狀態監測技術在海上平臺風機上的應用

何 杉，王靜平

（1.中海石油技術檢測有限公司，天津 300452；2.濮陽市雙發實業有限責任公司，河南 濮陽 457001）

一、引言

風機在海上動設備的故障率相對較高，包括風扇不平衡、機組不對中、皮帶磨損或張緊力不適、軸承磨損等。如果這些故障不能及時發現，會給油田生產帶來重大損失。

頻譜分析技術是狀態監測技術的一種有效手段。通過采集設備現場信號，然后做FFT變換等處理，從而得到信號的頻率分布和幅值大小。當設備出現故障時它的振動會明顯增大，相應的頻率會出現在振動信號中，通過頻譜分析可以找到故障原因。從而采取相應的維修措施，并使維修具有很強的針對性。

二、以下對風機故障案例進行分析

1.風扇不平衡

不平衡是由于轉子部件質量偏心或轉子部件缺損造成的故障。當轉子出現不平衡故障時會出現如下狀況。(1)其頻譜圖以工頻為主導；(2)時域波形為正弦波；(3)軸心軌跡為橢圓；(4)相位穩定。

某平臺空壓機冷卻風機振動幅值較高(49.54mm/s)，在電機前后軸承處水平或垂直方向的振動頻譜圖中均以工頻為主導，時域波形成正弦波，電機驅動端水平方向測點的頻譜圖和時域波形圖如圖1所示。

頻譜中以工頻為主導，時域波形呈正弦波是不平衡故障的典型特征。對風扇做動平衡后風機振動降為正常水平。

2.機組不對中

機組各轉子之間通過聯軸器、齒輪或皮帶等傳動部件連接。由于安裝誤差、承載后的變形、基礎的沉降不均等原因，造成機組工作狀態時各轉子軸線之間產生軸線平行位移及角度位移或綜合位移的狀態。據統計轉子系統故障的60%是由于不對中引起的。

轉子出現不對中故障時。(1)頻譜中可見明顯2倍頻(有時2倍頻不明顯)；(2)軸向振動明顯；(3)軸心軌跡為雙環橢圓。

某風機在監測時發現電機驅動端軸向振動從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，但是軸向增加最多，頻譜中以工頻和2倍頻為主，如圖2所示。

工頻和2倍頻是機組不對中的典型特征，尤其是軸向振動增加時，機組重新對中后軸向振動降為0.9572mm/s。

3.皮帶磨損或張緊力不適

當機組通過皮帶傳遞動力時，由于長時間運轉，皮帶容易出現磨損和張緊力不均現象，在頻譜中會出現明顯的皮帶通過頻率，它比兩邊的工頻小，易區分。如果振動幅值較高時，應及時調整皮帶的張緊力。

某皮帶傳動的風機，在電機驅動端的頻譜中，除了電機和風扇的工頻外，皮帶通過頻率及其諧波均明顯。檢查發現皮帶有明顯的磨損，更換皮帶后，機組運行正常。

4.軸承故障

軸承故障包括潤滑不良、磨損、安裝不當等幾種情況。

軸承潤滑不良一般表現為加速度包絡值較大且包絡譜中地腳能量豐富。補充潤滑脂(油)后包絡值明顯下降。如加速度包絡值無明顯下降，可能是由于軸承間隙偏大造成的。

一般的軸承磨損故障都會表現為振動值較大并有增加趨勢，在加速度包絡譜和速度譜中有軸承(外圈、內圈、保持架或滾動體)的缺陷頻率及其諧波，時域波形有明顯沖擊現象，現場還能聽到異常噪聲。某皮帶傳動的風機非驅動端軸承出現故障時的頻譜圖如圖3所示，具有軸承故障的明顯特征。停機檢查時發現雙列軸承中的一個保持架已經斷裂，更換軸承后振動正常。

軸承安裝時，間隙調整不當，這時頻譜中會出現軸承缺陷頻率，此時應重新調整軸承間隙。

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