（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)械松動的振動特性及故障特征，通過振動分析推斷出了設(shè)備裂紋故障的判斷依據(jù)。

裂紋；機(jī)械松動；頻譜分析；振動；診斷

機(jī)械松動類故障是旋轉(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)振動特征判斷機(jī)械松動故障、區(qū)分松動類型能及時有效地對設(shè)備故障做出診斷，對指導(dǎo)維修、節(jié)約維修費用和縮短檢修時間具有較高的實用價值。設(shè)備裂紋振動造成的后果更具災(zāi)難性，并且不可預(yù)測。因此判斷裂紋型松動故障具有更加重要的現(xiàn)實意義。

一、機(jī)械設(shè)備松動類型

1.A型結(jié)構(gòu)框架或基礎(chǔ)松動

結(jié)構(gòu)框架或基礎(chǔ)松動類松動包括：結(jié)構(gòu)松動或機(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；地腳螺栓松動等。這些松動現(xiàn)象較明顯，且破壞力大。A型松動故障的振動頻譜主要存在1X轉(zhuǎn)速頻率（圖1），因此常被誤診為不平衡和不對中，區(qū)分就在于不平衡和不對中大的振動往往只限于一個轉(zhuǎn)子，而松動引起很多部位振動加大。

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

圖1 A型典型的松動頻譜圖

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運動、軸承座固定螺栓松動、軸承松動或零部件配合不當(dāng)?shù)?。這些松動現(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證?？赏ㄟ^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。該類型松動往往存在多倍轉(zhuǎn)頻諧波，且振動幅值有些不穩(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，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或兩個零部件之間配合不良引起的機(jī)械松動

圖2 B型典型的松動頻譜圖

C型機(jī)械松動包括：軸承在軸承座中松動、軸承內(nèi)部間隙過大、軸承襯套在其蓋內(nèi)松動、軸承在軸上松動或轉(zhuǎn)動。該類機(jī)械松動是最常見的機(jī)械松動故障，主要特征為：振動頻譜中有高倍轉(zhuǎn)頻諧波，有時會高達(dá)10X或者20X轉(zhuǎn)頻的多個轉(zhuǎn)頻的諧波頻率。如果諧波頻率的振幅明顯，也會產(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)械松動趨于定向振動，振動幅值相對較高。

圖3 C型典型的松動頻譜圖

二、B型機(jī)械松動故障診斷

1.風(fēng)機(jī)葉輪裂紋故障

（1）前期檢修及現(xiàn)場平衡處理

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)軸器對中檢查處理及各項間隙檢查處理等，從而排除了一般性松動和不對中故障。此后診斷員對其風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行振動測試及動平衡。通過D300數(shù)據(jù)采集器測得數(shù)據(jù)，測點圖如圖4，徑向振動頻譜主要為1X轉(zhuǎn)頻，符合不平衡特點，初始不平衡量為測點1H幅值3.63mm/s，相位3.8，測點2H幅值7.19mm/s，相位為352，懸臂風(fēng)機(jī)在做平衡時校正平面A對2#測點的振動比較敏感，校正平面B對1#測點的振動比較敏感。1#測點和2#測點振動幅值相差較大，所以做平面A動平衡。測試測點2振動值7.2mm/s，對測點2進(jìn)行動平衡。A面加試重488g，振動值（不平衡量）降至2.4m/s，后保留試重，加配重755g，振動值（不平衡量）降至0.22mm/s。

（2）振動分析

圖4 風(fēng)機(jī)測點示意圖

①1#測點軸向振動分析，其時域波形圖及頻譜圖見圖5、6。

圖5 時域波形

圖6 頻譜圖

振動分析：如表1所示，1#測點軸向振動頻譜和波形分析可以知道該測點平衡后殘余振動較大，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和不對中情況，后續(xù)又排除了失衡故障，因此該振動可能為裂紋引起的松動故障造成。

表1

②1#測點垂直振動分析，其時域波形圖及頻譜圖見圖7、8。

圖7 時域波形

圖8 頻譜圖

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

2#測點的垂直、軸向振動和1#測點的垂直、軸向振動波形和頻譜基本一致，而這兩個測點的水平方向振動通過現(xiàn)場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，對該廠1#煤氣風(fēng)機(jī)在高速工作時進(jìn)行振動測試分析。電機(jī)轉(zhuǎn)速：2 950r/min。該煤氣風(fēng)機(jī)軸承座振動幅值見表2，振動測試的布點如圖9所示，測點1水平、垂直方向頻譜圖見圖10。

表2

圖9 振動測試的布點圖

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)械松動的頻譜特征，且測點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)械松動的特征頻譜，且測點1、測點2徑向振動相差不大，而測點2軸向方向振幅7.98mm/s，因此診斷員對現(xiàn)場建議開蓋檢查軸承情況，2014年8月7日停機(jī)對該軸承進(jìn)行了拆檢，發(fā)現(xiàn)軸承出現(xiàn)了明顯裂紋。

圖10 測點1水平、垂直方向的頻譜

三、結(jié)語

通過機(jī)械松動的三種類型介紹及裂紋型松動的故障案例分析，有效區(qū)分了B型機(jī)械松動故障的診斷，對此類機(jī)械松動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)械松動的振動頻譜分析[J].中國設(shè)備工程，2008，52-55.

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1671-0711（2014）11-0031-03

2014-09-24）