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    机械松动故障的诊断要点你知道吗?

    时间:2020/11/19 11:04:27    浏览次数:42    字体:   

    机械松动也是旋转机械比较常见的故障。松动有两种情况:一种情况是,地脚螺栓连接松动,它带来的结果是引起整个机器的振动;另一种情况是,零件之间正常的配合关系被破坏,造成配合间隙超差而引起的松动,比如滚动轴承的内圈与转轴的配合或外圈与轴承座孔之间的配合,因为丧失了配合精度而造成松动。

      1、振动特征

      松动产生的振动特征表现在以下4个方面:

      (1)频率结构

      由松动引起的振动具有一定的非线性,其振动信号的频率成分相当复杂,除了基频(等于转频)以外,还产生高次谐波和分频振动,频谱结构成梳状。有时还表现出一些看起来很特殊的频率成分,如当机器地脚螺栓松动时,其频率成分中基频的奇数倍谱峰突出。某厂有一台160kW的BJO315M—2型电动机,因地脚垫铁松动,其振动信号的频谱结构如图1所示,其主要频率幅值有如下关系:3倍频幅值>1倍频幅值>5倍频幅值。诊断师在现场诊断中也偶尔碰到过类似的情况。


    图1 BJO315M—2电动机地脚松动时的振动频谱


      由于配合部位的松动,还往往引发出各种相关的故障,如滚动轴承内外圈配合松动时,除了引起不对中、摩擦等故障外,还会加大不平衡振动量,使频率结构显得更加复杂。

      (2)振动方向

      因地脚螺栓松动而引起的振动,方向特征很明显,表现在垂直方向的振动很强烈。上述BJO315M—2型电动机,在地脚松动问题未得到解决时,其振动值如表1,其时垂直方向(V)的振动值远大于水平方向(H)的振动值。产生这种方向特征的机理可以通过图2得到解释。

    表1 BJO315M—2型电动机地脚松动时的振动值



    图2地脚松动引起振动的方向特征示意图


      滑动轴承的轴瓦如果存在松动,也会引起垂直方向的振动增大。

      由于零件配合(例如叶轮与转轴的配合)松动引起的振动,其方向特征不很明显,但这时机器对其他干扰的反应却很敏感,例如当转子存在轻度不平衡或不对中时,就会使振动显著增大。
     
      (3)振幅的变化

      机械松动引起的振动,振动幅值与负荷有密切关系,幅值将随着负荷的增加而增大。表2是一台电动机在地脚联接松动时,轴承部位的振动在不同负荷下的变化情况。



    表2电动机轴承在不同负荷时的振动位移(Dp-p)值(单位:μm)


      由表可见,当电动机在正常状态时,即使处于满负荷运行其振动值也很小。而当电动机地脚存在松动时,电动机空车运行振动值很小,但在满负荷运行时振动值增大了2-6倍不等。

      当设备处于松动的情况下,其运行状态对转速的变化反映也很敏感,振动值随转速的增减而表现出无规律的变化,忽大忽小,呈跳跃式变化。

      (4)振动相位

      机器存在松动时,相位与转频一致。

      2、机械松动故障的诊断要点

      对松动故障的诊断要区分两种情况,是地脚松动还是配合松动。不论哪种松动,在振动频率、振动方向和振动幅值的变化方面都有一些规律可循。但不能仅凭某一个特征就贸然下结论,须综合分析各种信息才能做出比较准确的判别。

      3、实例说明

      我们在这里再举2个有关松动诊断的典型实例。

      【实例1】某水泥厂2#水泥磨,结构如图3所示。1995年4月,在一次设备巡检中,测点①~④的振动速度有效值(Vrms)在3-12mm/s范围内变动,在现场做简易频率分析时,这4个测点的主要频率都是60Hz,约为转频的5倍(转频fr=735÷60=12.25Hz)。当时判断电动机和减速器地脚可能存在松动。4月22日停机修理,发现减速器底部在安装时加上的调整垫铁在点焊处已经炸裂松脱,经处理后问题得到了解决。这个松动故障主要表现为频率奇数倍特征。


    1一水泥磨;2—减速器;3一电动机;①~⑧一轴承测点

    图3 2#水泥磨结构简图


      【实例2】某发电厂1#发电机组,结构如图4所示。该机组在汽轮机检修后进行了振动测量,前后轴承的振动值见表3,其中轴承①水平方向振动较大,对其振动信号作频谱分析,频率结构如图5所示。振动信号所包含的主要频率成分都是奇数倍转频,尤以3倍频最为突出。另外,观察其振动波形(见图6),振幅变化很不规则,含有高次谐波成分。根据所获得的信息,判断汽轮机后轴承存在松动。



    1—汽轮机;2一减速器;3—发电机;4一励碎机;①一后轴承;②一前轴承

    图4汽轮发电机组结构简图


    表3汽轮机前后轴承振动值(单位:μm)



    图5汽轮机后轴承水平方向振动频谱


    图6汽轮机后轴承水平方向振动波形

    停机检查时发现汽轮机后轴承的一侧有两颗地脚螺栓没有上紧,原因在于预留热膨胀间隙过大。后来按要求旋紧螺母,振幅则从85μm下降至27μm,其余各点的振动值也有所下降,实现了平稳运行。

      这个实例的诊断过程完整,它给我们的启示在于,判断松动故障,频率特征仍是最重要的信息。此例中因为轴承一侧的螺栓没有上紧,却表现出水平振动大的现象,这再一次证明,振动的方向特征是有条件的,只能作为判断时的参考,应用时必须小心。