基于故障特征的机械松动故障诊断

曲 佳 兴成宏 李迎丽 卞文状 何其伟

作者通联：中国石油辽阳石化分公司生产监测部 辽宁辽阳市宏伟区火炬大街6-1号 111003

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机械松动故障在旋转机械较常见，该类故障的许多特征常与不平衡和不对中类似，易造成故障原因的误判断，给机组的有效维修带来困难，根据故障特征来判断机械松动故障的方法，对识别和诊断出该类故障较有效，对指导维修有一定的实用价值。

1.机械松动的主要类型和故障特征

（1）结构框架或基础松动。故障类型：①结构松动或机器地脚、基础平板和混凝土基础弱（刚性差）；②框架或基础变形（软底脚）；③地脚螺栓松动。故障特征：①振动频谱为工作转速频率占主导；②表现为单一转子的高振动；③振动方向性固定；④每个轴承座水平和垂直方向的相位差为0°或180°。

（2）摇动或结构和轴承座裂纹。故障类型：结构裂纹或轴承座裂纹；②支撑脚高度不同引起的摇动；③轴承座固定螺栓松动。故障特征：①典型的径向方向2倍工作转速频率的振动幅值超过1倍工作转速频率的振动幅值50%；②振动相位不稳定；不能用动平衡和调整对中的手段降低振动；④振动始终保持工作转速频率和2倍工作转速频率。

（3）轴承松动。故障类型：①轴承在轴承座中松动；②轴承内部间隙过大；③轴承衬套在其盖内松动；④轴承在轴上松动。故障特征：①在振动频谱中存在多个转速频率的谐波频率，有时高达10倍和20倍；②趋向于在松动方向上的定向振动；③产生转速的1/2倍间隔的频率或1/3倍间隔的频率；④相位不稳定；⑤在径向和轴向的相位差接近0°或180°。

上述三类机械松动故障中，第一类属于基础松动类故障，第二类和第三类属于转子支撑部件松动类故障，其中第二类故障劣化严重时就会发展成为第三类故障，同时伴随着故障征兆的变化。

2.故障诊断实例

某石化公司一台机组振动超过报警值，该机组风机由电机驱动，由刚性联轴器连接，电机转速2980r/min，电机功率220kW，该机组结构简图如图1所示，用便携式测振仪测得各测点的振动全频值见表1。振动正常时的电机负荷端垂直方向频谱如图2所示，振动异常时的电机负荷端垂直方向频谱如图3所示。

图1 机组结构简图

表1 各测点的全频振值 mm/s

图2 振动正常时的频谱图

图3 振动异常时的频谱图

随后现场对风机调整了负荷，随着负荷的下降电机负荷端垂直方向振动变化如表2所示。

从测得到的全频值来看，电机两端垂直方向振动远大于水平方向，风机两端振动不是很大，从频谱图比较来看，异常振动时产生了大量的分频，振动以1/5、2/5等分频占主导，且随着负荷的下降，振值变化比较明显。这些特征都和基础或地脚松动的故障特征相吻合，由此可以判断造成该机振动超过报警值的原因为机组基础或地脚松动。经现场停车检查，发现电机有一颗地脚螺栓已经断裂，更换全部地脚螺栓后，机组运行正常。

表2 电机负荷端垂直方向振值随负荷变化情况

1 沈庆根，郑水英.设备故障诊断［M］.北京：化学工业出版社，2007

2 廖伯瑜.机械故障诊断基础［M］.北京：冶金工业出版社，2007

3 易良榘.简易振动诊断现场实用技术［M］.北京：机械工业出版社，2006

4 杨国安.机械设备故障诊断实用技术［M］.北京：中国石化工业出版社，2007