振动监测分析技术在水环式真空泵中的应用

(内蒙古科技大学 机械工程学院，内蒙古 包头 014010)
摘 要： 文章中阐述了振动监测系统的结构及其原理，对监测系统记录到的典型振动信号进行了分析 ，重点分析了真空泵在启动、停车和正常运行下出现的异常振动信号。实践证明，该监测系 统对于保证真空泵的安全运行具有重要作用。
关键词：真空泵；振动监测；信号分析
中图分类号：TD401  文献标识码：B  文章编号：[HT K]1007—6921(2008)21—0095—02

水环式真空泵是某选矿厂过药车间的关键设备，真空泵在长期运行过程中，由于叶轮结垢、 轴承故障等原因导致真空泵出现较大振动，严重威胁安全生产。目前该设备运行状态监测， 主要是通过手持式振动监测仪定期进行监测，不能全面、实时地监测真空泵设备的运行状态 ，导致设备非正常状态运行和故障难以及时发现与诊断。为确保设备安全运行，及时发现问 题，在水环式真空泵上安装了一套在线振动监测系统。
1 振动监测系统结构

该水环式真空泵传动方式为皮带传动，真空泵为新购设备。振动检测点主要放在传动侧和非 传动侧的轴承座上，具体测点：传动侧圆柱滚子轴承水平振动、垂直振动；非传动侧圆柱滚 子轴承水平振动、垂直振动；传动侧圆柱滚子轴承温度；非传动侧圆柱滚子轴承温度；传动 轴的轴向位移。振动测点选择在振动敏感位置。真空泵传动侧、非传动侧滚动轴承的水平振 动、垂直振动信号，通过磁电式振动速度传感器拾取，轴位移由电涡流传感器测量，安装如 图1所示。磁电式速度传感器技术指标为：频率响应 

5Hz～1KHz,灵敏度200mv/cm s^-1; 电涡流传感器线性范围0.5～2.5mm,中点1.5mm,非线性度0.7%,灵敏度8V/mm。 温度传感器采用Pt100热电阻。监测系统采用EN3800在线振动监测保护系统。监测系统原理 如图2。

2 真空泵典型振动信号分析

真空泵在线监测系统于2006年11月下旬投入使用，图3是2007年2月7日凌晨启动真空泵时的 剧烈振动信号,超标振动的时间约20s，最大振动值均＞100μm，特别是二瓦垂直振动是 正常值的10倍，真空泵振动很大。轴位移产生0.09mm的变化。因现场条件所限，轴承温度测 点不能打孔，故图中没有温度曲线。

下图为真空泵从运行到停车，之后再起车，由于起车后振动较大不得不再停车，重新再起车 最后达到正常运行的过程,在此期间轴位移变化0.06mm, 径向最大振动分别是：一瓦垂直振 动78.7μm,一瓦水平振动114.6μm,二瓦垂直振动137.4μm,二瓦水平208μm；第二次起车过 程中异常振动持续约7min，一瓦、二瓦的水平振动是垂直振动的近两倍，两轴承的垂直振 动位移在30μm左右。超出标准振动值，持续时间长，危害设备。

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从连续三个多月实测记录的振动信号看，由于该真空泵为新购置泵，叶轮、泵体、主轴为不 锈钢材料，使用优质轴承，润滑良好，表现为振动值在标准值范围内，设备运行平稳，只是 在起车和停车过程中某一转速下出现较大的振动，振动值超过振动标准，原因是转子经过临 界转速时产生较大的共振。图5是异常振动波形，是正常运行时出现的振动。

经过波形分析，首先轴向位置发生了明显变化，由0.03mm变化到0.07mm,约4min后传动端和 非传动端轴承的垂直振动、水平振动同时开始增加，振动最大值见表2,

测量振动值与ISO 10816-3旋转机器振动烈度标准相比，实际振动值超过正常值数倍甚至十 倍，轴位移从0.07mm变化到0.12mm，该状态持续时间2min50s。之后两侧轴承振动幅值下降 到一定水平（期间轴承振动有起伏），各测点的振动幅值基本上不超标准或超标幅度较小， 但轴位置始终保持在0.13mm，该过程的时间长度为2min40s，接下来真空泵又出现较大振 动，振动值是旋转机器振动烈度标准的2～8倍，而轴位置基本维持在0.12mm，持续时间1min 40s。之后振动幅值同时显著下降，但仍然超过振动标准，轴位置保持0.12或0.13mm，约 2min后开始进入停车阶段。

上述异常振动信号中，真空泵传动侧轴承的垂直与水平振动，远远高于非传动侧的振动；约 为2～3倍，并且真空泵主轴产生0.105mm的轴向窜动。两次振动大的阶段累积时间接近5min ，这对真空泵的正常运行是十分有害的。现场紧急停车仔细检查真空泵发现，电动机地脚螺 丝松动使电机输出轴与真空泵主轴不平行，带传动不平稳，真空泵产生较大振动，经过处理 故障得以排除。
3 结论

真空泵状态监测系统，对于监测真空泵运行状态、记录历史运行情况，及时发现故障 ，保证设备平稳运行具有重要作用。监测系统具有既可现场显示记录各振动测点的振动幅值 ，及时报警，又可对历史振动信号进行进一步分析，通过在线运行状态监测系统就能判断轴 承振动正常与否，程度大小以及发展趋势。

从振动信号入手提取真空泵运行状态的信息是有效的，并且反应迅速而灵敏，通过 对振动信号进行分析、判断能够识别出真空泵运行状态处于哪种情况。

监测数据表明，真空泵在起停车时振值超标，因此尽量不要频繁起停车。在正常转 速运行下振动值远低于报警值，有时振动较大持续时间较长，需停机检查地脚螺栓是否松动 以及皮带传动是否跑偏。

轴承对于保证真空泵正常运转十分重要，本系统所监测的真空泵是新购真空泵，一 般轴承及转子问题在短时间内不会出现。一旦出现轴承缺陷或转子质量偏心等问题，在线状 态监测系统可以及时记录和报警，并能进一步判断振动程度大小以及发展趋势。以便及时更 换轴承，保证设备正常运行。
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