摘要 某空压机组的噪声突然增大，在对设备进行了精密诊断和连续跟踪之后，找出故障所在，要求尽快停机处理，避免了设备的继续劣化及恶性事故的发生。文中对涡流传感器为什么对断齿故障不敏感进行了探讨。并建议齿轮故障可用加速度传感器和电流监测的方法，提高监测效果。
一、概述
近年来，宝钢的设备诊断工作已取得了长足的进步，面向重大设备周期检测的“受控点”工作，保证了重大设备的安全运行，积累了大量历史数据，并很好地融人了宝钢设备管理体系。诊断专业人员已成为维护设备正常运行的不可缺少的力量。本文通过对某空压机组的状态跟踪和齿轮装置断齿故障的诊断过程，说明了设备诊断在利用科学手段及时发现故障、防止恶性事故的发生、保证连续设备的安全运行方面所起的重要作用。
齿轮装置是宝钢现场极其重要且广泛使用的设备，运行中与其状态有关的特征有振动、温度、噪声、润滑油中的磨粒和形态、转矩、扭振、齿根应力分布等，每个量都从各自不同的角度反映运行的状态，但由于现场条件和测试手段所限，有些特征的提取和分析不易实现，有些特征反映的情况不敏感。相对来讲，齿轮装置的振动是目前公认的较好的特征提取量，具有测试方便、反映迅速、信息量全面、方法较成熟的特点。
齿轮装置通过啮合传递力，这个过程会引起冲击、摩擦从而产生振动。此外齿轮运动中的轴心偏移、质量不平衡、磨损、轴承缺陷等问题都会导致振动的产生。在这个复杂的振动系统中，影响振动及其变化的主要因素是齿轮刚度和传动误差，当齿轮运行状态恶化时，直接反映在齿轮传动误差上；齿轮刚度的瞬时变动，导致冲击的产生，所有这些都使齿轮的动载荷加大，振动也相应加大。这些就是振动诊断的基本依据[1]。
二、问题的出现和初步诊断
某空压机组主要包括电动机、齿轮增速机和压缩机三个部分，机组结构简图及测点示意图如图1所示。空压机的主要设备参数：同步电机转速1500r/nun，压缩机转速4186r/min，齿轮箱齿数120/43、速比2.79，叶片数：1级22，2级16，3级16，4级16。
2001年6月下旬，检测公司对该空压机组进行了例行的周期测试，其设备状态正常。7月11日设备噪声升高，类似高频啸叫而并非撞击声，难以分辨原因，在线监测系统显示振动数据和温度完全正常。当时，对设备进行了振动测试和分析，发现设备的振动速度值与过去相比变化不大，但齿轮增速机的加速度值有明显增大（表1）。图2和图3分别是测点③垂直方向的速度谱和加速度谱。从低频看，无论低速轴还是高速轴，振动速度谱均类似，振动的主要成分均为高速轴的转频（图2）；而从高频看，可明显看到高速轴转频间隔的冲击（图3）。由于压缩机测点振动值变化不大，且噪声主要出自增速机，首先断定问题出在增速机，而压缩机部分状态正常。出现以高速轴转频为间隔的冲击，可能的原因主要有两大方面，一是与高速轴相关的部件缺陷，包括齿轮、轴承等等，二是由于安装质量、现场条件的变化或运行条件不理想而间接造成的齿轮啮合不平衡。根据机组运行的实际情况，可排除齿轮制造和安装误差。通过现场地脚测试和信号分析，也排除了基础沉降、对中不良等原因引起的齿轮轴不平行或一侧啮合等问题。由此，怀疑聚焦在与高速轴相关的部件上。
三、进一步跟踪分析
为了进一步分析设备状态，对设备的在线涡流传感器信号进行了记录和分析。涡流传感器反映转子的位移变化，通常对旋转设备内部的大多数机械故障较为敏感。在线传感器安装在高速轴上，其振动位移值非常小（表2），且自设备噪声增大以来，幅值几乎没有变化。图4是涡流传感器信号频谱，所有测点的信号相似，均以高速轴的转频70Hz为主，谐波与高频成分很少，从信号上看不出瓦隙不好或碰摩的特征。因此，从数值和特征上来说，产生高速轴转频为间隔的振动的原因，基本上可以排除轴瓦的因素，怀疑的焦点向齿轮方面靠近。基于一段时间的跟踪分析，检测公司在故障分析会上提出增速机极有可能存在齿轮故障，建议安排停机检查，同时调整了跟踪测试周期。
常见的齿轮故障形式有齿面磨损、表面剥落、裂纹、偏心、一侧啮合、断齿等等[2]。由于本次故障征兆出现的比较突然，就故障本 [1] [2] [3] 下一页
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