基于频谱分析的风机主要故障

时间:2022-07-10 11:52:42

基于频谱分析的风机主要故障

摘 要 大型风机是许多工矿企业的关键设备,通过对其进行监测和诊断能有效减少突发设备事故。频谱分析能有效识别检测信号频率成分,能较准确的判断风机故障类型。通过对济钢炼铁厂风机运行监测,建立了风机异常振动的频谱和波形,探讨了风机故障诊断的原则和方法。

关键词 频谱分析;风机;故障诊断;振动

中图分类号 TS737+.1 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2014)119-0182-02

0 引言

风机是典型的旋转设备,广泛应用于工矿企业,实践中大型风机振动高、噪声大,易发生故障,风机故障常会引起生产线停产而造成经济损失。随着相关仪器和频谱诊断理论的进步,对风机已经能实现实行状态维修。济钢炼铁厂球团有10台大型风机,以往因无有效的监测和分析手段只能点检发现异常而不能及时准确的判断故障性质和类别。2007年公司引入PMS设备巡检系统实现对风机振动及工艺参数在线监测,经计算机对信号进行频域和时域分析建立了频谱和波形,并理论结合实际初步建立了风机故障诊断标准,有利确保风机安全可靠运行。

1 频谱分析

频谱分析法在计算机上通过快速傅立叶变换(FFT)实现,是分析机械振动信号的有力工具。在风机故障分析中多使用幅值谱、相位谱,定义为:

2 风机主要故障

通过对济钢炼铁厂球团使用的大型风机运行情况进行分析总结,风机主要故障有:不平衡,不对中,松动,油膜振荡,喘振,轴承故障,摩擦碰撞等。其中不平衡与不对中引起的故障约占75%。风机因故障性质类别不同而有不同振动形式,频谱分析是对风机故障诊断实用而有效的方法。

2.1 不平衡

不平衡是风机常见故障之一,其主要原因有:转子制造和装配误差、转子积灰不均匀,转子和叶片磨损、腐蚀、结垢和零部件脱落等。

不平衡转子旋转时产生的离心力正比于角速度、偏心距及偏心质量的平方,其方向运转变化对支承件构成动压力而引起强迫振动,振动强度及形态与转速呈正变关系,其激振频率与转轴频率相等,振动方向以径向为主,轴向振幅与径向相同。不平衡的频谱特征是1倍频较大,2、3和4倍频相对较小。不平衡故障诊断主要依据是1倍频分量的大小。根据现场实际初步确定振动频谱中1倍频与通频的比值超过60%时,则可认为不平衡。不平衡可以通过做动平衡的方法予以消除。

2.2 不对中

不对中分为轴系不对中和轴承不对中。轴系不对中分为角度不对中、平行不对中和综合不对中。其主要原因是联轴器安装偏心或轴承座两侧位置与标高不同。轴承不对中原因是转子轴心线与轴承中心线偏移或倾斜。

常见的有角度不对中和平行不对中,在振动方向上易发生轴向振动,其激振频率以联轴频率为主,强烈时则达2~3倍,振动形态与转速无关且不趋于零。不对中故障诊断主要依据是2倍频分量的大小,振动随负荷变化情况及轴向振动值等。根据现场实际初步确定2倍频与1倍频的比值超过50%,2倍频的幅值超过通频报警值的25%且轴向振动幅值较大,或轴向振动与径向振动最高幅值的比值超过50%,则可认为不对中。

2.3 松动

非转动部分连接松动分为地脚螺栓松动、轴承座松动、轴瓦松动等情况。其主要原因是连接刚度不足或系统结合面有间隙导致机械阻抗低而造成振动大。

松动多发生垂直方向振动,除不平衡和不对中的强制力外,还有重力作用。松动现象有弹簧特性振动是非线性的,振动频率是精确的分数倍和奇次谐波, 3倍频分量大,当转速增大或减小时有跳跃现象,有松动方向上的振动特性。根据现场实际初步确定振动超过通频报警值的50%且轴向振动大于径向振动,分数倍和奇次谐波振幅超过通频报警值的50%,不同面垂直方向振幅差值超过通报警值的10%,则可认为松动。

从频谱图上看不平衡与不对中的差异:在幅值上:不平衡与转速平方成正比,不对中与振幅基本一致,与转速无关。在相位上:不平衡在同一点上垂直与水平方向振动相位差为90°,不对中在联轴器两侧轴瓦径向上振动相位差约为180°。不平衡和不对中与松动的差异:不平衡径向各次谐波的振动幅值小于工频分量的50%,松动振动幅值超过工频振动的50%。

2.4 油膜振荡

转子绕自身轴线旋转时又绕轴承中心连线回转,当转子2倍于第一临界转速时会发生强烈的共振即油膜振荡。

其主要特征是振动在某转速下迅速增大。其主要原因:油温过低或粘度较高而引起粘滞阻尼系数增大,转子平衡状态差及对中状况不好。措施:当环境温度过低时适当提高进油温度,轴瓦损坏时及时更换,检查转子平衡、对中及动静间隙是否均匀,提高轴承比压。

2.5 喘振

气流喘振是因风机产生严重旋转失速。当风机流量减小到工况点至Q-H性能曲线的不稳定区域内时,会引起剧烈振动并出现周期性的喘气声或呼噜声。其主要原因:风机的实际运行流量小于喘振流量或气体相对分子质量变化大、不对中和动静间隙不均匀。其主要特征:振动频率为1Hz~30Hz的低频并常有1倍频出现。措施:及时调整风门的开度,当风机启动而没有用风情况下,风门适当开启20%,减少气流振荡。

2.6 碰摩

旋转着的转子与静止件发生碰撞和摩擦的现象称为碰摩故障,其能引起不稳定振动及非线性振动。因碰摩情况复杂,应根据频谱中各频率成分的大小,波形的不稳定性及振幅和相位随时间变化的情况,结合不同碰摩故障特征进行判断。根据现场实际低频或高频分量超过通频报警值的10%且超过通频幅值的20%,1倍频相位的变化超过10,振动超过通频报警值的50%且短时间内振动波动大于15μm,则可认为是碰摩故障。

2.7 轴承故障

滚动轴承振动信号复杂,分析难理解,难诊断,根据现场实际通过频率分量的幅值增加超过2倍,则可认为是滚动轴承故障。滑动轴承故障主要表现为和松动碰摩易诊断。

3 结语

风机故障可能与多种因素有关,根据其表现出来的特征,对采集的信号运用频谱分析法对波形和频谱变化及与其它因素的关系全进行面分析,能有效判断风机运行状态,采取对应措施,可有效地控制故障的发生,提高风机作业率,降低维修费用,创造效益。

参考文献

[1]朱红兵.大型离心通风机的状态监测[J].风机技术,1998.

[2]孔莲芳.集成神经网络信息触合技术在旋转机械故障诊断中的应用[J].机械与电子,2004.

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