齒輪箱異響故障診斷排除方法分析
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摘要：針對(duì)某廠(chǎng)異構(gòu)脫蠟裝置循環(huán)氫機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中齒輪箱內(nèi)部存在異響的情況，結(jié)合在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的相關(guān)圖譜，探究可能導(dǎo)致齒輪箱異常現(xiàn)象的眾多因素，剖析造成異常響聲的根本原因，根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行處理異常現(xiàn)象消失，為今后診斷分析齒輪箱的故障提供理論和案例支撐。
關(guān)鍵詞：在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；齒輪箱；推力盤(pán)
引言
齒輪箱作為一種傳遞扭矩的變速機(jī)構(gòu)，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)。齒輪箱工作異常會(huì)影響整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的順利運(yùn)行。本文以某案例為研究背景，主要介紹齒輪箱異響問(wèn)題的診斷與處理方法。
1齒輪箱異響案例
1.1機(jī)組概況
某廠(chǎng)異構(gòu)脫蠟裝置循環(huán)氫壓縮機(jī)由變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其中壓縮機(jī)型號(hào)為BCL407，額定轉(zhuǎn)速為11700r/min，入口壓力為2.21MPa（G），出口壓力為4.64MPa（G），轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速為5696r/min，軸振動(dòng)報(bào)警門(mén)限為63.5μm，軸振動(dòng)聯(lián)鎖停機(jī)值為89μm。齒輪箱由高、低速齒輪組成，其中低速齒輪齒數(shù)為39齒，高速齒輪齒數(shù)為157齒，高速齒輪振動(dòng)報(bào)警值為50.8μm，聯(lián)鎖停機(jī)值為75.8μm。齒輪箱高速軸兩端軸承處各有2個(gè)測(cè)振點(diǎn)，機(jī)組總貌圖如圖1所示。
1.2故障現(xiàn)象
機(jī)組完成空負(fù)荷試車(chē)后處于停機(jī)狀態(tài)，半年后正式帶負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，在機(jī)組投負(fù)荷過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)人員發(fā)現(xiàn)機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中存在異響，并確定異響來(lái)自于齒輪箱內(nèi)部。通過(guò)查看DCS系統(tǒng)上各設(shè)備的振福，壓縮機(jī)各通道振幅最大僅約12μm，齒輪箱振幅最大約21μm，經(jīng)確認(rèn)，幅值均未超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。但因設(shè)備存在異常響聲，由于在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有故障診斷分析功能，因此安裝SG8000在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)機(jī)組問(wèn)題進(jìn)行定位和分析。
1.3原因分析
SG8000在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)壓縮機(jī)及齒輪箱軸振數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。從振動(dòng)趨勢(shì)圖上看，壓縮機(jī)、齒輪箱各通道軸振動(dòng)數(shù)值較低，查看各振動(dòng)通道的波形頻譜圖，發(fā)現(xiàn)齒輪箱四個(gè)通道內(nèi)的頻率分布存在明顯的分?jǐn)?shù)諧波，即0.5X，1.5X，2.5X等頻率成分，且各成分幅值占比均比較高，此為明顯的異常振動(dòng)頻率。而壓縮機(jī)各通道頻率分布相對(duì)比較正常，雖有少許低頻但幅值不高，分析可能是由齒輪箱傳遞而來(lái)，如圖2、圖3所示。經(jīng)圖2可判斷齒輪箱頻率成分分布異常，但設(shè)備總體的軸振值不高，現(xiàn)場(chǎng)人員利用手持測(cè)振儀測(cè)量設(shè)備的殼振情況。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量后壓縮機(jī)兩端軸承座振動(dòng)保持在1.5mm/s以下，變速箱低速軸水平方向振動(dòng)在2.1~3.0mm/s左右，垂直方向振動(dòng)在1.2~2.1mm/s，軸向振動(dòng)在3.5~5.5mm/s，由此可判斷齒輪箱的殼振值超差且存在波動(dòng)。因此可以斷定，齒輪箱存在設(shè)備問(wèn)題導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)了異常響聲。結(jié)合從在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上獲得的頻率分布，初步分析齒輪箱內(nèi)部存在動(dòng)靜件全周摩擦現(xiàn)象。結(jié)合設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，推測(cè)摩擦可能在轉(zhuǎn)子和軸封處，具體位置如圖4所示。持續(xù)觀(guān)察48h后，機(jī)組異常響聲和頻譜圖中的分?jǐn)?shù)諧波成分仍然存在，該齒輪箱軸端密封采用的是普通的鋁制密封，若是齒輪軸與密封摩擦，當(dāng)間隙適當(dāng)后，一般摩擦現(xiàn)象會(huì)自行消失，因此可以排除密封摩擦。查看齒輪箱各通道的波形圖，如圖5所示，波形上存在較為明顯的周期性的沖擊現(xiàn)象，并且重復(fù)性很強(qiáng)。通過(guò)48h的觀(guān)察，發(fā)現(xiàn)當(dāng)轉(zhuǎn)速/負(fù)荷提高時(shí)，沖擊的波峰明顯有上漲的趨勢(shì)，對(duì)應(yīng)的振動(dòng)幅值也有小幅增加。再結(jié)合所測(cè)得的殼振值后，懷疑問(wèn)題源于齒輪嚙合自激振動(dòng)。經(jīng)分析，導(dǎo)致齒輪嚙合不良的原因包括：齒輪齒面存在損傷缺陷、異物粘接或者齒輪存在軸向串動(dòng)，導(dǎo)致嚙合時(shí)產(chǎn)生沖擊現(xiàn)象。在之前空載試車(chē)完成后，曾對(duì)齒輪齒面進(jìn)行過(guò)拆檢，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有損傷、斷齒等現(xiàn)象，機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行之初，在發(fā)現(xiàn)異響之后也從觀(guān)察孔對(duì)齒面進(jìn)行過(guò)檢查，未發(fā)現(xiàn)斷齒的情況，再次啟機(jī)運(yùn)行時(shí)間較短，因此疲勞斷裂的可能性比較小；在之前檢查的時(shí)候，齒面上也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異物粘接的現(xiàn)象，但重新運(yùn)行以后，箱體里存在的鐵屑或者其他雜質(zhì)還是有可能附著在齒面上，形成局部高點(diǎn)，導(dǎo)致嚙合沖擊，以往遇到過(guò)類(lèi)似現(xiàn)象都是以1倍頻和嚙合頻率為主；再結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)所測(cè)的殼振值，始終是軸向振動(dòng)比較大，判斷可能為齒輪軸向間隙較大，致使齒輪軸向存在串動(dòng)，導(dǎo)致齒輪嚙合不良，產(chǎn)生沖擊現(xiàn)象。高速齒輪兩推力盤(pán)間隙為0.2~0.3mm，如圖6所示，停機(jī)后需重點(diǎn)檢查該尺寸值。
1.4檢修
齒輪箱拆檢后，齒面較為完好，無(wú)斷齒或異物粘接的情況。但發(fā)現(xiàn)高速齒輪盲端推力盤(pán)存在明顯松動(dòng)現(xiàn)象，復(fù)測(cè)其推力間隙值在0.5mm以上，且在低速齒輪端面多處存在明顯磕碰的痕跡。如圖7所示，重新更換高速齒輪盲端推力盤(pán)，保證推力間隙符合圖紙要求。
1.5檢修后運(yùn)行情況
重新回裝機(jī)組后，機(jī)組重新啟機(jī)運(yùn)行，齒輪箱異響消失，各通道頻率分布正常。如圖8、下頁(yè)圖9所示。
2結(jié)論
通過(guò)此齒輪箱異響故障的案例分析，利用在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)振動(dòng)趨勢(shì)圖及波形圖分析振動(dòng)原因，并結(jié)合檢測(cè)齒輪箱殼振振幅的方法，確定了軸向竄動(dòng)異響的原因源于齒輪箱高速軸推力盤(pán)松動(dòng)。為以后機(jī)組存在異響但振幅不超差的問(wèn)題分析處理提供了新的診斷思路和經(jīng)驗(yàn)依據(jù)。
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作者：?jiǎn)虃O 梁東煒 陳云偉 張帝 周順新 蔣傳杰 單位：沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司透平工藝部