机器查不出明显故障但振动偏大
频谱以转频为主,平衡和对中都做过,效果有限或不稳定,提示支承刚度不足或接近共振。
设备基础是机器与地基之间的传力环节。基础本身出问题时,现场表现往往被误认为是机器故障:反复做动平衡、找对中,振动却降不下来;或者换了轴承、换了联轴器,过一段时间又回到原样。遇到下面这些情况,就值得把基础纳入测试范围,而不是继续只在机器上找原因。
频谱以转频为主,平衡和对中都做过,效果有限或不稳定,提示支承刚度不足或接近共振。
振动没有在基础内衰减,而是传到地坪和相邻结构,可能是基础与地坪连成一体,或基础整体刚度不足。
连接处存在相对运动,螺栓承受交变载荷,往往与灌浆脱空、底座变形或预紧不足有关。
敲击有空响,底座边缘可见缝隙或渗油,底座与基础之间失去整体性。
变频设备在某段转速振动突然增大、避开后下降,提示基础或支承系统的共振。
基础温度、地基含水或底座受力状态变化导致支承条件改变,需要在相同工况下对比。
现场测到的振动是激振力与支承系统动刚度共同作用的结果。激振力来自转子不平衡、不对中、往复惯性力、气流或液流脉动等;支承系统包括轴承座、机壳、底座、灌浆层、混凝土基础和下面的地基或楼板。激振力不变时,支承越软、越接近共振,测到的振动越大。所以单看振动幅值,不能直接断定机器本身变差了。
块式基础通常可以看作放在地基弹簧上的刚体,有竖向、水平、摇摆和扭转等整体振动形式,它们的固有频率由基础质量、几何尺寸、埋深和地基刚度决定。框架式基础和钢结构支架则会出现梁、柱的弯曲振动,固有频率更多、分布更密。设备运行频率及其倍频若落在这些固有频率附近,就会出现共振放大,表现为振动对转速变化十分敏感。
地基的情况同样重要。回填土不密实、地下水位变化、基础下方土体被掏空或不均匀沉降,都会降低基础的支承刚度,而且这种变化往往是逐步发生的,表现为振动缓慢上升。设在楼面或钢平台上的设备,则受楼板、梁和平台刚度控制,支承越柔,设备振动越容易传开。
基础测试的核心是沿着力的传递链逐级布点,比较相邻环节之间的振动幅值和相位。两个本应牢固连接的部件之间如果振动幅值差别很大,或相位明显错开,说明连接处存在相对运动;如果从机器到基础再到地面,幅值变化平缓、相位一致,说明它们作为一个整体在运动,问题更可能在整体刚度或共振。
| 测量位置 | 观察什么 | 异常说明什么 |
|---|---|---|
| 轴承座 | 水平、垂直、轴向振动及频谱成分 | 反映机器激振情况,是整个判断的起点 |
| 机脚与底座 | 机脚与紧邻底座之间的幅值和相位差 | 差异大提示软脚、螺栓松动或垫片问题 |
| 底座与灌浆层 | 底座边缘与紧邻灌浆面的振动对比 | 差异大提示灌浆脱空或底座与灌浆分离 |
| 基础顶面四角 | 各角幅值和相位关系 | 同相等幅为整体平动,相位相反为摇摆或扭转 |
| 基础侧面上下 | 沿高度方向的幅值变化 | 顶部明显大于底部提示摇摆振动 |
| 周边地坪与地面 | 随距离的衰减情况 | 衰减慢提示基础与地坪连通或地基传振 |
| 相邻结构与房间 | 柱、墙、楼板的响应 | 判断振动对周边的影响范围 |
相位比较需要转速参考信号或多通道同步采集;用单通道依次测量时,必须保证测量期间工况稳定。
把逐级测量的结果放在一起看,大多数情况能分出主次。下表列出常见现象和对应的确认方法,判断时要注意一个现场可能同时存在几种问题,例如灌浆脱空降低了支承刚度,又让原本不明显的不平衡响应变大。
| 现场现象 | 更可能的原因 | 现场确认方法 |
|---|---|---|
| 机脚振动明显大于底座,相位不一致 | 地脚螺栓松动、软脚或垫片过多 | 逐个松紧螺栓观察振动和百分表读数变化,检查垫片层数 |
| 底座振动明显大于灌浆面 | 灌浆脱空、底座与灌浆分离 | 敲击检查空响范围,对比底座各处与灌浆面的振动差 |
| 整个基础同相大幅振动,周边地面随之振动 | 基础整体刚度或地基刚度不足 | 测量基础与地面的幅值比,核对基础尺寸与地基条件 |
| 基础四角相位相反或交替变化 | 基础摇摆或扭转振动接近共振 | 多点同步测量运行变形形态,并做升降速测试 |
| 振动随转速出现峰值且相位明显变化 | 支承系统共振 | 启停机或变频扫速,绘制幅值和相位随转速的曲线 |
| 基础各点振动小,只有轴承座大 | 机器本身问题,如不平衡、不对中、轴承故障 | 按机器故障诊断思路处理,基础不是主要矛盾 |
| 振动随运行时间缓慢变化 | 热变形引起对中变化或底座受力变化 | 冷态与热态分别测量,必要时复核热态对中 |
判断基础或支承系统是否共振,最直接的方法是改变激励频率观察响应。对于可以变频或允许启停的设备,在升速和降速过程中连续记录振动幅值和相位,共振区表现为幅值出现峰值、相位随之发生明显变化。升速和降速曲线的峰值位置应基本一致,如果差别较大,要考虑热状态变化或非线性支承的影响。
设备不能变速时,可以在停机状态下对基础或支架做锤击测试,得到固有频率,再与运行转频及其倍频比较。需要注意停机测得的固有频率与运行状态可能不同:运行时转子、介质、温度和螺栓受力都会影响支承刚度。大型混凝土基础质量很大,普通力锤难以激起整体振动,这时更适合借助运行时的多点同步测量,确定基础的运行变形形态。
无论用哪种方法,结论最终都要回到一个问题:运行频率是否落在支承系统固有频率附近,以及改变刚度、质量或运行转速能否让二者错开。对于多台设备共用的基础或平台,还要考虑相邻设备转速接近时产生的拍振,以及一台设备的振动通过公共基础激起另一台设备的响应。
很多基础问题出在安装环节,而不是基础本体。灌浆层和地脚螺栓是机器载荷传到混凝土的关键,任何一处失效,都会让底座与基础之间出现相对运动。振动增大的同时还会加速螺栓和灌浆的进一步损坏,形成恶性循环,所以发现后宜尽早处理。
振动测试提供的是基础的动力响应数据,不代替基础结构的安全评定或承载力复核;发现明显开裂或沉降时应请结构专业介入。
整改要针对已经确认的原因,同时兼顾机器本身的激振力。降低激振力和提高支承刚度往往需要同时进行,单独依靠其中一项效果有限。整改后应在原测点、相同工况下复测,用前后对比说明效果,而不是只看一个总值。
| 确认的问题 | 常见整改方向 | 复测要点 |
|---|---|---|
| 地脚松动、软脚 | 清理接触面,更换垫片,按要求紧固,消除软脚 | 复测机脚与底座的振动差和相位 |
| 灌浆脱空 | 清除失效灌浆后重新灌浆,选用适合动载的灌浆材料 | 复测底座与灌浆面振动差,敲击复查 |
| 基础或支架共振 | 调整刚度或质量使固有频率错开,或调整运行转速避开共振区 | 重新做升降速或扫速测试,确认峰值移出运行范围 |
| 基础整体刚度不足 | 扩大或加深基础、增设桩基、改善地基,由结构专业设计 | 复测基础与地面的振动幅值比 |
| 振动向周边传递 | 基础与地坪之间设置隔振缝,或采用弹簧隔振加惯性基座 | 复测周边地坪和相邻房间的振动 |
| 机器激振力偏大 | 动平衡、对中、更换磨损部件,往复机械检查平衡配置 | 复测轴承座振动和频谱成分 |
现场测试由北京团队的工程师带仪器完成;测点方案、评价依据和报告形式在方案中与您确认。北京以外的项目按地点、测点数量和工期安排人员和仪器。需要配合材料检测或失效件分析的,可以与失效分析一并安排。
不一定。很多情况是灌浆脱空、地脚松动或局部共振,通过重新灌浆、紧固、调整刚度或转速就能改善。只有确认基础整体刚度或地基不足,且其他措施无效时,才需要考虑扩大或重做基础,并由结构专业设计。
沿轴承座、机脚、底座、灌浆层、基础和地面逐级测量,比较幅值和相位。只有轴承座大而基础各点小,多为机器问题;相邻部件之间差异大,多为连接问题;整体同相大幅运动或随转速出现峰值,多为刚度或共振问题。
有可能。新安装设备常见灌浆不饱满、垫片过多、软脚未消除或底座内部未灌实等问题,也可能是基础固有频率与运行转速接近。建议在调试阶段就做逐级测量和升降速测试,尽早发现。
通常需要在额定工况稳定运行时测量,最好能安排一次启停或变频扫速,并记录转速、负荷和温度。条件允许时,可在停机时对基础和底座做敲击检查和锤击测试,与运行数据对照。
设备参数和转速范围、基础与底座图纸、地基或楼面结构资料、安装和灌浆记录、历次振动数据和检修记录,以及问题出现的时间和变化过程。资料不全也可以先测,但会影响原因判断的深度。