0 引言

机械故障监测与诊断主要是对振动信号进行特征参数提取，并依据特征参数进行设备正常与否的分析^[1]。旋转机械设备振动频谱中的二倍频分量（即2x分量）具有非常明显的信号特征，了解2x分量产生的故障机理，是及时准确判断设备振动故障原因的前提。旋转机械设备发生振动异常时，可以通过分析振动频谱图中的2x分量来判断原因，并采取相应的消振措施。

1 产生2x分量的可能因素 1.1 旋转机械设备轴系不对中

设备轴系不对中是引起振动频谱图中出现2x分量的主要原因，表现为平行不对中和角不对中。其产生振动的机理为轴系偏心对轴系支撑产生脉冲激振力，转轴旋转1周产生2次脉冲激振力，表现为振速明显增大。平行不对中会产生径向振动，角不对中会产生轴向振动。

1.2 旋转机械设备支撑部件松动

旋转机械设备支撑部件松动会引起整个设备振动频谱中出现以基频（1x分量）及其倍频为主的谐波分量，主要是1x和2x分量。设备松动使其抗振刚度下降，很小的激振力就会导致设备振速大幅增加。旋转机械松动可分为结构松动（机械支座松动、混凝土基础损坏、基础变形或者垫片损坏）、地脚紧固螺栓松动、轴颈和轴承配合松动。

1.3 设备发生共振

旋转机械设备系统的受迫振动频率与固有频率一致或者成倍数时会发生共振，并使振速急剧增大，导致设备过早损坏^[2]。如果此时的共振频率正好为设备转频的2倍，就会在振动频域图中显示很高的2x分量。设备共振问题一般多出现在设备基础或者支撑结构上，其设备频谱图会出现以1x和2x分量为主的谐波量。

2 实例分析

内蒙古国华准格尔发电有限责任公司（以下简称国华准电）总装机容量4×330 MW。机组运行过程中出现了旋转机械设备振动异常故障。

2.1 输煤系统7号乙带式输送机驱动装置振动大

国华准电输煤系统7号乙带式输送机由山东矿山机械厂制造，型号为TD75。2017-07-18该设备启动后，发现该带式输送机驱动装置电动机驱动端振动偏大，就地有明显振感，使用手持测振仪测量，发现电动机驱动端冷风罩与定子壳体中分面处振速达到12.4 mm/s，超出标准要求（＜7.1 mm/s）^[3]。

2.1.1 故障检测

故障发生时，驱动电动机转速为1486 r/min，运行方式为工频，运行电流无明显变化。使用艾默生CSI 2130离线振动分析仪对输煤系统7号乙带式输送机驱动装置各设备进行振动频谱采集及参数分析，其驱动电动机驱动端轴承座水平振动频谱图如图 1所示^[4]。频谱图中出现了振速明显增大的2x分量（1x分量为24.77 Hz），同时还存在3x分量至10x分量。

2.1.2 故障诊断及原因分析

（1）通过现场听音，未发现轴承及齿轮有异音，可排除因轴承损坏或齿轮啮合异常导致的振动偏大。对驱动电动机基础地脚及带式输送机各设备地脚振动幅值进行测量，发现基础及地脚振动幅值很小，且无明显波动，说明该驱动装置整体刚度良好，由此可排除由于旋转机械设备支撑部件松动引起刚度下降，而导致整个设备振动频谱中出现2x分量的可能性。

（2）设备停运后测量振动频谱，未发现其他外来激振力，通过敲击试验测得带式输送机驱动装置各设备固有频率值都远低于该设备的振动基频，因此可排除由于设备发生共振引起2x分量产生的可能。

（3）图 1中出现的2x分量振速明显增大，与设备轴系不对中故障特征非常吻合。结合以上分析，判断该驱动装置振动大，频谱图中出现2x分量是由驱动装置联轴器中心不对中引起的。

（4）图 1中还存在3x分量至10x分量，这种现象源于严重的设备轴系不对中缺陷及转轴传递力矩时产生脉冲激振力。转轴的力矩通过联轴器中弹性块或柱销传递，弹性块或柱销磨损严重时，主动侧联轴器向从动侧联轴器传递力矩就会发生脉冲激振力。

根据现场了解，该联轴器使用弹性块传递转轴力矩，且弹性块已长期未更换，根据高频谐波产生机理及图 1中各谐波振速较高可判断此弹性块已严重磨损。

2.1.3 停机检查及消振措施

2017-07-19对输煤系统7号乙带式输送机驱动装置联轴器中心进行复查，发现中心数据存在严重偏差，具体数据如表 1中复查数据所示。对联轴器弹性块进行检查，发现连接弹性块都有不同程度的磨损，其中3个磨损严重（共计12个），具体磨损情况如图 2所示。

对此重新按照质量标准要求对联轴器进行对轮找正（找正后调整数据见表 1中调整数据）^[5]，并对联轴器弹性块进行了更换。采取消振措施后，对输煤系统7号乙带式输送机驱动电动机进行空载试验，采用手持式振测仪监测其电动机振速，最大为0.8 mm/s；电动机带载荷运行后，测得其振速最大为1.2 mm/s，均达到了标准（＜7.1 mm/s）要求，设备运行状况良好。

2.2 2号机组罗茨真空泵驱动电动机振动大

2号机组气冷罗茨液环泵组系统配套的罗茨真空泵型号ZJL-600，驱动电动机型号YE3-180M-4，连接方式为联轴器+弹性块，工频方式下运行，转速为1470 r/min。5月14日采用手持式振测仪监测，发现2号机组罗茨真空泵电动机驱动端水平振速高达9.3 mm/s^[3]，已超标。罗茨真空泵泵组支撑钢结构框架有明显振感，平台格栅板水平振速也达到4.0 mm/s。

2.2.1 故障诊断

对2号机组罗茨真空泵组各点采用艾默生CSI 2130离线振动分析仪进行振动频谱采集，发现驱动电动机驱动端振速频谱图中1x、2x分量较大，如图 3所示。设备停运后对同一测点进行频谱采集，发现该设备系统存在外来激振力，据此判断该设备存在共振现象^[6-7]。

2.2.2 消振措施及效果

由于2号机组罗茨真空泵组与其钢结构支撑框架存在共振现象，其对钢结构框架进行加固，同时加固电动机基础以提高其刚度，避开二者的共振频率。改造后，设备振动频谱图中2x分量由原来的5.4mm/s下降至1.55mm/s，如图 4所示。采用手持式振测仪监测，其通频振速也由9.3 mm/s降至3.6 mm/s，达到了标准要求，消振处理效果明显。

3 结束语

旋转机械设备振动频谱中出现2x分量，会引起严重的机械故障，导致设备停运，影响机组正常运行。对设备振动频谱中的2x分量的产生原因进行排查，能及时准确判断振动故障原因，可以提前预防，为机组长周期安全稳定运行提供保证。