2007年2月26日,發現熱電分公司9#鍋爐引風機振動較大,採用CSI 2120測振儀進行了振動數據採集,通過各測量點的時域波形及頻譜圖特徵,對該引風機進行振動故障分析診斷。
一、設備主要參數及測點布置
風機型號Y4-73-11 N0.22F,設計能力230150m3/h,引風壓力2491Pa;電動機型號YKK450-8WF1,功率280kW,轉速7300r/min。測點布置如圖1所示。
二、振動分析
分析振動數據時所依據的是國際振動標準ISO2372,從各測點的總體情況來看,電機內、外側及風機內側各測點的振動值均在正常範圍之內,而風機外側振動值較大。具體表現是:軸向測點的振動速度值超報警線,而且時域波形中的衝擊較大,風機外測水平和垂直兩徑向測點的振動速度值雖然未超標,但時域波形中同樣顯示有衝擊信號,基於以上情況,就把分析的重點放在風機外側測點的3個方向上。
1.滾動軸承基本故障頻率的計算
風機外側軸承型號是3632(舊的軸承代號),對應新的軸承代號是SKF22332C,屬雙列調心滾子軸承,共有滾子30個,每列15個。可以根據公式計算出軸承故障頻率。
保持架故障頻率:
內圈故障頻率:
外圈故障頻率:
滾子轉動頻率:
式中 f一一每秒的轉速
d——滾子直徑
N一一滾子數
Dp——軸承節圓直徑
α一一接觸角
2.軸承基本故障頻率在故障診斷中的作用
計算出軸承故障頻率后,在進行故障診斷時,如果頻譜圖中的缺陷頻率與上述某一個故障頻率相接近或重合,就可以判斷在該元件上可能存在相應故障,與故障頻率接近或重合的缺陷頻率峰值數越多就說明該元件存在的故障可能性越大。
3.風機外側測點水平方向(4H)
圖2是引風機外側測點4水平方向的頻譜圖(圖中F虛線為軸承內圈故障頻率),從圖中可以看到最高峰值為2.043mm/s,未超過國際振動標準,該處頻率為109.89Hz,與軸承內圈故障頻率107.5Hz僅相差2.49Hz,並另有峰值與軸承內圈故障頻率接近,雖然振動幅值沒有超標,但在1000Hz數據採集頻段內具有寬頻能量。
圖3是風機外側測點4水平方向的時域波形圖,圖中顯示信號有衝擊,有兩個峰值超故障線。
4.風機外側測點垂直方向(4V)
圖4是風機外側測點4垂直方向的頻譜圖,圖中有6個峰值,其頻率均與軸承內圈故障頻率(BPFI)的倍頻相接近。同圖2一樣,這些峰值水平並不高,最高峰值只有1.982mm/s,但一直到l 000Hz範圍內都有低幅值的寬頻能量出現。
圖5是風機外側測點4垂直方向的時域波形圖,圖中顯示信號有衝擊,有25個峰值超故障線。
5.風機外側測點軸向(4A)
圖6是風機外側測點4軸向的頻譜圖,最高振動峰值達到了9.47mm/s,已超過國際振動標準,主要峰值集中在0~360Hz之間,360~1000Hz間為均勻的地毯波。在1000Hz頻段內有3個峰值,其頻率均與軸承滾柱內圈故障頻率的倍頻相接近。
圖7是風機外側測點4軸向的時域波形圖,圖中顯示信號較雜亂並有強烈衝擊,波形明顯超報警線和故障線。
三、綜合分析結果
綜合以上測點4的3個方向的頻譜圖來看,測點4H頻譜最大峰值是2.043mm/s,4V頻譜中最大峰值是1.982mm/s,都在正常範圍內,但時域圖中均顯示有衝擊,並且垂直方向上的衝擊要大於水平方向;測點4A的振動速度值最大為9.47mm/s,已超振動標準,並且時域圖中的衝擊很大。從4H、4V、4A 3個方向頻譜峰值與軸承故障頻率對照的情況來看,在軸承4個故障頻率中軸承內圈故障頻率與實際缺陷頻譜峰值最為接近。由此診斷結論是:引風機外側軸承故障,且內圈故障的可能性要大於外圈、保持架和滾動體。
四、現場檢修情況
2月28日對引風機進行檢修,拆下外側軸承,發現軸承保持架情況良好,兩個滾子表面有明顯點蝕,軸承外圈存在點蝕,軸承內圈有嚴重磨蝕,實際情況與故障診斷結果相符。
更換新軸承后的第二天,再次對引風機進行振動數據採集,在現場明顯感覺雜訊較小。圖8是3月2日採集的風機外側測點4水平方向的振動頻譜圖和時域波形圖。
從圖8中可以看到,該點頻譜圖中的最大幅值僅0.349mm/s,頻譜稍微有些散亂,這可能是新品軸承在製造過程中的一些缺陷(如表面的小毛刺等)所致,時域波形也在正常範圍內,這次採集的數據可以作為以後對該設備進行故障診斷的對比依據。
五、總結
在對9#鍋爐引風機進行故障診斷的全過程中,採用了多種診斷方式相結合的辦法。
(1)在頻譜和時域波形的分析中使用了有量綱參數與無量綱參數相結合的辦法,充分發揮這兩種診斷參數各自的優點,互相取長補短,不以單一頻譜參數來輕言結論。
(2)由於理論計算值與實際情況存在偏差,所以在參考軸承故障頻率的同時也不過分強調故障頻率與故障的對應關係。
參考文獻
1沈慶根.化工機械故障診斷技術[M].浙江大學出版社,1994