基于故障特征的機械松動故障診斷

曲 佳 興成宏 李迎麗 卞文狀 何其偉

作者通聯：中國石油遼陽石化分公司生產監測部 遼寧遼陽市宏偉區火炬大街6-1號 111003

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機械松動故障在旋轉機械較常見，該類故障的許多特征常與不平衡和不對中類似，易造成故障原因的誤判斷，給機組的有效維修帶來困難，根據故障特征來判斷機械松動故障的方法，對識別和診斷出該類故障較有效，對指導維修有一定的實用價值。

1.機械松動的主要類型和故障特征

（1）結構框架或基礎松動。故障類型：①結構松動或機器地腳、基礎平板和混凝土基礎弱（剛性差）；②框架或基礎變形（軟底腳）；③地腳螺栓松動。故障特征：①振動頻譜為工作轉速頻率占主導；②表現為單一轉子的高振動；③振動方向性固定；④每個軸承座水平和垂直方向的相位差為0°或180°。

（2）搖動或結構和軸承座裂紋。故障類型：結構裂紋或軸承座裂紋；②支撐腳高度不同引起的搖動；③軸承座固定螺栓松動。故障特征：①典型的徑向方向2倍工作轉速頻率的振動幅值超過1倍工作轉速頻率的振動幅值50%；②振動相位不穩定；不能用動平衡和調整對中的手段降低振動；④振動始終保持工作轉速頻率和2倍工作轉速頻率。

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

上述三類機械松動故障中，第一類屬于基礎松動類故障，第二類和第三類屬于轉子支撐部件松動類故障，其中第二類故障劣化嚴重時就會發展成為第三類故障，同時伴隨著故障征兆的變化。

2.故障診斷實例

某石化公司一臺機組振動超過報警值，該機組風機由電機驅動，由剛性聯軸器連接，電機轉速2980r/min，電機功率220kW，該機組結構簡圖如圖1所示，用便攜式測振儀測得各測點的振動全頻值見表1。振動正常時的電機負荷端垂直方向頻譜如圖2所示，振動異常時的電機負荷端垂直方向頻譜如圖3所示。

圖1 機組結構簡圖

表1 各測點的全頻振值 mm/s

圖2 振動正常時的頻譜圖

圖3 振動異常時的頻譜圖

隨后現場對風機調整了負荷，隨著負荷的下降電機負荷端垂直方向振動變化如表2所示。

從測得到的全頻值來看，電機兩端垂直方向振動遠大于水平方向，風機兩端振動不是很大，從頻譜圖比較來看，異常振動時產生了大量的分頻，振動以1/5、2/5等分頻占主導，且隨著負荷的下降，振值變化比較明顯。這些特征都和基礎或地腳松動的故障特征相吻合，由此可以判斷造成該機振動超過報警值的原因為機組基礎或地腳松動。經現場停車檢查，發現電機有一顆地腳螺栓已經斷裂，更換全部地腳螺栓后，機組運行正常。

表2 電機負荷端垂直方向振值隨負荷變化情況

1 沈慶根，鄭水英.設備故障診斷［M］.北京：化學工業出版社，2007

2 廖伯瑜.機械故障診斷基礎［M］.北京：冶金工業出版社，2007

3 易良榘.簡易振動診斷現場實用技術［M］.北京：機械工業出版社，2006

4 楊國安.機械設備故障診斷實用技術［M］.北京：中國石化工業出版社，2007