基于故障特征的機(jī)械松動(dòng)故障診斷

曲 佳 興成宏 李迎麗 卞文狀 何其偉

作者通聯(lián)：中國石油遼陽石化分公司生產(chǎn)監(jiān)測部 遼寧遼陽市宏偉區(qū)火炬大街6-1號(hào) 111003

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機(jī)械松動(dòng)故障在旋轉(zhuǎn)機(jī)械較常見，該類故障的許多特征常與不平衡和不對(duì)中類似，易造成故障原因的誤判斷，給機(jī)組的有效維修帶來困難，根據(jù)故障特征來判斷機(jī)械松動(dòng)故障的方法，對(duì)識(shí)別和診斷出該類故障較有效，對(duì)指導(dǎo)維修有一定的實(shí)用價(jià)值。

1.機(jī)械松動(dòng)的主要類型和故障特征

（1）結(jié)構(gòu)框架或基礎(chǔ)松動(dòng)。故障類型：①結(jié)構(gòu)松動(dòng)或機(jī)器地腳、基礎(chǔ)平板和混凝土基礎(chǔ)弱（剛性差）；②框架或基礎(chǔ)變形（軟底腳）；③地腳螺栓松動(dòng)。故障特征：①振動(dòng)頻譜為工作轉(zhuǎn)速頻率占主導(dǎo)；②表現(xiàn)為單一轉(zhuǎn)子的高振動(dòng)；③振動(dòng)方向性固定；④每個(gè)軸承座水平和垂直方向的相位差為0°或180°。

（2）搖動(dòng)或結(jié)構(gòu)和軸承座裂紋。故障類型：結(jié)構(gòu)裂紋或軸承座裂紋；②支撐腳高度不同引起的搖動(dòng)；③軸承座固定螺栓松動(dòng)。故障特征：①典型的徑向方向2倍工作轉(zhuǎn)速頻率的振動(dòng)幅值超過1倍工作轉(zhuǎn)速頻率的振動(dòng)幅值50%；②振動(dòng)相位不穩(wěn)定；不能用動(dòng)平衡和調(diào)整對(duì)中的手段降低振動(dòng)；④振動(dòng)始終保持工作轉(zhuǎn)速頻率和2倍工作轉(zhuǎn)速頻率。

（3）軸承松動(dòng)。故障類型：①軸承在軸承座中松動(dòng)；②軸承內(nèi)部間隙過大；③軸承襯套在其蓋內(nèi)松動(dòng)；④軸承在軸上松動(dòng)。故障特征：①在振動(dòng)頻譜中存在多個(gè)轉(zhuǎn)速頻率的諧波頻率，有時(shí)高達(dá)10倍和20倍；②趨向于在松動(dòng)方向上的定向振動(dòng)；③產(chǎn)生轉(zhuǎn)速的1/2倍間隔的頻率或1/3倍間隔的頻率；④相位不穩(wěn)定；⑤在徑向和軸向的相位差接近0°或180°。

上述三類機(jī)械松動(dòng)故障中，第一類屬于基礎(chǔ)松動(dòng)類故障，第二類和第三類屬于轉(zhuǎn)子支撐部件松動(dòng)類故障，其中第二類故障劣化嚴(yán)重時(shí)就會(huì)發(fā)展成為第三類故障，同時(shí)伴隨著故障征兆的變化。

2.故障診斷實(shí)例

某石化公司一臺(tái)機(jī)組振動(dòng)超過報(bào)警值，該機(jī)組風(fēng)機(jī)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由剛性聯(lián)軸器連接，電機(jī)轉(zhuǎn)速2980r/min，電機(jī)功率220kW，該機(jī)組結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示，用便攜式測振儀測得各測點(diǎn)的振動(dòng)全頻值見表1。振動(dòng)正常時(shí)的電機(jī)負(fù)荷端垂直方向頻譜如圖2所示，振動(dòng)異常時(shí)的電機(jī)負(fù)荷端垂直方向頻譜如圖3所示。

圖1 機(jī)組結(jié)構(gòu)簡圖

表1 各測點(diǎn)的全頻振值 mm/s

圖2 振動(dòng)正常時(shí)的頻譜圖

圖3 振動(dòng)異常時(shí)的頻譜圖

隨后現(xiàn)場對(duì)風(fēng)機(jī)調(diào)整了負(fù)荷，隨著負(fù)荷的下降電機(jī)負(fù)荷端垂直方向振動(dòng)變化如表2所示。

從測得到的全頻值來看，電機(jī)兩端垂直方向振動(dòng)遠(yuǎn)大于水平方向，風(fēng)機(jī)兩端振動(dòng)不是很大，從頻譜圖比較來看，異常振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生了大量的分頻，振動(dòng)以1/5、2/5等分頻占主導(dǎo)，且隨著負(fù)荷的下降，振值變化比較明顯。這些特征都和基礎(chǔ)或地腳松動(dòng)的故障特征相吻合，由此可以判斷造成該機(jī)振動(dòng)超過報(bào)警值的原因?yàn)闄C(jī)組基礎(chǔ)或地腳松動(dòng)。經(jīng)現(xiàn)場停車檢查，發(fā)現(xiàn)電機(jī)有一顆地腳螺栓已經(jīng)斷裂，更換全部地腳螺栓后，機(jī)組運(yùn)行正常。

表2 電機(jī)負(fù)荷端垂直方向振值隨負(fù)荷變化情況

1 沈慶根，鄭水英.設(shè)備故障診斷［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007

2 廖伯瑜.機(jī)械故障診斷基礎(chǔ)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2007

3 易良榘.簡易振動(dòng)診斷現(xiàn)場實(shí)用技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006

4 楊國安.機(jī)械設(shè)備故障診斷實(shí)用技術(shù)［M］.北京：中國石化工業(yè)出版社，2007