状态监测技术在海上平台风机上的应用

何 杉，王静平

（1.中海石油技术检测有限公司，天津 300452；2.濮阳市双发实业有限责任公司，河南 濮阳 457001）

一、引言

风机在海上动设备的故障率相对较高，包括风扇不平衡、机组不对中、皮带磨损或张紧力不适、轴承磨损等。如果这些故障不能及时发现，会给油田生产带来重大损失。

频谱分析技术是状态监测技术的一种有效手段。通过采集设备现场信号，然后做FFT变换等处理，从而得到信号的频率分布和幅值大小。当设备出现故障时它的振动会明显增大，相应的频率会出现在振动信号中，通过频谱分析可以找到故障原因。从而采取相应的维修措施，并使维修具有很强的针对性。

二、以下对风机故障案例进行分析

1.风扇不平衡

不平衡是由于转子部件质量偏心或转子部件缺损造成的故障。当转子出现不平衡故障时会出现如下状况。(1)其频谱图以工频为主导；(2)时域波形为正弦波；(3)轴心轨迹为椭圆；(4)相位稳定。

某平台空压机冷却风机振动幅值较高(49.54mm/s)，在电机前后轴承处水平或垂直方向的振动频谱图中均以工频为主导，时域波形成正弦波，电机驱动端水平方向测点的频谱图和时域波形图如图1所示。

频谱中以工频为主导，时域波形呈正弦波是不平衡故障的典型特征。对风扇做动平衡后风机振动降为正常水平。

2.机组不对中

机组各转子之间通过联轴器、齿轮或皮带等传动部件连接。由于安装误差、承载后的变形、基础的沉降不均等原因，造成机组工作状态时各转子轴线之间产生轴线平行位移及角度位移或综合位移的状态。据统计转子系统故障的60%是由于不对中引起的。

转子出现不对中故障时。(1)频谱中可见明显2倍频(有时2倍频不明显)；(2)轴向振动明显；(3)轴心轨迹为双环椭圆。

某风机在监测时发现电机驱动端轴向振动从2010年11月份的1.7mm/s突然增加到8.114mm/s，水平方向和垂直方向也有所增加，但是轴向增加最多，频谱中以工频和2倍频为主，如图2所示。

工频和2倍频是机组不对中的典型特征，尤其是轴向振动增加时，机组重新对中后轴向振动降为0.9572mm/s。

3.皮带磨损或张紧力不适

当机组通过皮带传递动力时，由于长时间运转，皮带容易出现磨损和张紧力不均现象，在频谱中会出现明显的皮带通过频率，它比两边的工频小，易区分。如果振动幅值较高时，应及时调整皮带的张紧力。

某皮带传动的风机，在电机驱动端的频谱中，除了电机和风扇的工频外，皮带通过频率及其谐波均明显。检查发现皮带有明显的磨损，更换皮带后，机组运行正常。

4.轴承故障

轴承故障包括润滑不良、磨损、安装不当等几种情况。

轴承润滑不良一般表现为加速度包络值较大且包络谱中地脚能量丰富。补充润滑脂(油)后包络值明显下降。如加速度包络值无明显下降，可能是由于轴承间隙偏大造成的。

一般的轴承磨损故障都会表现为振动值较大并有增加趋势，在加速度包络谱和速度谱中有轴承(外圈、内圈、保持架或滚动体)的缺陷频率及其谐波，时域波形有明显冲击现象，现场还能听到异常噪声。某皮带传动的风机非驱动端轴承出现故障时的频谱图如图3所示，具有轴承故障的明显特征。停机检查时发现双列轴承中的一个保持架已经断裂，更换轴承后振动正常。

轴承安装时，间隙调整不当，这时频谱中会出现轴承缺陷频率，此时应重新调整轴承间隙。

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[3]韩捷，张瑞林.旋转机械故障机理及诊断技术[M].北京：机械工业出版社，1997.