转状态下做过试验，使用千斤顶对四个地脚下的基础分别受力，电机振动均无变化，所以排除地脚基础刚度问题。

则，最大可能是电机本身的刚度问题。

因电机机壳较长，且电机机壳中部无加强筋，所以在绕组高温情况下（90℃～100℃）势必对电机机壳产生温度应力，导致轴承等部位出现移位变形。

针对以上问题，我们给出了可能的试验方案：
①因该电机轴承座与电机机壳为螺纹连接，所以我们在机器运转状态下拧紧螺栓看其效果；
②使用测振仪测得四个底脚同一方向的振动，单位为mm/s，分别记为a
1,a
2
,a
3
,a
4
，
令a=(a
1+a
2
+a
3
+a
4
)/4，求得△a=|max(a
i
-a)|，找出该最大值对应的底脚，缓慢松开底
脚查看电机的振动变化情况，以此来判断电机的振动源。

此种方法的原理是考虑到电机的绕组在高温情况下，机壳产生的内应力附加于电机底脚上而无法释放，所以当我们找出底脚最大的振动点，然后从此点将电机本身产生的内应力释放掉，则可减小电机的振动。

5 结论
大机组的振动是一个比较复杂的问题，分析与判断的难点在于机组的重要性，关键性机组在生产中是不轻易停车的，这样分析问题起来就比较困难，这就需要我们对机组进行长期的现场跟踪监测、分析，只有这样方能在实践中积累经验，从而快速准确的解决问题。

[1] 濮良贵纪名刚《机械设计》高等教育出版社
[2] 丁进平刘国微聂建功《高压防爆电机振动实例与原因分析》防爆电机2000年
第3期
[3] 孙建忠刘凤春《电机与拖动》机械工业出版社
[4] 《理论力学》上册(第五版) 高等教育出版社。