頻譜分析在風機狀態監測中的應用

張興華

（河鋼集團唐鋼分公司，河北唐山063000）

1 引言

狀態監測是在設備運行或者基本不拆卸設備的情況下，通過儀器獲得準確的設備信息，掌握運行狀態，評價優劣程度，診斷有無故障或確定故障的部位及原因，預測發展趨勢，為及時消除故障提出決策依據的一種方法。頻譜分析是狀態監測中使用最為廣泛的方法之一。大多數旋轉機械一般都產生帶有周期的振動信號。振動信號并不是只包含單一頻率成分的簡諧振動，而是包含多種頻率成分。這些頻率成分往往直接與機械中各種零部件的機械物力特性聯系在一起，通過數學變換可以客觀準確的反應設備各部件的運行狀況，從而對設備的可靠性進行評價。

2 設備基本情況

煉鐵廠北區除塵一期13900除塵風機，風機型號：Y4-73N029.5F;風量：554800m3/h；全壓：4490Pa；轉速 730r/min;風機端軸承型號22340。

3 測點布置及相關標準

2017年6 月，運行人員反應風機振動增大。隨即對風機進行診斷性測振。使用VB5振動測試分析儀，振動點布置，如圖1。

4 初次測振結果及分析

圖1 振動測點布置圖

初次測振數據，見表1。按照相關標準，除塵風機應屬于剛性基礎設備，600至1200r/min,10至1000Hz。從測量結果可以看出，旋轉系統中垂直和水平振動較小，均屬于合格范圍內，而軸向振動最大，處于停機檢修范圍內。為了進一步確定故障原因，對各測電進行頻譜分析，相關頻譜見圖2。

表1

圖2 4#測點軸向振動頻譜

通過現場設備狀況進行觀察了解，振動情況是逐步加劇的，說明設備原有結構剛度正常，水平和垂直振動幅值較小，二倍轉頻成分較小，說明安裝找正也正常。在頻譜圖中明顯發現轉速頻率的整倍數頻，且尖峰很清楚，這些尖峰說明旋轉系統中有嚴重松動故障，因此重點檢查軸承座支撐剛度的變化情況。

診斷結果為：由于松動，顯著地降低了軸承座軸向剛度，從而產生較大的軸向振動。

5 初次檢修和檢修后振動數據

針對這種情況，立即安排在線檢修，以防止發生惡性事故。建議檢修重點放在緊固各軸承及軸承壓蓋螺栓上，檢修過程中發現1-5#測點處軸承壓蓋螺栓有個別松動現象，緊固后各測點振動數據明顯改善，軸向振動大幅降低。說明初期判斷正確，檢修有效。檢修后測振數據振動最大為5#測點軸向振動為2.83mm/s，檢修后相關測點軸向振動頻譜，見圖3。

圖3 5#測點軸向振動頻譜圖

風機振動異常主要原因為環境溫度變化導致軸承蓋螺栓個別松動，引起軸承整體剛性顯著降低，表現為軸向振動增大，經過在線檢修故障排除。但風機軸承端（5#測點處）頻譜中有軸承故障頻率，懷疑軸承存在早期磨損，針對已經發現的可能存在的軸承早期磨損故障，加強了對風機狀態檢測的關注度。

6 設備運行狀況及振動數據

自2017年6月對風機進行診斷性檢測，懷疑5#測點軸承有故障后，加強對風機狀態監測的關注程度。2017年8月對除塵風機進行狀態監測數據采集時，發現風機5#測點設備運行狀況存在惡化趨勢，故障惡化時振動數據，見表3,5#測點垂直方向振動頻譜見圖4。

7 頻譜分析結果

圖4 5#測點垂直方向振動頻譜

通過對風機進行狀態監測，對設備狀態監測數據進行趨勢分析，發現風機振動情況是逐步加劇的。水平和垂直振動幅值較小，二倍轉頻成分較小或沒有。因此，重點分析軸承故障，仔細分析頻譜發現有軸承內圈、外圈及滾動體故障頻率，并伴有一倍轉速頻率。根據經驗：當頻譜中存在軸承故障頻率的諧波頻率，尤其是這些頻率伴有一倍轉頻邊帶，不能單獨以振動總值的大小來判斷軸承的好壞，應盡快更換軸承[1]。

診斷結果為：軸承雖然振動總值不大但軸承內圈外圈及滾動體均有故障頻率并伴有一倍轉頻出現，說明軸承故障隨時有可能急劇惡化造成生產事故，要求盡快安排檢修，更換風機5#測點處軸承。

8 更換軸承后振動數據

2017年8月29日安排除塵風機停機檢修，更換5#測點處軸承。通過對損壞軸承解體發現軸承內圈、外圈、滾動體均有不同程度的損壞。更換軸承后振動數據，見表2。

表2 更換軸承后測振數據

9 結語

使用VB5振動測試分析儀對風機進行持續狀態監測，自2017年6月2日發現5#測點處軸承異常至2017年8月提出更換5#測點處軸承，數據是采集可靠的，頻譜分析是準確的，避免了一次重大設備事故。這一案例說明狀態監測可以提高設備現代化管理水平，對設備的維修由事后維修、計劃維修向預知維修轉變，從而避免惡性事故的發生，保證設備運行的可靠性和穩定性，提高設備利用率，確保設備安全長周期運行，最終達到降低成本取得潛在的經濟效益和社會效益。