定速立式电机异常振动原因分析及处理

秦建军，司耀强，纪东兴，俞文瑾，李 颉

(山东能源内蒙古盛鲁电力有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 016299)

0 引言

支撑系统设计缺陷和安装问题都会导致支撑系统刚度不足，进而导致旋转机械异常振动[1]。文献[2-4]对基础刚度不足，以及轴承座与台板、台板与基础接触不良引起的支撑系统连接刚度不足，进而导致设备异常振动的现象进行了分析；文献[5-6]对支撑系统结构原因所引起的支撑系统共振，进而诱发异常振动进行了分析。

下面介绍某电厂因法兰刚度不足引起电动机异常振动甚至共振的实例，阐述该类振动的振动特征，分析处理方法和解决措施，以期为解决同类振动问题提供参考。

1 设备概况

某电厂1 000 MW 机组配备2 台给水泵汽轮机，每台给水泵汽轮机配备2 台主润滑油泵和1 台事故油泵。主润滑油泵电机为隔爆型三相异步电动机，型号为YBX3-200L1-2V1，功率为30 kW，转速为2 960 r/min，前后轴承均为6312 型。润滑油泵型号为80LY-80-G，转速为2 950 r/min，质量为235 kg，流量为600 L/min，出口压力为0.8 MPa。主油泵为潜油泵，其电动机为立式布置。

2 振动故障情况

2022-12-07，某电厂1 号机组给水泵汽轮机B 主油泵A 电动机振动异常，其各方向振动值见表1，振动频率为1X。经过分析判断，其振动是由导向轴承损坏引起的。2023 年，1 号机组检修期间更换其导向轴承后振动恢复正常，经测量，其各方向振动均为30 μm 左右。但在运行1 周后，其振动值变大。2023-06-14，在电动机空转状态下对其进行振动测量，具体数据见表1。

表1 电动机振动数据

观察频谱发现各方向振动频率均为1X，而观察波形发现驱动端南北方向波形存在削顶现象(见图1)。

图1 电动机驱动端南北方向波形

2023-06-26，电动机检修回装后在停机状态对其进行振动测量，发现非驱动端东西和南北方向振幅都在10～60 μm 之间波动，驱动端东西和南北方向振幅都在10～30 μm 之间波动。

在电动机停机状态进行振动测量后，在其法兰东西方向设置支撑千斤顶，并进行振动测量。其振动值见表2，非驱动端东西方向极坐标图见图2。从测量结果可以看出，法兰东西方向刚加千斤顶支撑后非驱动端东西方向振幅在5 ～25 μm之间波动，其平均值为14 μm，振幅较加千斤顶之前(71 μm)下降明显。随后其振幅升高，在15 ～40 μm 之间波动，平均值为25 μm。从图2可以看出电动机非驱动端东西方向振幅和相位均有波动。

图2 法兰东西方向加千斤顶支撑后电动机非驱动端东西方向极坐标

表2 加千斤顶前后电动机振动数据

从表2 可以看出，法兰东西方向加千斤顶支撑后，电动机南北方向的振动和地脚螺栓处轴向振动没有明显变化。

3 振动原因分析

3.1 电动机振动特点

通过分析振动情况可知，该电动机振动具有如下特点。

1) 振动方向性明显。驱动端东西方向振动平均值是南北方向振动平均值的2 倍，非驱动端东西方向振动平均值是南北方向振动平均值的1.8 倍。

2) 非驱动端振幅较驱动端大。东西方向非驱动端振幅是驱动端的2.2 倍，南北方向非驱动端振幅是驱动端的2.4 倍。

3) 振幅波动大。非驱动端东西方向振动在50～100 μm 之间波动，非驱动端南北方向振动在15～60 μm 之间波动。

4) 振动具有周期性。电动机4 个测点的振幅是增大→减小→增大→减小，如此循环。

3.2 原因分析

根据电动机东西方向较南北方向振动大且离地脚螺栓越远振动越大的特点，可认为电动机支撑刚度不足[7-9]，且东西方向支撑刚度较南北方向更差。此外，电动机振幅波动大，且具有周期性，因此推测其是由拍振引起的。由电动机驱动端南北方向波形(图1)可看到明显的削波现象，说明电动机驱动端南北方向可能存在碰摩现象。

将电动机拆解进行检查，确认是否存在碰摩现象。测量结构固有频率的方法有停机分析、敲击法、扫频法、随机激励法等。由于测试仪器并不具以上功能，工频电动机也不具备变速功能，因此采取在停运状态测量其振幅来确定是否存在共振现象。此外，判断零部件结构刚度不足的方法主要有偏心轮激振测试和加重试验两种方法；判断连接刚度不足可采用差别振动的方法进行诊断。现通过使用千斤顶对法兰东西方向进行支撑来确定是否存在支撑刚度不足的情况。最后，受制于测试仪器性能，决定通过绝对相位是否也存在波动来判断电动机是否存在拍振现象。对电动机进行拆解检查发现其驱动端端盖漆面有磨损，验证了其驱动端存在碰摩现象。

电动机在停机状态驱动端振幅最大为30 μm，非驱动端振幅最大为60 μm，可以判断电动机存在共振现象。现场电动机立式安装于法兰面，法兰与油箱顶面连接。测量油箱顶部竖直方向振动不超过10 μm，因此排除油箱顶面发生共振的可能性。

在法兰东西方向加千斤顶支撑后其东西方向振动下降明显，南北方向振动没有变化。这不仅验证了共振源是法兰，同时说明了法兰存在支撑刚度不足的问题。法兰东西方向加千斤顶支撑后其非驱动端东西方向振幅波动和相位波动大说明了电动机存在拍振现象。

4 处理措施

1) 针对电动机驱动端存在动静碰摩的问题，更换电动机驱动端轴承，该现象消失。

2) 由于有阻尼系统固有频率与其系统刚度的平方根成正比(见式(1))，因此通过在法兰处焊接槽钢来提高法兰刚度和其固有频率，避免异常振动现象的发生。该措施实施后电动机非驱动端振动不超过30 μm。

式中，ωd为有阻尼系统固有频率；k为系统刚度；ξ为阻尼比；m为系统质量。

3) 针对电动机存在拍振的现象，在法兰连接处放置隔振材料，放置后电动机振幅波动减小。

5 结论

针对某定速立式电动机非驱动端振幅过大的问题，通过振动监测确定了其存在动静碰摩、共振、支撑刚度不足和拍振的问题，通过更换轴承、提升法兰刚度和放置隔振材料的方法降低了设备振动，得出了如下结论。

1) 动静碰摩会造成振动波形出现削顶现象。

2) 现场不具备使用停机分析、敲击法确定设备固有频率时，可根据转动机械在静止状态的振动情况来确定设备是否存在共振。

3) 转动设备拍振会导致振幅周期性变化和相位波动。