曲 佳 ，興成宏 ，李迎麗，李 犇

（中國石油遼陽石化分公司，遼寧 遼 陽 1 11003）

機(jī)械松動(dòng)類故障是旋轉(zhuǎn)機(jī)械常見故障，而且是很難診斷的一類故障，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。該類故障的許多特征經(jīng)常與不平衡和不對(duì)中類似，易造成故障原因的誤判斷，給機(jī)組的有效維修帶來困難。根據(jù)故障特征判斷機(jī)械松動(dòng)故障的方法能及時(shí)有效地識(shí)別和診斷出該類故障，對(duì)指導(dǎo)維修、節(jié)約維修費(fèi)用和縮短檢修時(shí)間具有較高的實(shí)用價(jià)值。

一、旋轉(zhuǎn)機(jī)械松動(dòng)的故障診斷

1．機(jī)械松動(dòng)的分類和故障征兆

（1） 基礎(chǔ)類松動(dòng)故障

這類松動(dòng)包括設(shè)備底腳、基礎(chǔ)平板和混凝土基礎(chǔ)強(qiáng)度剛度不夠，出現(xiàn)變形或開裂，地腳螺栓松動(dòng)等。這類松動(dòng)的振動(dòng)頻譜中占優(yōu)勢(shì)的是工頻 (或轉(zhuǎn)速頻率)，這與不平衡狀態(tài)相同，但振動(dòng)幅值大的部位很確定，有局限性，這點(diǎn)與不平衡或不對(duì)中情況不同。另外，還要進(jìn)一步比較各方向之間的相對(duì)幅值，觀察它們的相位特性。如軸承座水平與垂直方向振幅、相位差，這類松動(dòng)的振動(dòng)具有方向性，在松動(dòng)方向振動(dòng)較大，如垂直方向振動(dòng)遠(yuǎn)大于水平方向，水平和垂直方向相位差為0°或180°(而不平衡故障中水平和垂直方向相位差約為90°)。此時(shí)，測(cè)量應(yīng)向下移到設(shè)備底腳、基礎(chǔ)平板和混凝土基礎(chǔ)上，比較不同位置振動(dòng)在工頻（或轉(zhuǎn)速頻率）處的幅值、相位。如果兩個(gè)位置的振動(dòng)幅值和相位差別大，說明有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這可幫助尋找松動(dòng)源。

需要指出，機(jī)械松動(dòng)導(dǎo)致非線性剛度改變，變化程度與激振力有關(guān)，因而松動(dòng)振動(dòng)具有非線性特征，其頻率成分除了基頻（等于轉(zhuǎn)速頻率）以外，還產(chǎn)生高次諧波 (2×、3×等)和偶次分頻（如1/2×、3/2×基頻） 振動(dòng)，頻譜結(jié)構(gòu)成梳狀；其振動(dòng)幅值也與負(fù)荷有密切關(guān)系，將隨著負(fù)荷增加而增大；其振動(dòng)狀態(tài)對(duì)轉(zhuǎn)速（即激振頻率） 的變化反映也很敏感，振動(dòng)值隨轉(zhuǎn)速的增減而表現(xiàn)出無規(guī)律的變化，忽大忽小，呈跳躍式變化。

（2）轉(zhuǎn)子支撐部件松動(dòng)類故障

這類松動(dòng)包括結(jié)構(gòu)裂紋或軸承座裂紋；支撐腳高度不同引起的搖動(dòng)運(yùn)動(dòng)；軸承座固定螺栓松動(dòng)；軸承松動(dòng)或零部件配合不當(dāng)；軸承在軸承座中松動(dòng)，軸承內(nèi)部間隙過大和軸承襯套在其蓋內(nèi)松動(dòng)以及軸承在軸上松動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。

其故障征兆為在振動(dòng)頻譜中存在多個(gè)轉(zhuǎn)速頻率的諧波頻率，有時(shí)高達(dá)10×和20×；趨向于在松動(dòng)，方向上的定向振動(dòng)；產(chǎn)生轉(zhuǎn)速的1/2×間隔的頻率（即0.5×、1.5×、2.5×轉(zhuǎn)速頻率等）或1/3×間隔的頻率；相位不穩(wěn)定；在徑向和軸向的相位差接近0°或180°。

以上各種情況可歸納成表格形式，見表1、表2。

2．機(jī)械松動(dòng)的故障原因及治理措施（表3）

二、故障診斷實(shí)例

遼陽石化分公司動(dòng)力廠污水一車間94C543風(fēng)機(jī)（機(jī)組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖1），機(jī)組由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)型號(hào)FNC355L4 B3，額定功率230kW，設(shè)計(jì)正常轉(zhuǎn)速1 491r/min，電流26.6A，電壓6 000V。機(jī)組試運(yùn)，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)超標(biāo)。測(cè)試及分析過程如下。

應(yīng)用全頻測(cè)振儀對(duì)機(jī)組各軸承及固定軸承箱和電機(jī)的各地腳垂直向進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，風(fēng)機(jī)側(cè)軸承及地腳振動(dòng)較大，其全頻位移值見表4、表5。

由全頻值來看，軸承箱A、B處振動(dòng)較大，地腳螺栓2、3、4垂直向振動(dòng)值超過了許可范圍。又用頻譜分析儀對(duì)軸承箱振動(dòng)最大處（B處）水平向采集了振動(dòng)信號(hào)（頻譜圖見圖2），取得了更加詳細(xì)的故障征兆參數(shù)。從頻譜圖上來看，振動(dòng)頻率為機(jī)組的轉(zhuǎn)速頻率，振動(dòng)以同頻占主導(dǎo)，有分頻帶和倍頻成分。在頻譜分析儀平衡功能中，工作轉(zhuǎn)速下原始全頻振動(dòng)值為288μm，在該轉(zhuǎn)速下又測(cè)取了相位信號(hào)，相位為-55°，相位有較小的波動(dòng)。通過以上測(cè)取的征兆參數(shù)，分析引起機(jī)組振動(dòng)的主要原因是：地腳螺栓松動(dòng)、機(jī)組軸系不平衡。提出解決方案：緊2、3、4號(hào)地腳螺栓、對(duì)機(jī)組進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)整機(jī)全速動(dòng)平衡。

現(xiàn)場(chǎng)緊固2、3、4號(hào)地腳螺栓后機(jī)組重新運(yùn)轉(zhuǎn)，在工作轉(zhuǎn)速下，對(duì)各軸承及地腳螺栓垂直向測(cè)取了全頻值，結(jié)果見表4、表5。

表1 機(jī)械松動(dòng)的故障征兆

表2 機(jī)械松動(dòng)的振動(dòng)敏感參數(shù)

表3 機(jī)械松動(dòng)的故障原因及治理措施

圖1 機(jī)組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

表4 緊地腳螺栓前、后各軸承的位移值（PK-PK） μm

表5 緊地腳螺栓前、后各地腳的垂直向位移值（PK-PK）μm

用頻譜分析儀對(duì)軸承箱振動(dòng)最大處（B處）水平向重新采集了振動(dòng)信號(hào)。從頻譜上來看，振動(dòng)以同頻占主導(dǎo)，但振值已經(jīng)減小到157μm，相位-33°。此時(shí)，3號(hào)地腳螺栓垂直向振值仍較大，但再緊地腳螺栓較難。故對(duì)機(jī)組進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)整機(jī)全速動(dòng)平衡，在葉輪上加220g配重后，工頻值降為9μm，軸承振動(dòng)最大處（B處） 全頻振值水平方向21μm，垂直方向8μm。機(jī)組振動(dòng)問題解決，機(jī)組正常開車。