机械松动的类别、及松动程度的不同,其响应也有很大不同,***显著的特征是非线性反应的强弱,另外振动具有局限性,正常情况下只表现在松动的转子上。机械松动造成的影响主要为转子系统刚度减弱,所以支撑刚度本身不足的故障与支撑松动特征基本相符,因此将部分常见支撑刚度故障在此一并加以介绍。
支撑刚度减弱引起的振动甄别
轴承座的振动特性应符合下图所示规则,振动幅值由轴承座底部到顶部振动逐渐增大;空侧到负荷侧振动逐渐增大;轴承座左、右两侧同一高度处两点振动应该相等,振动应该对称分布;接近转轴部位的振动大于平行并远离转轴部位的振动幅值,如电机轴承端盖和机壳振动。当所测振幅与上述特性不符,通常预示着某部位支撑刚度存在问题。
1当设备的某一个地脚存在松动现象时:
该地脚振动幅值明显大于该轴承座其它地脚振动,以外伸转子为例,叶轮侧轴承座两边地脚振动幅值基本相等,而联轴器侧轴承座两边地脚振动幅值基本相等,由于负荷集中在叶轮侧,所以叶轮侧地脚振动幅值将明显高于联轴器侧。若其中一地脚振动幅值明显大于该轴承座其它地脚振动说明存在松动问题。
2.结合面松动故障
测量相邻两结合面之间的振动幅值应基本相等,幅值差通常小于8μm,超出该范围,幅值差越大,松动越严重。如下图所示:
3地脚台版自身刚度不足故障
***先用上述方法确定地脚存在刚度薄弱问题,然后进一步进行测试、确认台版自身刚度不足。如图5:电机地脚与台板上侧振动较大,幅值相同,而台板上侧与中间部位振动幅值相差悬殊,台板下侧与基础振动幅值良好且幅值基本相同,说明刚度薄弱点在台板中间位置。
下图为油田注水泵,电机底座滑道支撑刚度不足是该类设备电机振动的主要原因之一,示意图中省略了各部位的测量,突出标注了滑道刚度不足部位及与之比较部位的振幅,电机地脚与滑道振动基本相同,说明螺栓连接紧密,滑道与基础连接部位振幅较小且几乎相等,而滑道中间部位与基础振幅相差悬殊,说明滑道中间部位支撑刚度不足为主要故障原因。在实际测量时,应全面测量各部位的振幅,如各个地脚及结合面、框架的各部位等,有时可能同时存在两种或两种以上的松动故障。
4地脚接触面积不足引起的刚度不足故障
虽然地脚螺栓连接紧密,而且基础及垫铁良好,但由于地脚垫片接触面积较小,致使地脚悬空面积过大,导致大负荷情况下支撑刚度不足。如下图所示,从各测量振动幅值可以看出,电机地脚螺处地脚和基础振动基本相同,说明螺栓连接紧密,且基础刚度良好,但悬空部位振动较大,说明振动主要由电机前端悬空面积过大造成。示意图中红色三角型为临时处理措施所加斜铁,加装斜铁后振动良好。
现场同型号设备共有九台,电机地脚安装方式相同,但唯独该设备电机振动超标,主要原因为该设备改造后,泵与电机之间增加了一台大型永磁调速器,增加了电机负荷。
5.转子支撑整体刚度不足故障
箱体式支撑旋转设备,如下图,由于安装方便,一些中小型企业的旋转设备多采用该支撑方式,但60%以上都存在着支撑刚度不足问题,甚至表现出柔性支撑特性,该设备支撑问题特点为:地脚连接螺栓不足以紧固箱体支撑;即使地脚螺栓连接紧密,由于箱体整体静刚度不足,所以箱体及设备振动依然剧烈;当箱体刚度存在严重不足时,其固有频率可能会低于转速频率,升速过程中将出现剧烈振动,当越过共振频率后振动逐渐减小,现在由于电机变频调速的普遍应用,有时候运行转速可能接近或落入共振频率范围,因此导致该设备无法正常运行。
另外由焊接而成且支撑较高的新安装设备容易出现支撑刚度不足故障。振动特征与箱体支撑相同,但通过焊接加强筋进行处理。
6.基础凹凸不平引起某地脚刚度不足故障
此类故障一般发生在新安装设备或更换不同型号设备后,由于基础某部分的突起致使设备地脚不能紧密接触,特别是更换不同型号设备事时,由于设备底座形式不同,所以与基础的接触部位发生改变,若恰巧接触位置有突起部分,将使某地脚处于悬空状态。此类故障的诊断方法与地脚松动相同。
7.地脚垫片引起的软脚故障
联轴器找中心时,某地脚往往会垫很多垫片,有的甚至多达近20片,在一定负荷以下,其对支撑刚度并无明显减弱现象,但负荷增大到一定程度时,一定厚度的垫片将产生类似弹簧的效应,从而降低该地脚的支撑刚度。其诊断方法同地脚螺栓松动。
8.振动与负荷的关系
以上各类支撑刚度故障有一共同特点,与设备负荷存在直接关系,设备存在刚度不足问题时,在一定负荷以下并不一定会得到体现,比如电机空试时振动良好,但连接被牵引设备后振动超标等,随着负荷的增长,振动逐渐增大。假如激振力相同,则刚度越薄弱振幅值越大。