诊断师必读：旋转机械的松动故障诊断

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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、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。

来源：因联智慧诊断微信公众号（ID：gh_7bfa6a26e890），作者：因大师。