裂纹型机械设备松动故障诊断

2014-03-20

中国设备工程 2014年11期

关键词：倍频轴承座幅值

（武钢股份设备维修总厂，湖北武汉 430083）

裂纹型机械设备松动故障诊断

陈建华黄震西李巧

（武钢股份设备维修总厂，湖北武汉 430083）

论述了裂纹类机械松动的振动特性及故障特征，通过振动分析推断出了设备裂纹故障的判断依据。

裂纹；机械松动；频谱分析；振动；诊断

机械松动类故障是旋转机械常见故障之一，在基础、支撑系统、部件、壳体等任何有连接件的部位都可能发生。根据振动特征判断机械松动故障、区分松动类型能及时有效地对设备故障做出诊断，对指导维修、节约维修费用和缩短检修时间具有较高的实用价值。设备裂纹振动造成的后果更具灾难性，并且不可预测。因此判断裂纹型松动故障具有更加重要的现实意义。

一、机械设备松动类型

1.A型结构框架或基础松动

结构框架或基础松动类松动包括：结构松动或机器地脚、基础平板和混凝土基础弱；变形或砂浆破碎；框架或基础变形；地脚螺栓松动等。这些松动现象较明显，且破坏力大。A型松动故障的振动频谱主要存在1X转速频率（图1），因此常被误诊为不平衡和不对中，区分就在于不平衡和不对中大的振动往往只限于一个转子，而松动引起很多部位振动加大。

2.B型由于摇动或开裂的结构或轴承座产生的松动

图1 A型典型的松动频谱图

这种类型产生的原因包括：结构裂纹或轴承座裂纹、支承脚高度不同引起摇动运动、轴承座固定螺栓松动、轴承松动或零部件配合不当等。这些松动现象也可以观察到，但内部件配合问题只有通过拆检来查找验证。可通过更换断裂部件、调整不适当部件的配合情况、紧固螺栓等来减少振动。该类型松动往往存在多倍转频谐波，且振动幅值有些不稳定。根据裂纹出现部位不同，一般径向或轴向的2X转频幅值与1X转频幅值相近甚至高于1X转频幅值时，则认为可能有此类故障发生（图2）。

3.C型轴承在轴承座中松动或两个零部件之间配合不良引起的机械松动

图2 B型典型的松动频谱图

C型机械松动包括：轴承在轴承座中松动、轴承内部间隙过大、轴承衬套在其盖内松动、轴承在轴上松动或转动。该类机械松动是最常见的机械松动故障，主要特征为：振动频谱中有高倍转频谐波，有时会高达10X或者20X转频的多个转频的谐波频率。如果谐波频率的振幅明显，也会产生转速的二分之一或三分之一倍间隔频率（图3）。这类机械松动趋于定向振动，振动幅值相对较高。

图3 C型典型的松动频谱图

二、B型机械松动故障诊断

1.风机叶轮裂纹故障

（1）前期检修及现场平衡处理

武钢某厂5流2＃蒸汽风机在2014年7月9日进行检修，其中包括紧固处理，联轴器对中检查处理及各项间隙检查处理等，从而排除了一般性松动和不对中故障。此后诊断员对其风机转子进行振动测试及动平衡。通过D300数据采集器测得数据，测点图如图4，径向振动频谱主要为1X转频，符合不平衡特点，初始不平衡量为测点1H幅值3.63mm/s，相位3.8，测点2H幅值7.19mm/s，相位为352，悬臂风机在做平衡时校正平面A对2#测点的振动比较敏感，校正平面B对1#测点的振动比较敏感。1#测点和2#测点振动幅值相差较大，所以做平面A动平衡。测试测点2振动值7.2mm/s，对测点2进行动平衡。A面加试重488g，振动值（不平衡量）降至2.4m/s，后保留试重，加配重755g，振动值（不平衡量）降至0.22mm/s。

（2）振动分析

图4 风机测点示意图

①1#测点轴向振动分析，其时域波形图及频谱图见图5、6。

图5 时域波形

图6 频谱图

振动分析：如表1所示，1#测点轴向振动频谱和波形分析可以知道该测点平衡后残余振动较大，突出表现在1倍频和2倍频相近并都较大，由于检修前排除了一般性松动和不对中情况，后续又排除了失衡故障，因此该振动可能为裂纹引起的松动故障造成。

表1

②1#测点垂直振动分析，其时域波形图及频谱图见图7、8。

图7 时域波形

图8 频谱图

振动分析：1#测点垂直振动频谱和波形分析可以知道该测点突出表现在1倍频和2倍频都较大，并且2倍频远大于1倍频，由于排除了不对中情况，因此该振动极有可能为裂纹引起的松动故障造成。

2#测点的垂直、轴向振动和1#测点的垂直、轴向振动波形和频谱基本一致，而这两个测点的水平方向振动通过现场平衡以后都有很大的下降。因此可以推断该系统存在裂纹现象。通过再次检查，发现该风机转子存在严重裂纹。此次诊断避免了一次重大事故。

2.电机轴承裂纹故障

2014年8月6日，对该厂1#煤气风机在高速工作时进行振动测试分析。电机转速：2 950r/min。该煤气风机轴承座振动幅值见表2，振动测试的布点如图9所示，测点1水平、垂直方向频谱图见图10。

表2

图9 振动测试的布点图

根据频谱图分析，转频的1倍频、及其多倍频都存在，符合机械松动的频谱特征，且测点1反映了2X转频超高1X转频而占主导地位，符合B型机械松动的特征频谱，且测点1、测点2径向振动相差不大，而测点2轴向方向振幅7.98mm/s，因此诊断员对现场建议开盖检查轴承情况，2014年8月7日停机对该轴承进行了拆检，发现轴承出现了明显裂纹。