案例分析-齒輪箱高速軸 - 圖文-

1、風力發(fā)電機振動異常的案例分析北京海誠信豐科技有限公司吳劍服務&振動分析工程師1.案例據(jù)現(xiàn)場工程師解說,此風機在并網(wǎng)發(fā)電時,噪音異常,振動異常,整個風機包括塔筒和地基都隨著風機振動。振動測試開始,現(xiàn)場條件:溫度23ºC,風速4到7 米/秒。風機空載1000轉(zhuǎn)運行測量,總共測試10測點,分別為:主軸承,齒輪箱低速軸發(fā)電機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)電機前端軸承,后端軸承,以及高速軸發(fā)電機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,但是振動依然很強烈。根據(jù)所測的頻譜圖可以看出,振動源

2、主要是齒輪箱高速軸傳出的,通過高速輸出軸加速度軸心軌跡的測量更加確定問題就是高速軸的問題。在提供振動分析報告后,現(xiàn)場工作人員,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,振動正常。2.風機狀態(tài)這臺風機正處于調(diào)試階段,調(diào)試時出現(xiàn)振動異?，F(xiàn)象,據(jù)現(xiàn)場工程師敘述,此前風機高速輸出端出現(xiàn)問題: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)場工程師的共同協(xié)助下,對風機進行了一系列的處理,包括:剎車盤和剎車片更換,并重新對中(發(fā)電機端與齒輪箱高速軸,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備階段測量準備階段3.測量3.1 數(shù)

3、據(jù)庫本數(shù)據(jù)庫是由我公司工程師經(jīng)過多年的經(jīng)驗積累,已經(jīng)成功的應用到多個案例當中。 圖3 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫解析:本數(shù)據(jù)庫把各個要測量的點都羅列出來,并根據(jù)每個測量的不同要求設立了不同的測量任務。例如高速軸豎直方向,我們設定了1015振動總振值,1016速度頻譜,1018時域波形,1021軸承包絡圖,1019加速度頻譜以及臨時測量的加速度軸心軌跡。3.2 現(xiàn)場此次測量是在不并網(wǎng)發(fā)電低轉(zhuǎn)速的情況下進行的,原因:1.業(yè)主不允許這樣做,因為上次并網(wǎng)測試,振動極大,整個塔架和塔架地基都在劇烈振動,擔心會造成事故。2.業(yè)主擔心設備的運行會造成2次傷害,由于此風機即將要交付業(yè)主,他們擔心劇烈振動會造成其他部件的損壞

4、,例如發(fā)電機,塌架,基礎。3.我公司本著安全第一的原則,在不并網(wǎng)低轉(zhuǎn)速的情況下進行測量,其結(jié)果是可行的。因為并不并網(wǎng)發(fā)電和高低速運行,只是在故障信號的大小上有區(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,我們做出決定:測量在1000轉(zhuǎn)空載的情況下進行。4.測量結(jié)果與數(shù)據(jù)分析4.1 主軸承的測量 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,包絡和時域波形主軸承的總振值RMS為0.39mm/s,包絡

5、和時域波形也沒有明顯的故障表現(xiàn)。4.2 低速軸發(fā)電機端的分析 f Hz f Hzt ms圖5 豎直方向包絡和加速度頻譜首先包絡圖里是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,而且時域波形也沒有明顯的沖擊現(xiàn)象,故此頻率可能來源于油泵(齒輪泵的嚙合頻率。 f Hz f Hz圖6 水平方向包絡和加速度頻譜水平方向的包絡圖和加速度頻譜與豎直方向的類似。4.3 中間軸發(fā)電機端的分析 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,并且根據(jù)現(xiàn)場情況,剎車盤

6、在自由轉(zhuǎn)動時,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過以及對中用激光對中儀做過,不會存在剎車盤變形和對中不良的情況發(fā)生,故對高速輸出軸重點察看。加速度軸心軌跡的測量: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)出有激勵現(xiàn)象，故此高速軸可能存在質(zhì)心偏移現(xiàn)象。 比較危險，由于現(xiàn)場測試時，風機轉(zhuǎn)速較低，所以振動不是很大，但是一旦轉(zhuǎn)速升高，發(fā)電 機扭矩升高，這樣的激勵振動，將會造成嚴重問題。 4.6 發(fā)電機前端軸承 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)電機前端軸承座 振動較小，沒有明顯的故障，只是在包絡里，有 100Hz 的頻率，這個是由變頻器干擾發(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)電機后端軸承座 總振值較小 0.42mm/s，速度頻譜正常，包絡里出現(xiàn) 100Hz，200Hz，300Hz 的變頻器干擾， 但有 1 倍頻的邊帶，后續(xù)巡檢，建議加強此端軸承溫度監(jiān)控，潤滑脂的狀態(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，整個風機的主要振動是來源于高速輸出軸，給出 報告 3 天后，現(xiàn)場工程師對齒輪箱高速軸進行拆卸，發(fā)現(xiàn)以下問題： 高速軸靠齒輪邊緣一段已經(jīng)出現(xiàn)裂縫。 這個剛好可以驗證，之前的判斷是完全正確的。 當這段裂縫的齒輪與中間軸捏合的時候，裂縫會完全合起來，軸的運動趨于規(guī)則；當裂縫背 面齒輪和中間