频谱分析在风机状态监测中的应用

张兴华

（河钢集团唐钢分公司，河北唐山063000）

1 引言

状态监测是在设备运行或者基本不拆卸设备的情况下，通过仪器获得准确的设备信息，掌握运行状态，评价优劣程度，诊断有无故障或确定故障的部位及原因，预测发展趋势，为及时消除故障提出决策依据的一种方法。频谱分析是状态监测中使用最为广泛的方法之一。大多数旋转机械一般都产生带有周期的振动信号。振动信号并不是只包含单一频率成分的简谐振动，而是包含多种频率成分。这些频率成分往往直接与机械中各种零部件的机械物力特性联系在一起，通过数学变换可以客观准确的反应设备各部件的运行状况，从而对设备的可靠性进行评价。

2 设备基本情况

炼铁厂北区除尘一期13900除尘风机，风机型号：Y4-73N029.5F;风量：554800m3/h；全压：4490Pa；转速 730r/min;风机端轴承型号22340。

3 测点布置及相关标准

2017年6 月，运行人员反应风机振动增大。随即对风机进行诊断性测振。使用VB5振动测试分析仪，振动点布置，如图1。

4 初次测振结果及分析

图1 振动测点布置图

初次测振数据，见表1。按照相关标准，除尘风机应属于刚性基础设备，600至1200r/min,10至1000Hz。从测量结果可以看出，旋转系统中垂直和水平振动较小，均属于合格范围内，而轴向振动最大，处于停机检修范围内。为了进一步确定故障原因，对各测电进行频谱分析，相关频谱见图2。

表1

图2 4#测点轴向振动频谱

通过现场设备状况进行观察了解，振动情况是逐步加剧的，说明设备原有结构刚度正常，水平和垂直振动幅值较小，二倍转频成分较小，说明安装找正也正常。在频谱图中明显发现转速频率的整倍数频，且尖峰很清楚，这些尖峰说明旋转系统中有严重松动故障，因此重点检查轴承座支撑刚度的变化情况。

诊断结果为：由于松动，显著地降低了轴承座轴向刚度，从而产生较大的轴向振动。

5 初次检修和检修后振动数据

针对这种情况，立即安排在线检修，以防止发生恶性事故。建议检修重点放在紧固各轴承及轴承压盖螺栓上，检修过程中发现1-5#测点处轴承压盖螺栓有个别松动现象，紧固后各测点振动数据明显改善，轴向振动大幅降低。说明初期判断正确，检修有效。检修后测振数据振动最大为5#测点轴向振动为2.83mm/s，检修后相关测点轴向振动频谱，见图3。

图3 5#测点轴向振动频谱图

风机振动异常主要原因为环境温度变化导致轴承盖螺栓个别松动，引起轴承整体刚性显著降低，表现为轴向振动增大，经过在线检修故障排除。但风机轴承端（5#测点处）频谱中有轴承故障频率，怀疑轴承存在早期磨损，针对已经发现的可能存在的轴承早期磨损故障，加强了对风机状态检测的关注度。

6 设备运行状况及振动数据

自2017年6月对风机进行诊断性检测，怀疑5#测点轴承有故障后，加强对风机状态监测的关注程度。2017年8月对除尘风机进行状态监测数据采集时，发现风机5#测点设备运行状况存在恶化趋势，故障恶化时振动数据，见表3,5#测点垂直方向振动频谱见图4。

7 频谱分析结果

图4 5#测点垂直方向振动频谱

通过对风机进行状态监测，对设备状态监测数据进行趋势分析，发现风机振动情况是逐步加剧的。水平和垂直振动幅值较小，二倍转频成分较小或没有。因此，重点分析轴承故障，仔细分析频谱发现有轴承内圈、外圈及滚动体故障频率，并伴有一倍转速频率。根据经验：当频谱中存在轴承故障频率的谐波频率，尤其是这些频率伴有一倍转频边带，不能单独以振动总值的大小来判断轴承的好坏，应尽快更换轴承[1]。

诊断结果为：轴承虽然振动总值不大但轴承内圈外圈及滚动体均有故障频率并伴有一倍转频出现，说明轴承故障随时有可能急剧恶化造成生产事故，要求尽快安排检修，更换风机5#测点处轴承。

8 更换轴承后振动数据

2017年8月29日安排除尘风机停机检修，更换5#测点处轴承。通过对损坏轴承解体发现轴承内圈、外圈、滚动体均有不同程度的损坏。更换轴承后振动数据，见表2。

表2 更换轴承后测振数据

9 结语

使用VB5振动测试分析仪对风机进行持续状态监测，自2017年6月2日发现5#测点处轴承异常至2017年8月提出更换5#测点处轴承，数据是采集可靠的，频谱分析是准确的，避免了一次重大设备事故。这一案例说明状态监测可以提高设备现代化管理水平，对设备的维修由事后维修、计划维修向预知维修转变，从而避免恶性事故的发生，保证设备运行的可靠性和稳定性，提高设备利用率，确保设备安全长周期运行，最终达到降低成本取得潜在的经济效益和社会效益。