關(guān)于超聲波污水流量計振動(dòng)故障分析及如何處理解決
點(diǎn)擊次數：1867 發(fā)布時(shí)間：2021-08-19 08:11:08
摘要：某電廠(chǎng)輔助冷卻液體流量計發(fā)生拍振，造成驅動(dòng)電機振動(dòng)超標。本文對拍振原因進(jìn)行分析，并提出了解決方法，成功解決振動(dòng)故障。
1 引言
輔助冷卻超聲波污水流量計（下文簡(jiǎn)稱(chēng)SEN液體流量計）振動(dòng)超標，其中以電機非驅動(dòng)端振動(dòng)*大。本文從設備、系統兩方面綜合分析電機振動(dòng)高的原因是大修后啟動(dòng)階段，上游流道積氣引發(fā)氣柱諧振，該沖擊與SEN液體流量計自身轉頻接近，電機發(fā)生拍振。*終通過(guò)動(dòng)靜排氣穩定流場(chǎng)，解決了SEN液體流量計振動(dòng)超標故障。
2 拍振現象
如果對系統施加兩個(gè)頻率接近的力，使系統產(chǎn)生振動(dòng)，其振幅具有時(shí)強時(shí)弱，呈周期性變化的特征，這種現象就叫做拍。設信號X（t）由兩個(gè)振動(dòng)頻率相近且幅值相等的正弦波疊加而成，即
當ω1-ω2趨近于0時(shí)，即兩個(gè)信號的頻率越接近時(shí)，拍振幅值越大。拍振信號的時(shí)域波形及頻譜圖如下，在頻譜圖中可看到兩個(gè)頻率接近的峰。
3 設備振動(dòng)分析
3.1測點(diǎn)選擇
為全面監測設備振動(dòng)，在電機與超聲波污水流量計的驅動(dòng)端和非驅動(dòng)端均設有振動(dòng)測點(diǎn)，對于立式液體流量計，電機非驅動(dòng)端剛度*弱，振動(dòng)響應也*明顯，所以此測點(diǎn)往往能代表立式液體流量計振動(dòng)的*大點(diǎn)（下文記為測點(diǎn)1）。電廠(chǎng)人員定期測量各點(diǎn)振動(dòng)并建立數據庫，以便對振動(dòng)參數進(jìn)行趨勢跟蹤和分析。
3.2信號分析
SEN液體流量計維修后再鑒定時(shí)，測點(diǎn)1處振動(dòng)約為7.0mm/s，超過(guò)報警值（振動(dòng)標準：報警值≥4.5mm/s，停機值≥7.1mm/s）；隨即停運該液體流量計，完全停運后測點(diǎn)1振動(dòng)仍高達4.5mm/s，說(shuō)明設備外部存在激擾源，使設備未運轉時(shí)依然有較大的振動(dòng)響應。
對振動(dòng)采集器獲取的信號進(jìn)行譜分析，超聲波污水流量計組運轉狀態(tài)下主要振動(dòng)頻率為11.33Hz和12.38Hz，其中12.38Hz為液體流量計轉動(dòng)頻率；停運時(shí)，12.38Hz的液體流量計轉頻消失，11.33Hz的外部激擾力依然存在。
測點(diǎn)1的時(shí)域信號如圖3，存在明顯的周期波動(dòng)，周期約為1秒。設備在兩個(gè)頻率相近的激振力激發(fā)下，波形周期波動(dòng)，現象與拍振吻合。由圖3可知，兩個(gè)激勵源頻率相差1.05HZ，根據拍振周期計算公式T=1/(f1-f2)算得周期為0.95S，與圖3中實(shí)測周期一致。
4 原因分析
該超聲波污水流量計在維修前測點(diǎn)1處振動(dòng)約為2.0mm/s。大修期間液體流量計本體未開(kāi)展維修工作，所以可排除設備本體故障，需從系統方面尋找11.3HZ的激振力來(lái)源。管道輸液是通過(guò)液體流量計加壓作為動(dòng)力，這種加壓方式是間歇性的，由于間歇加壓，管道內的壓力在平均值的上、下波動(dòng)，即產(chǎn)生所謂的壓力脈動(dòng)，管流處于脈動(dòng)狀態(tài)。脈動(dòng)狀態(tài)的流體遇到彎管頭、閥門(mén)、盲板等元件時(shí)，產(chǎn)生**間而變化的激振力，在這種激振力作用下管道和附屬設備產(chǎn)生振動(dòng)。振動(dòng)頻率為液體流量計的間歇加壓頻率，即超聲波污水流量計轉子的葉片通過(guò)頻率。而當管道內存在可壓縮氣體時(shí)，在壓力脈動(dòng)作用下，氣體的壓縮和膨脹會(huì )產(chǎn)生周期性流動(dòng)振蕩，即氣柱諧振。當壓力脈動(dòng)與氣柱的諧振頻率相等或接近時(shí)，會(huì )產(chǎn)生共振，激起管道及其附屬元件強烈振動(dòng)。根據系統設計，SEN液體流量計取水口在循液體流量計下游，兩者通過(guò)一段封閉廊道相連。大修期間廊道內水排空，維修后充水啟動(dòng)時(shí)廊道內會(huì )殘存一定空氣。當循超聲波污水流量計葉片旋轉產(chǎn)生的壓力脈動(dòng)與氣柱諧振共振時(shí)，下游SEN液體流量計將受到強烈激擾，激擾頻率為循液體流量計葉片通過(guò)頻率11.3HZ（液體流量計轉速169rpm,葉輪葉片4個(gè)），與圖2中實(shí)測干擾頻率一致。所以SEN液體流量計拍振的根本原因是上游循液體流量計葉片通過(guò)頻率與自身轉頻接近，廊道內殘存空氣引發(fā)的氣柱諧振強化了循超聲波污水流量計脈動(dòng)壓力的傳遞。
5 故障處理
故障原因明確后，項目組通過(guò)連續排氣、液體流量計組切換等措施穩定管道內流場(chǎng)，消除SEN超聲波污水流量計的拍振，測點(diǎn)1振動(dòng)降至2.1mm/s，與大修前振動(dòng)相當，頻譜中11.33Hz的外部激振力也大幅下降。
6 結語(yǔ)
本文結合設備檢修記錄，系統設計及頻譜特征，鎖定故障原因為超聲波污水流量計組上游流體壓力脈動(dòng)引發(fā)設備拍振，*終通過(guò)動(dòng)、靜排氣穩定流場(chǎng)等措施，快速解決設備振動(dòng)高缺陷，避免不必要的解體檢修。此次SEN液體流量計振動(dòng)處理案例可作為立式液體流量計振動(dòng)異常分析的參考。
1 引言
輔助冷卻超聲波污水流量計（下文簡(jiǎn)稱(chēng)SEN液體流量計）振動(dòng)超標，其中以電機非驅動(dòng)端振動(dòng)*大。本文從設備、系統兩方面綜合分析電機振動(dòng)高的原因是大修后啟動(dòng)階段，上游流道積氣引發(fā)氣柱諧振，該沖擊與SEN液體流量計自身轉頻接近，電機發(fā)生拍振。*終通過(guò)動(dòng)靜排氣穩定流場(chǎng)，解決了SEN液體流量計振動(dòng)超標故障。
2 拍振現象
如果對系統施加兩個(gè)頻率接近的力，使系統產(chǎn)生振動(dòng)，其振幅具有時(shí)強時(shí)弱，呈周期性變化的特征，這種現象就叫做拍。設信號X（t）由兩個(gè)振動(dòng)頻率相近且幅值相等的正弦波疊加而成，即
當ω1-ω2趨近于0時(shí)，即兩個(gè)信號的頻率越接近時(shí)，拍振幅值越大。拍振信號的時(shí)域波形及頻譜圖如下，在頻譜圖中可看到兩個(gè)頻率接近的峰。
3 設備振動(dòng)分析
3.1測點(diǎn)選擇
為全面監測設備振動(dòng)，在電機與超聲波污水流量計的驅動(dòng)端和非驅動(dòng)端均設有振動(dòng)測點(diǎn)，對于立式液體流量計，電機非驅動(dòng)端剛度*弱，振動(dòng)響應也*明顯，所以此測點(diǎn)往往能代表立式液體流量計振動(dòng)的*大點(diǎn)（下文記為測點(diǎn)1）。電廠(chǎng)人員定期測量各點(diǎn)振動(dòng)并建立數據庫，以便對振動(dòng)參數進(jìn)行趨勢跟蹤和分析。
3.2信號分析
SEN液體流量計維修后再鑒定時(shí)，測點(diǎn)1處振動(dòng)約為7.0mm/s，超過(guò)報警值（振動(dòng)標準：報警值≥4.5mm/s，停機值≥7.1mm/s）；隨即停運該液體流量計，完全停運后測點(diǎn)1振動(dòng)仍高達4.5mm/s，說(shuō)明設備外部存在激擾源，使設備未運轉時(shí)依然有較大的振動(dòng)響應。
對振動(dòng)采集器獲取的信號進(jìn)行譜分析，超聲波污水流量計組運轉狀態(tài)下主要振動(dòng)頻率為11.33Hz和12.38Hz，其中12.38Hz為液體流量計轉動(dòng)頻率；停運時(shí)，12.38Hz的液體流量計轉頻消失，11.33Hz的外部激擾力依然存在。
測點(diǎn)1的時(shí)域信號如圖3，存在明顯的周期波動(dòng)，周期約為1秒。設備在兩個(gè)頻率相近的激振力激發(fā)下，波形周期波動(dòng)，現象與拍振吻合。由圖3可知，兩個(gè)激勵源頻率相差1.05HZ，根據拍振周期計算公式T=1/(f1-f2)算得周期為0.95S，與圖3中實(shí)測周期一致。
4 原因分析
該超聲波污水流量計在維修前測點(diǎn)1處振動(dòng)約為2.0mm/s。大修期間液體流量計本體未開(kāi)展維修工作，所以可排除設備本體故障，需從系統方面尋找11.3HZ的激振力來(lái)源。管道輸液是通過(guò)液體流量計加壓作為動(dòng)力，這種加壓方式是間歇性的，由于間歇加壓，管道內的壓力在平均值的上、下波動(dòng)，即產(chǎn)生所謂的壓力脈動(dòng)，管流處于脈動(dòng)狀態(tài)。脈動(dòng)狀態(tài)的流體遇到彎管頭、閥門(mén)、盲板等元件時(shí)，產(chǎn)生**間而變化的激振力，在這種激振力作用下管道和附屬設備產(chǎn)生振動(dòng)。振動(dòng)頻率為液體流量計的間歇加壓頻率，即超聲波污水流量計轉子的葉片通過(guò)頻率。而當管道內存在可壓縮氣體時(shí)，在壓力脈動(dòng)作用下，氣體的壓縮和膨脹會(huì )產(chǎn)生周期性流動(dòng)振蕩，即氣柱諧振。當壓力脈動(dòng)與氣柱的諧振頻率相等或接近時(shí)，會(huì )產(chǎn)生共振，激起管道及其附屬元件強烈振動(dòng)。根據系統設計，SEN液體流量計取水口在循液體流量計下游，兩者通過(guò)一段封閉廊道相連。大修期間廊道內水排空，維修后充水啟動(dòng)時(shí)廊道內會(huì )殘存一定空氣。當循超聲波污水流量計葉片旋轉產(chǎn)生的壓力脈動(dòng)與氣柱諧振共振時(shí)，下游SEN液體流量計將受到強烈激擾，激擾頻率為循液體流量計葉片通過(guò)頻率11.3HZ（液體流量計轉速169rpm,葉輪葉片4個(gè)），與圖2中實(shí)測干擾頻率一致。所以SEN液體流量計拍振的根本原因是上游循液體流量計葉片通過(guò)頻率與自身轉頻接近，廊道內殘存空氣引發(fā)的氣柱諧振強化了循超聲波污水流量計脈動(dòng)壓力的傳遞。
5 故障處理
故障原因明確后，項目組通過(guò)連續排氣、液體流量計組切換等措施穩定管道內流場(chǎng)，消除SEN超聲波污水流量計的拍振，測點(diǎn)1振動(dòng)降至2.1mm/s，與大修前振動(dòng)相當，頻譜中11.33Hz的外部激振力也大幅下降。
6 結語(yǔ)
本文結合設備檢修記錄，系統設計及頻譜特征，鎖定故障原因為超聲波污水流量計組上游流體壓力脈動(dòng)引發(fā)設備拍振，*終通過(guò)動(dòng)、靜排氣穩定流場(chǎng)等措施，快速解決設備振動(dòng)高缺陷，避免不必要的解體檢修。此次SEN液體流量計振動(dòng)處理案例可作為立式液體流量計振動(dòng)異常分析的參考。