Viber X5频谱分析技术在离心式脱水机振动检测中的应用

采用Viber X5频谱分析仪，对离心式脱水机的异常振动情况进行数据采集和频谱分析，查明离心式脱水机异常振动是轴承磨损所致。

再生水厂泥区工艺单元中的离心式脱水机是污泥处理工艺流程中的关键设备，初沉污泥或混合污泥通过离心式脱水机的运行使其进行脱水，达到合格的泥饼输送至后续单元进行处置。2018年3月，运行中的一台离心式脱水机，突然振动增大，造成机体运行异常停机。针对离心式脱水机振动现状，停机对离心式脱水机进行低速冲洗、地脚螺栓紧固、调整，脱水机的振动不但没有减小趋势，而且由于振动过大无法再次开机运行。为了查明离心式脱水机振动大的原因，尽快消除振动隐患，恢复脱水机正常生产，厂内使用Viber X5系列振动频谱分析仪，对离心式脱水机的主电机、进料端、出料端进行振动检测，并使用软件提供的趋势、频谱等工具，对各测点的故障特征信息进行分析，查明了造成离心式脱水机振动异常的原因，为设备的检修提供了数据支持。

1  离心式脱水机概括及现场数据测试

1.1离心式脱水机概括

厂内离心式脱水机为圣骑士品牌离心机，机组主要包括传动机构、液压式差速器、进、出料端轴承、输料螺旋、转鼓、液相端堰板、液力耦合器等部件，该离心机功率为55kw，转速2800r/min。其传动机构为皮带驱动，轴承为滚动轴承。

离心机工作原理为用来分离固液的主体结构由内部螺旋推料器和套在其外部的滚筒形转鼓构成，运行时螺旋和转鼓绕着同一个轴心以相同方向不同转速旋转，两者形成的转速差是由液压式差速器来控制。由于物体在旋转时会产生离心力，通过离心作用将固液混合介质中的水分和固体物质（污泥）分离出来，液体通过转鼓内部流道流出外部，固体介质（污泥）由螺旋推料器推到出口端，达到固液分离的目的。

1.2 离心式脱水机测点布置（图1）

    为了监测离心式脱水机运行过程中的振动情况，将振动检测点分别设置在电机驱动端轴承部位和离心机进料端轴承部位，分别对水平方向、垂直方向和轴方向进行振动测量。

 

1.3  离心式脱水机现场数据采集

    设备的振动具有加速度、速度和位移等3个描述参量。因此基于振动的设备运行状态判定标准相应地可分为加速度标准、速度标准和位移标准等3大类。普通设备的振动频率一般在（0～1000）Hz，利用振动速度有效值（Vrms）来衡量分析振动最为准确，离心式脱水机进料端轴承的基频约为46.67Hz（基频=转速/60=2800/60=46.67Hz），利用Vrms来测量。2018年3月21日，依照图1布置测点，利用VB5频谱分析仪，对每个测点的垂直方向（V）、水平方向（H）、轴向（A）的振动速度进行测试，在基频46.67Hz 振动数据见表1。

表1  离心式脱水机振动有效值       2018年3月21日测

设备	水平H（mm/s）	垂直V（mm/s）	轴向A（mm/s）
进料端	5.726	5.707	1.278
主电机	10.53	8.167	3.657

2  离心式脱水机振动原因分析

按照国际振动标准ISO 2372。振动值≤1.8 mm/s 时，为良好；振动值在（1.8～4.5）mm/s 时，为容许；振动值在（4.5～11.2）mm/s 时，为可忍耐；振动值＞11.2 m/s 时，设备将无法运行，必须停机检查，否则会出现严重设备事故。表1进料端和主电机的水平和垂直方向振动速度幅值超过国际标准许可范围，尤其是主电机水平方向振动值达到10.53mm/s，导致离心脱水机无法正常开机。旋转类设备运行中常见的振动原因包含不平衡、不对中、机械及地脚松动及滚动轴承故障。在频谱图中，不平衡的故障主要表现为水平和垂直方向1倍频振动；不对中的故障主要表现为水平和垂直方向的2倍频及轴向的1倍频和2倍频振动；而松动的故障主要表现为水平和垂直方向（特别是垂直方向）振动大，除1倍频外，还有其他倍频成分，尤其是3～10倍频，轴承的故障引起的振动主要表现为高频振动，同时还包含轴承各部件（内圈、外圈、滚动体、保持架）的固有频率。

造成离心式脱水机振动大的原因有很多，包括转子动平衡不良、转鼓内部积泥、内部螺旋推料器耐磨涂层脱落、进料端轴磨损、进出料端轴承磨损等。其中轴承磨损，会引起振动位移增大，导致机组振动值升高，轴承部位的故障是离心机脱水机振动超标的主要因素。利用况德实VB5系列频谱分析仪，对离心式脱水机振动的时域波形及速度频谱进行详细分析。离心式脱水机进料端和主电机的水平方向的速度波形，如图2～图3所示。从频谱图上看，进料端和主电机振动频率均以基频信号（46.67 Hz）为主要特征，数值在可忍耐范畴。

 

图2 进料端水平方向振动

图3 主电机水平方向振动

通过进一步观察解调频谱图，我们发现7倍频处幅值较高。而滚动轴承的滚动体个数为7，正好是滚动体的故障频率。

轴承内圈故障频谱（BPI）=N/60 * 1/2 * n(1+d/D *cosα)其中n=滚动体数目，N=转速，d=滚动体直径，D=对角滚动体中心距，α=滚动体与内外圈的切角。通过公式计算，进料端轴承内圈故障频率约为339Hz，与高频频谱图中图谱相符。

3  离心式脱水机振动处理

    通过离心脱水机厂家技术人员现场指导对设备的拆解，确定离心式脱水机振动是由于进料端轴承损坏造成的。将离心脱水机返回厂家后进行解体检查。后续通过对轴承进行更换，进行动平衡试验等工作，使得离心式脱水机运行恢复正常。运行后上述各测点的振动幅值明显降低（振动数据见表2），振动值均在合格范围内。

表2  离心式脱水机振动有效值

 

设备	水平H（mm/s）	垂直V（mm/s）	轴向A（mm/s）
进料端	2.486	2.8	1.21
主电机	1.526	2.04	2.65