裂紋型機(jī)械設(shè)備松動(dòng)故障診斷

（武鋼股份設(shè)備維修總廠，湖北 武漢 430083）

裂紋型機(jī)械設(shè)備松動(dòng)故障診斷

陳建華黃震西李巧

（武鋼股份設(shè)備維修總廠，湖北 武漢 430083）

論述了裂紋類機(jī)械松動(dòng)的振動(dòng)特性及故障特征，通過振動(dòng)分析推斷出了設(shè)備裂紋故障的判斷依據(jù)。

裂紋；機(jī)械松動(dòng)；頻譜分析；振動(dòng)；診斷

機(jī)械松動(dòng)類故障是旋轉(zhuǎn)機(jī)械常見故障之一，在基礎(chǔ)、支撐系統(tǒng)、部件、殼體等任何有連接件的部位都可能發(fā)生。根據(jù)振動(dòng)特征判斷機(jī)械松動(dòng)故障、區(qū)分松動(dòng)類型能及時(shí)有效地對(duì)設(shè)備故障做出診斷，對(duì)指導(dǎo)維修、節(jié)約維修費(fèi)用和縮短檢修時(shí)間具有較高的實(shí)用價(jià)值。設(shè)備裂紋振動(dòng)造成的后果更具災(zāi)難性，并且不可預(yù)測(cè)。因此判斷裂紋型松動(dòng)故障具有更加重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、機(jī)械設(shè)備松動(dòng)類型

1.A型結(jié)構(gòu)框架或基礎(chǔ)松動(dòng)

結(jié)構(gòu)框架或基礎(chǔ)松動(dòng)類松動(dòng)包括：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；變形或砂漿破碎；框架或基礎(chǔ)變形；地腳螺栓松動(dòng)等。這些松動(dòng)現(xiàn)象較明顯，且破壞力大。A型松動(dòng)故障的振動(dòng)頻譜主要存在1X轉(zhuǎn)速頻率（圖1），因此常被誤診為不平衡和不對(duì)中，區(qū)分就在于不平衡和不對(duì)中大的振動(dòng)往往只限于一個(gè)轉(zhuǎn)子，而松動(dòng)引起很多部位振動(dòng)加大。

2.B型由于搖動(dòng)或開裂的結(jié)構(gòu)或軸承座產(chǎn)生的松動(dòng)

圖1 A型典型的松動(dòng)頻譜圖

這種類型產(chǎn)生的原因包括：結(jié)構(gòu)裂紋或軸承座裂紋、支承腳高度不同引起搖動(dòng)運(yùn)動(dòng)、軸承座固定螺栓松動(dòng)、軸承松動(dòng)或零部件配合不當(dāng)?shù)?。這些松動(dòng)現(xiàn)象也可以觀察到，但內(nèi)部件配合問題只有通過拆檢來查找驗(yàn)證。可通過更換斷裂部件、調(diào)整不適當(dāng)部件的配合情況、緊固螺栓等來減少振動(dòng)。該類型松動(dòng)往往存在多倍轉(zhuǎn)頻諧波，且振動(dòng)幅值有些不穩(wěn)定。根據(jù)裂紋出現(xiàn)部位不同，一般徑向或軸向的2X轉(zhuǎn)頻幅值與1X轉(zhuǎn)頻幅值相近甚至高于1X轉(zhuǎn)頻幅值時(shí)，則認(rèn)為可能有此類故障發(fā)生（圖2）。

3.C型軸承在軸承座中松動(dòng)或兩個(gè)零部件之間配合不良引起的機(jī)械松動(dòng)

圖2 B型典型的松動(dòng)頻譜圖

C型機(jī)械松動(dòng)包括：軸承在軸承座中松動(dòng)、軸承內(nèi)部間隙過大、軸承襯套在其蓋內(nèi)松動(dòng)、軸承在軸上松動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。該類機(jī)械松動(dòng)是最常見的機(jī)械松動(dòng)故障，主要特征為：振動(dòng)頻譜中有高倍轉(zhuǎn)頻諧波，有時(shí)會(huì)高達(dá)10X或者20X轉(zhuǎn)頻的多個(gè)轉(zhuǎn)頻的諧波頻率。如果諧波頻率的振幅明顯，也會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)速的二分之一或三分之一倍間隔頻率（圖3）。這類機(jī)械松動(dòng)趨于定向振動(dòng)，振動(dòng)幅值相對(duì)較高。

圖3 C型典型的松動(dòng)頻譜圖

二、B型機(jī)械松動(dòng)故障診斷

1.風(fēng)機(jī)葉輪裂紋故障

（1）前期檢修及現(xiàn)場(chǎng)平衡處理

武鋼某廠5流2＃蒸汽風(fēng)機(jī)在2014年7月9日進(jìn)行檢修，其中包括緊固處理，聯(lián)軸器對(duì)中檢查處理及各項(xiàng)間隙檢查處理等，從而排除了一般性松動(dòng)和不對(duì)中故障。此后診斷員對(duì)其風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試及動(dòng)平衡。通過D300數(shù)據(jù)采集器測(cè)得數(shù)據(jù)，測(cè)點(diǎn)圖如圖4，徑向振動(dòng)頻譜主要為1X轉(zhuǎn)頻，符合不平衡特點(diǎn)，初始不平衡量為測(cè)點(diǎn)1H幅值3.63mm/s，相位3.8，測(cè)點(diǎn)2H幅值7.19mm/s，相位為352，懸臂風(fēng)機(jī)在做平衡時(shí)校正平面A對(duì)2#測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)比較敏感，校正平面B對(duì)1#測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)比較敏感。1#測(cè)點(diǎn)和2#測(cè)點(diǎn)振動(dòng)幅值相差較大，所以做平面A動(dòng)平衡。測(cè)試測(cè)點(diǎn)2振動(dòng)值7.2mm/s，對(duì)測(cè)點(diǎn)2進(jìn)行動(dòng)平衡。A面加試重488g，振動(dòng)值（不平衡量）降至2.4m/s，后保留試重，加配重755g，振動(dòng)值（不平衡量）降至0.22mm/s。

（2）振動(dòng)分析

圖4 風(fēng)機(jī)測(cè)點(diǎn)示意圖

①1#測(cè)點(diǎn)軸向振動(dòng)分析，其時(shí)域波形圖及頻譜圖見圖5、6。

圖5 時(shí)域波形

圖6 頻譜圖

振動(dòng)分析：如表1所示，1#測(cè)點(diǎn)軸向振動(dòng)頻譜和波形分析可以知道該測(cè)點(diǎn)平衡后殘余振動(dòng)較大，突出表現(xiàn)在1倍頻和2倍頻相近并都較大，由于檢修前排除了一般性松動(dòng)和不對(duì)中情況，后續(xù)又排除了失衡故障，因此該振動(dòng)可能為裂紋引起的松動(dòng)故障造成。

表1

②1#測(cè)點(diǎn)垂直振動(dòng)分析，其時(shí)域波形圖及頻譜圖見圖7、8。

圖7 時(shí)域波形

圖8 頻譜圖

振動(dòng)分析：1#測(cè)點(diǎn)垂直振動(dòng)頻譜和波形分析可以知道該測(cè)點(diǎn)突出表現(xiàn)在1倍頻和2倍頻都較大，并且2倍頻遠(yuǎn)大于1倍頻，由于排除了不對(duì)中情況，因此該振動(dòng)極有可能為裂紋引起的松動(dòng)故障造成。

2#測(cè)點(diǎn)的垂直、軸向振動(dòng)和1#測(cè)點(diǎn)的垂直、軸向振動(dòng)波形和頻譜基本一致，而這兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的水平方向振動(dòng)通過現(xiàn)場(chǎng)平衡以后都有很大的下降。因此可以推斷該系統(tǒng)存在裂紋現(xiàn)象。通過再次檢查，發(fā)現(xiàn)該風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子存在嚴(yán)重裂紋。此次診斷避免了一次重大事故。

2.電機(jī)軸承裂紋故障

2014年8月6日，對(duì)該廠1#煤氣風(fēng)機(jī)在高速工作時(shí)進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試分析。電機(jī)轉(zhuǎn)速：2 950r/min。該煤氣風(fēng)機(jī)軸承座振動(dòng)幅值見表2，振動(dòng)測(cè)試的布點(diǎn)如圖9所示，測(cè)點(diǎn)1水平、垂直方向頻譜圖見圖10。

表2

圖9 振動(dòng)測(cè)試的布點(diǎn)圖

根據(jù)頻譜圖分析，轉(zhuǎn)頻的1倍頻、及其多倍頻都存在，符合機(jī)械松動(dòng)的頻譜特征，且測(cè)點(diǎn)1反映了2X轉(zhuǎn)頻超高1X轉(zhuǎn)頻而占主導(dǎo)地位，符合B型機(jī)械松動(dòng)的特征頻譜，且測(cè)點(diǎn)1、測(cè)點(diǎn)2徑向振動(dòng)相差不大，而測(cè)點(diǎn)2軸向方向振幅7.98mm/s，因此診斷員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)建議開蓋檢查軸承情況，2014年8月7日停機(jī)對(duì)該軸承進(jìn)行了拆檢，發(fā)現(xiàn)軸承出現(xiàn)了明顯裂紋。

圖10 測(cè)點(diǎn)1水平、垂直方向的頻譜

三、結(jié)語

通過機(jī)械松動(dòng)的三種類型介紹及裂紋型松動(dòng)的故障案例分析，有效區(qū)分了B型機(jī)械松動(dòng)故障的診斷，對(duì)此類機(jī)械松動(dòng)故障的診斷具有指導(dǎo)意義。

[1]王江萍.機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)及應(yīng)用[M].西北工業(yè)大學(xué)出版社，2001.

[2]申甲斌.常見三種機(jī)械松動(dòng)的振動(dòng)頻譜分析[J].中國設(shè)備工程，2008，52-55.

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1671-0711（2014）11-0031-03

2014-09-24）