案例分析-齒輪箱高速軸 - 圖文-

1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)異常的案例分析北京海誠(chéng)信豐科技有限公司吳劍服務(wù)&振動(dòng)分析工程師1.案例據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程師解說(shuō),此風(fēng)機(jī)在并網(wǎng)發(fā)電時(shí),噪音異常,振動(dòng)異常,整個(gè)風(fēng)機(jī)包括塔筒和地基都隨著風(fēng)機(jī)振動(dòng)。振動(dòng)測(cè)試開始,現(xiàn)場(chǎng)條件:溫度23ºC,風(fēng)速4到7 米/秒。風(fēng)機(jī)空載1000轉(zhuǎn)運(yùn)行測(cè)量,總共測(cè)試10測(cè)點(diǎn),分別為:主軸承,齒輪箱低速軸發(fā)電機(jī)端軸承座豎直方向和水平方向,中間軸和高速軸軸向,高速輸出軸豎直和水平方向,發(fā)電機(jī)前端軸承,后端軸承,以及高速軸發(fā)電機(jī)端軸承座的加速度軸心軌跡。由于之前軸承壓蓋和高速軸的已經(jīng)存在磨損,剎車盤以及剎車片都已重新更換,但是振動(dòng)依然很強(qiáng)烈。根據(jù)所測(cè)的頻譜圖可以看出,振動(dòng)源

2、主要是齒輪箱高速軸傳出的,通過(guò)高速輸出軸加速度軸心軌跡的測(cè)量更加確定問(wèn)題就是高速軸的問(wèn)題。在提供振動(dòng)分析報(bào)告后,現(xiàn)場(chǎng)工作人員,將高速軸拆開,發(fā)現(xiàn)軸已經(jīng)出現(xiàn)裂紋,在更換高速軸后,振動(dòng)正常。2.風(fēng)機(jī)狀態(tài)這臺(tái)風(fēng)機(jī)正處于調(diào)試階段,調(diào)試時(shí)出現(xiàn)振動(dòng)異?，F(xiàn)象,據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程師敘述,此前風(fēng)機(jī)高速輸出端出現(xiàn)問(wèn)題:剎車盤磨損,剎車片磨損,高速輸出軸軸承壓蓋磨損異常。此后在現(xiàn)場(chǎng)工程師的共同協(xié)助下,對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行了一系列的處理,包括:剎車盤和剎車片更換,并重新對(duì)中(發(fā)電機(jī)端與齒輪箱高速軸,軸承壓蓋內(nèi)側(cè)用車床車掉幾絲,以保證輸出軸與壓蓋不摩擦。 圖1 磨損的軸承壓蓋 圖2 磨損的高速輸出軸準(zhǔn)備階段測(cè)量準(zhǔn)備階段3.測(cè)量3.1 數(shù)

3、據(jù)庫(kù)本數(shù)據(jù)庫(kù)是由我公司工程師經(jīng)過(guò)多年的經(jīng)驗(yàn)積累,已經(jīng)成功的應(yīng)用到多個(gè)案例當(dāng)中。 圖3 數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)解析:本數(shù)據(jù)庫(kù)把各個(gè)要測(cè)量的點(diǎn)都羅列出來(lái),并根據(jù)每個(gè)測(cè)量的不同要求設(shè)立了不同的測(cè)量任務(wù)。例如高速軸豎直方向,我們?cè)O(shè)定了1015振動(dòng)總振值,1016速度頻譜,1018時(shí)域波形,1021軸承包絡(luò)圖,1019加速度頻譜以及臨時(shí)測(cè)量的加速度軸心軌跡。3.2 現(xiàn)場(chǎng)此次測(cè)量是在不并網(wǎng)發(fā)電低轉(zhuǎn)速的情況下進(jìn)行的,原因:1.業(yè)主不允許這樣做,因?yàn)樯洗尾⒕W(wǎng)測(cè)試,振動(dòng)極大,整個(gè)塔架和塔架地基都在劇烈振動(dòng),擔(dān)心會(huì)造成事故。2.業(yè)主擔(dān)心設(shè)備的運(yùn)行會(huì)造成2次傷害,由于此風(fēng)機(jī)即將要交付業(yè)主,他們擔(dān)心劇烈振動(dòng)會(huì)造成其他部件的損壞

4、,例如發(fā)電機(jī),塌架,基礎(chǔ)。3.我公司本著安全第一的原則,在不并網(wǎng)低轉(zhuǎn)速的情況下進(jìn)行測(cè)量,其結(jié)果是可行的。因?yàn)椴⒉徊⒕W(wǎng)發(fā)電和高低速運(yùn)行,只是在故障信號(hào)的大小上有區(qū)別,我們所要做的就是,只要能發(fā)現(xiàn)故障的根源在哪里。根據(jù)以上幾點(diǎn),我們做出決定:測(cè)量在1000轉(zhuǎn)空載的情況下進(jìn)行。4.測(cè)量結(jié)果與數(shù)據(jù)分析4.1 主軸承的測(cè)量 14:23:2014:23:2214:23:2414:23:2614:23:2814:23:3014:23:3214:23:3414:23:3614:23:3814:23:40date f Hz t ms圖4 主軸承的總振值,包絡(luò)和時(shí)域波形主軸承的總振值RMS為0.39mm/s,包絡(luò)

5、和時(shí)域波形也沒有明顯的故障表現(xiàn)。4.2 低速軸發(fā)電機(jī)端的分析 f Hz f Hzt ms圖5 豎直方向包絡(luò)和加速度頻譜首先包絡(luò)圖里是178.88Hz及其諧頻,并帶有16.25Hz的轉(zhuǎn)頻邊帶,這是典型的軸承內(nèi)圈故障現(xiàn)象,不過(guò)從下面的加速度頻譜,可以看出,高頻區(qū)間沒有共振現(xiàn)象,而且時(shí)域波形也沒有明顯的沖擊現(xiàn)象,故此頻率可能來(lái)源于油泵(齒輪泵的嚙合頻率。 f Hz f Hz圖6 水平方向包絡(luò)和加速度頻譜水平方向的包絡(luò)圖和加速度頻譜與豎直方向的類似。4.3 中間軸發(fā)電機(jī)端的分析 f Hz圖7 軸向速度頻譜速度頻譜中可以清晰看出,轉(zhuǎn)頻及其諧頻,可以看出齒輪箱在軸向上,有軸向躥動(dòng),并且根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況,剎車盤

6、在自由轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),有1到2毫米的軸向偏移。4.4 高速軸輸出端加速度軸心軌跡 圖8 傳感器安裝根據(jù)4.3章所述,剎車盤在軸向上有1到2毫米的偏移,由于之前剎車盤重新?lián)Q過(guò)以及對(duì)中用激光對(duì)中儀做過(guò),不會(huì)存在剎車盤變形和對(duì)中不良的情況發(fā)生,故對(duì)高速輸出軸重點(diǎn)察看。加速度軸心軌跡的測(cè)量:利用雙通道,A 通道和B 通道,A 通道豎直方向,B 通道水平方向,轉(zhuǎn)速觸發(fā)和A 通道方向相同為豎直方向,即為軸心軌跡0度角。 °-0.050.000.050.100.150.20a m/s2 channel B圖9 濾波1倍頻的加速度及其相位 圖10 濾波1倍頻加速度軸心軌跡圖9 所示,AB通道的加速度相位存在

7、相位差,說(shuō)明軸的在某一方向上剛性不足,從圖10中可知,最大值出現(xiàn)在149度方向,故高速軸在149º方向上剛性不足。4.5 高速輸出端的頻譜分析 v rms mm/ s 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 f Hz 220 turbine xyz gearbox high speed stage generator side GBX H SS v ertic al 1016 D ICMac h.spec tr. > 600 2009-5-15 15:19:57 M M:

8、 16.75 / 1.27 D: - / - v rms mm/ s 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0 turbine xyz gearbox high speed stage generator side GBX H SS horizontal 1016 D ICMac h.spec tr. > 600 2009-5-15 15:21:54 M M: 16.75 / 0.64 D: - / - 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 f Hz 220 圖 11 輸出端水平和豎直方向的速度頻譜 從頻譜圖上可知，主要

9、表現(xiàn)在 1 倍頻上，基本上沒有 2 倍頻和 3 倍頻，結(jié)合 4.4 分析的剛性 不足，而且 1 倍頻上表現(xiàn)出有激勵(lì)現(xiàn)象，故此高速軸可能存在質(zhì)心偏移現(xiàn)象。 比較危險(xiǎn)，由于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低，所以振動(dòng)不是很大，但是一旦轉(zhuǎn)速升高，發(fā)電 機(jī)扭矩升高，這樣的激勵(lì)振動(dòng)，將會(huì)造成嚴(yán)重問(wèn)題。 4.6 發(fā)電機(jī)前端軸承 v mm/ s 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 2008-9-24 16:02:40 a rms m/ s2 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0 v mm/ s 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 0 50

10、100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 t ms 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 f Hz 2008-9-24 16:02:42 2008-9-24 16:02:44 2008-9-24 16:02:46 2008-9-24 16:02:48 2008-9-24 16:02:50 2008-9-24 16:02:52 2008-9-24 16:02:54

11、2008-9-24 16:02:56 2008-9-24 16:02:58 2008-9-24 16:03:00 date turbine 01 generator DE side GN DE v ertic al 1126 SDIC_Ov erall v eloc ity >600 turbine 01 generator DE side GN DE v ertic al 1125 SDIC_bearing_env elope >600 rpm 2008-9-24 16:03:46 turbine 01 generator DE side GN DE v ertic al 111

12、5 SDIC_mac hine time signal >600 2008-9-24 16:04:02 圖 12 發(fā)電機(jī)前端軸承座 振動(dòng)較小，沒有明顯的故障，只是在包絡(luò)里，有 100Hz 的頻率，這個(gè)是由變頻器干擾發(fā)出， 目前值很小，在接受范圍之內(nèi)。 4.7 發(fā)電機(jī)后端軸承 v mm/ s 0.8 0.4 0.0 2008-9-24 16:12:44 v rms mm/ s 0.30 0.20 0.10 0.00 0 a rms m/ s2 0.15 0.10 0.05 0.00 0 v mm/ s 2 1 0 -1 -2 0 50 100 150 200 250 300 350 400

13、 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 t ms 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 f Hz 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 f Hz 2008-9-24 16:12:46 2008-9-24 16:12:48 2008-9-24 16:12:50 2008-9-24 16:12:52 2008-9-24 16:12:54 2008-9-24 1

14、6:12:56 2008-9-24 16:12:58 2008-9-24 16:13:00 2008-9-24 16:13:02 2008-9-24 16:13:04 date turbine 01 generator NDE side GN DE v ertic al 1126 SDIC_Ov erall v eloc ity >600 turbine 01 generator NDE side GN D E v ertic al 1118 SDIC _mac hine spec trum >600 2008-9-24 16:13:16 turbine 01 generator

15、ND E side GN DE v ertic al 1125 SDIC_ bearing_env elope >600 rpm 2008-9-24 16:13:52 turbine 01 generator NDE side GN DE v ertic al 1115 SDIC_mac hine time signal >600 2008-9-24 16:14:06 圖 13 發(fā)電機(jī)后端軸承座 總振值較小 0.42mm/s，速度頻譜正常，包絡(luò)里出現(xiàn) 100Hz，200Hz，300Hz 的變頻器干擾， 但有 1 倍頻的邊帶，后續(xù)巡檢，建議加強(qiáng)此端軸承溫度監(jiān)控，潤(rùn)滑脂的狀態(tài)巡檢。 5總結(jié)： 總結(jié)： 結(jié)合 4.3 章，4.4 章，4.5 章分析可以得出，整個(gè)風(fēng)機(jī)的主要振動(dòng)是來(lái)源于高速輸出軸，給出 報(bào)告 3 天后，現(xiàn)場(chǎng)工程師對(duì)齒輪箱高速軸進(jìn)行拆卸，發(fā)現(xiàn)以下問(wèn)題： 高速軸靠齒輪邊緣一段已經(jīng)出現(xiàn)裂縫。 這個(gè)剛好可以驗(yàn)證，之前的判斷是完全正確的。 當(dāng)這段裂縫的齒輪與中間軸捏合的時(shí)候，裂縫會(huì)完全合起來(lái)，軸的運(yùn)動(dòng)趨于規(guī)則；當(dāng)裂縫背 面齒輪和中間