狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)在海上平臺(tái)風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

何 杉，王靜平

（1.中海石油技術(shù)檢測(cè)有限公司，天津 300452；2.濮陽(yáng)市雙發(fā)實(shí)業(yè)有限責(zé)任公司，河南 濮陽(yáng) 457001）

一、引言

風(fēng)機(jī)在海上動(dòng)設(shè)備的故障率相對(duì)較高，包括風(fēng)扇不平衡、機(jī)組不對(duì)中、皮帶磨損或張緊力不適、軸承磨損等。如果這些故障不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，會(huì)給油田生產(chǎn)帶來(lái)重大損失。

頻譜分析技術(shù)是狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的一種有效手段。通過(guò)采集設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，然后做FFT變換等處理，從而得到信號(hào)的頻率分布和幅值大小。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)它的振動(dòng)會(huì)明顯增大，相應(yīng)的頻率會(huì)出現(xiàn)在振動(dòng)信號(hào)中，通過(guò)頻譜分析可以找到故障原因。從而采取相應(yīng)的維修措施，并使維修具有很強(qiáng)的針對(duì)性。

二、以下對(duì)風(fēng)機(jī)故障案例進(jìn)行分析

1.風(fēng)扇不平衡

不平衡是由于轉(zhuǎn)子部件質(zhì)量偏心或轉(zhuǎn)子部件缺損造成的故障。當(dāng)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)不平衡故障時(shí)會(huì)出現(xiàn)如下?tīng)顩r。(1)其頻譜圖以工頻為主導(dǎo)；(2)時(shí)域波形為正弦波；(3)軸心軌跡為橢圓；(4)相位穩(wěn)定。

某平臺(tái)空壓機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)振動(dòng)幅值較高(49.54mm/s)，在電機(jī)前后軸承處水平或垂直方向的振動(dòng)頻譜圖中均以工頻為主導(dǎo)，時(shí)域波形成正弦波，電機(jī)驅(qū)動(dòng)端水平方向測(cè)點(diǎn)的頻譜圖和時(shí)域波形圖如圖1所示。

頻譜中以工頻為主導(dǎo)，時(shí)域波形呈正弦波是不平衡故障的典型特征。對(duì)風(fēng)扇做動(dòng)平衡后風(fēng)機(jī)振動(dòng)降為正常水平。

2.機(jī)組不對(duì)中

機(jī)組各轉(zhuǎn)子之間通過(guò)聯(lián)軸器、齒輪或皮帶等傳動(dòng)部件連接。由于安裝誤差、承載后的變形、基礎(chǔ)的沉降不均等原因，造成機(jī)組工作狀態(tài)時(shí)各轉(zhuǎn)子軸線之間產(chǎn)生軸線平行位移及角度位移或綜合位移的狀態(tài)。據(jù)統(tǒng)計(jì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障的60%是由于不對(duì)中引起的。

轉(zhuǎn)子出現(xiàn)不對(duì)中故障時(shí)。(1)頻譜中可見(jiàn)明顯2倍頻(有時(shí)2倍頻不明顯)；(2)軸向振動(dòng)明顯；(3)軸心軌跡為雙環(huán)橢圓。

某風(fēng)機(jī)在監(jiān)測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸向振動(dòng)從2010年11月份的1.7mm/s突然增加到8.114mm/s，水平方向和垂直方向也有所增加，但是軸向增加最多，頻譜中以工頻和2倍頻為主，如圖2所示。

工頻和2倍頻是機(jī)組不對(duì)中的典型特征，尤其是軸向振動(dòng)增加時(shí)，機(jī)組重新對(duì)中后軸向振動(dòng)降為0.9572mm/s。

3.皮帶磨損或張緊力不適

當(dāng)機(jī)組通過(guò)皮帶傳遞動(dòng)力時(shí)，由于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，皮帶容易出現(xiàn)磨損和張緊力不均現(xiàn)象，在頻譜中會(huì)出現(xiàn)明顯的皮帶通過(guò)頻率，它比兩邊的工頻小，易區(qū)分。如果振動(dòng)幅值較高時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整皮帶的張緊力。

某皮帶傳動(dòng)的風(fēng)機(jī)，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)端的頻譜中，除了電機(jī)和風(fēng)扇的工頻外，皮帶通過(guò)頻率及其諧波均明顯。檢查發(fā)現(xiàn)皮帶有明顯的磨損，更換皮帶后，機(jī)組運(yùn)行正常。

4.軸承故障

軸承故障包括潤(rùn)滑不良、磨損、安裝不當(dāng)?shù)葞追N情況。

軸承潤(rùn)滑不良一般表現(xiàn)為加速度包絡(luò)值較大且包絡(luò)譜中地腳能量豐富。補(bǔ)充潤(rùn)滑脂(油)后包絡(luò)值明顯下降。如加速度包絡(luò)值無(wú)明顯下降，可能是由于軸承間隙偏大造成的。

一般的軸承磨損故障都會(huì)表現(xiàn)為振動(dòng)值較大并有增加趨勢(shì)，在加速度包絡(luò)譜和速度譜中有軸承(外圈、內(nèi)圈、保持架或滾動(dòng)體)的缺陷頻率及其諧波，時(shí)域波形有明顯沖擊現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)還能聽(tīng)到異常噪聲。某皮帶傳動(dòng)的風(fēng)機(jī)非驅(qū)動(dòng)端軸承出現(xiàn)故障時(shí)的頻譜圖如圖3所示，具有軸承故障的明顯特征。停機(jī)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)雙列軸承中的一個(gè)保持架已經(jīng)斷裂，更換軸承后振動(dòng)正常。

軸承安裝時(shí)，間隙調(diào)整不當(dāng)，這時(shí)頻譜中會(huì)出現(xiàn)軸承缺陷頻率，此時(shí)應(yīng)重新調(diào)整軸承間隙。

[1]黃志堅(jiān)，高立新，廖一凡等.機(jī)械設(shè)備振動(dòng)故障監(jiān)測(cè)與診斷[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[2]莽克倫，王正等.現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備故障診斷實(shí)例精選[M].長(zhǎng)沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2009.

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