軸瓦轉動設備軸承不對中軸振與瓦振的不同振動頻譜形態
2023-12-19案例較為典型,對現場診斷工作比較有借鑒意義,本文早期已發布,整理后重發。軸振與瓦振在某些故障類型中也確實存在不同特征。個人觀點,本文可能的振動原因是軸瓦部位間隙不當造成的摩擦,在高運行參數設備中其熱響應會遠遠大于其他響應。
一、設備結構參數
空壓機組的結構簡圖和測點布置如下圖,該機組電機額定轉速為l500 r/min,功率為5200 kW,空壓機轉速7 258r/min,空壓機一階臨界轉速為5252 r/min。
二、故障現象
該空壓機在一次嚴重事故后,經過檢修,重新啟機測點3振動嚴重超標,在經過低速動平衡、轉軸修復、修軸瓦等措施后,半個月時間內試車8次,測點3振動仍不能滿足要求,在第9次試車前,作者應邀前去進行振動測試,協助進行故障分析與診斷。圖3給出了測點1—4徑向軸振動的波形頻譜圖。
三、振動分析
4個測點的徑向振動均采用電渦流傳感器測量,其呈45度和135度布置,從電機尾端看,左手側設為X,右手側設為y。從各個測點振動值看,很明顯測點3的振動遠遠大于其他測點,說明產生振動的原因可能位于測點3附近。從頻譜圖上看,除了測點1、2有齒輪低速軸的頻率成分外,其余各測點各方向的振動均主要表現為高速軸的工作頻率(即轉頻)。
因此,按照傳統的故障分析方法,該機組的故障應該是空壓機轉子不平衡,但是,該轉子在動平衡機上經過低速動平衡,殘余不平衡量已經很小,在許可范圍內,因此,診斷結果與實際相矛盾,除非是低速動平衡不能滿足此轉子的動平衡要求(此轉子是柔性轉子,工作在一階臨界轉速之上)。
但還有另一種可能,就是同側軸承不對中故障,也就是說,該類不對中只有軸承不對中,而沒有轉子不對中。當轉予運動時,由于同側軸承不對中,使得這兩個軸承在不對中方向上的軸瓦間隙發生變化,油膜厚度變小,從而使支承剛度發生變化,就有可能使間隙變小的地方發生軸頸與軸瓦間的摩擦,對于在一階振型為主要振動型態的轉子系統,就會使軸承3、4承受2倍工頻的周期激勵,根據作用力與反作用力原理,同樣的力也會作用到轉子上面,但是由于轉子間對中情況良好,這種2倍頻激勵在轉子軸振信號中不一定表現明顯,因此對于此類不對中形式,應以瓦振(或座振)信號為準,而且由于轉子間不存在不對中,因此與之相連的轉子振動不會受到不對中的影響。
如果存在同側軸承不對中,應該是測點3附近的軸承與其他軸承不對中,由于軸振動并沒有表現出不對中的振動特征,還必須檢測測點3處軸承座的振動。下圖給出了測點3的軸承座振動的波形頻譜圖。
從圖4的波形頻譜圖上,可以很明顯的看出不對中故障的振動特征,基本判斷出是測點3處軸承在水平方向上軸承不對中,因此,首先應該檢測測點3處軸承對中問題。
四、問題處理
停機后通過打表檢測發現,測點3處軸承向左偏了0.19 mm,嚴重超過了標準要求。通過把測點3軸承中心往右調整0.19 mm,啟機后測點3振動峰幅值由原來的大于250um(儀器量程為250um,該振動值已經超過儀器量程)降到40um左右,達到機組振動要求。
五、小結
對于同側軸承不對中,在傳統的不對中形式中并沒有特別指出,因此沒有現成的振動特征,作者通過理論分析和現場診斷實例證明,對于同側軸承不對中,軸振動往往不會表現出明顯的2倍頻特征,軸振動不能作為診斷同側軸承不對中的可靠依據,而軸承座振動表現的不對中特征比較明顯,因此在實際診斷中應充分考慮軸承座振動特征。
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