引風(fēng)機(jī)振動(dòng)故障的診斷與分析

1、引風(fēng)機(jī)振動(dòng)故障的診斷與分析姬廣勤/中國(guó)石油大學(xué)（華東）徐興科 趙以萬(wàn)/勝利石油管理局勝利發(fā)電廠摘要：通過(guò)一臺(tái)引風(fēng)機(jī)故障的分析，介紹了風(fēng)機(jī)不對(duì)中故障的診斷思路、步驟及振動(dòng)機(jī)理，并根據(jù)相位對(duì)此類故障進(jìn)行了診斷與分析，提高了診斷風(fēng)機(jī)振動(dòng)故障的準(zhǔn)確率。 關(guān)鍵詞：離心式通風(fēng)機(jī) 振動(dòng) 故障診斷中圖分類號(hào)：TH432 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1006-8155（2006）06-0051-04Diagnosis and Analysis on Vibration Trouble of Induced Draft FanAbstract: Through analyzing on trouble of indu

2、ced draft fan, the diagnosis idea, process and vibration principle on the trouble of fan misalignment are introduced. According to the phase, diagnose and analyze on the trouble is carried out, and it improves the diagnosing accuracy rate. Key words: Centrifugal fan Vibration Trouble diagnosis1 引言風(fēng)機(jī)

3、與電機(jī)之間由聯(lián)軸器聯(lián)接，傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩。不對(duì)中是風(fēng)機(jī)最常見(jiàn)的故障，風(fēng)機(jī)的1故障60與不對(duì)中有關(guān)。風(fēng)機(jī)的不對(duì)中故障是指風(fēng)機(jī)、電機(jī)兩轉(zhuǎn)子的軸心線與軸承中心線的傾斜或偏移程度。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的不對(duì)中可以分為聯(lián)軸器不對(duì)中和軸承不對(duì)中。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)產(chǎn)生不對(duì)中故障后，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一系列對(duì)設(shè)備運(yùn)行不利的動(dòng)態(tài)效應(yīng)，引起聯(lián)軸器的偏轉(zhuǎn)、軸承的磨損、油膜失穩(wěn)和軸的撓曲變形等，不僅使轉(zhuǎn)子的軸頸與軸承的相互位置和軸承的工作狀態(tài)發(fā)生了變化，同時(shí)也降低了軸系的固有頻率，使轉(zhuǎn)子受力及軸承所受的附加力導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的異常振動(dòng)和軸承的早期損壞，危害極大。2 風(fēng)機(jī)振動(dòng)概述某風(fēng)機(jī)為雙吸、雙支撐離心式通風(fēng)機(jī)，齒式聯(lián)軸器傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及測(cè)點(diǎn)布

4、置如圖1所示，其工作介質(zhì)為鍋爐燃燒所產(chǎn)生的帶有灰粒等雜質(zhì)的高溫?zé)煔?，工作轉(zhuǎn)速為740r/min。該風(fēng)機(jī)于2002年7月按計(jì)劃進(jìn)行檢修，由于自由端軸頸變細(xì)，在檢修期間利用可賽新技術(shù)實(shí)施了修復(fù)，并更換了自由端軸承及軸承座。在7月19日試運(yùn)時(shí)，風(fēng)機(jī)振動(dòng)嚴(yán)重超標(biāo)，其振值如表1所示，振動(dòng)譜圖如圖2所示。表1 風(fēng)機(jī)處理前數(shù)據(jù) m 表2 風(fēng)機(jī)處理后數(shù)據(jù) m3 風(fēng)機(jī)的振動(dòng)特征(1) 測(cè)點(diǎn)1、測(cè)點(diǎn)2在水平、垂直、軸向3個(gè)方向的振動(dòng)均在30m以下。(2) 測(cè)點(diǎn)3、測(cè)點(diǎn)4在水平、垂直兩個(gè)方向的振動(dòng)均不足30m，但軸向振動(dòng)嚴(yán)重超標(biāo)，最大振動(dòng)為測(cè)點(diǎn)4，高達(dá)204m。(3) 振動(dòng)數(shù)據(jù)再現(xiàn)性差，往往不同時(shí)間測(cè)到的同一工況的

5、振動(dòng)也有明顯差別。 (4) 振動(dòng)不斷波動(dòng)，瞬間的變化范圍可達(dá)幾十微米。(5) 該風(fēng)機(jī)在檢修以前，水平、垂直方向的振動(dòng)很小，軸向振動(dòng)偏大（134 m），但振值穩(wěn)定，長(zhǎng)時(shí)間變化不大。(a) 驅(qū)動(dòng)端軸承水平方向振動(dòng)譜圖 (b) 驅(qū)動(dòng)端軸承軸向振動(dòng)譜圖(c) 自由端軸承水平方向振動(dòng)譜圖 (d) 自由端軸承軸向振動(dòng)譜圖圖2 引風(fēng)機(jī)振動(dòng)譜圖4 故障診斷的思路隨著故障診斷工作的深入，此次對(duì)風(fēng)機(jī)的故障診斷徹底擺脫了傳統(tǒng)觀念，避免了解體檢查直觀尋找故障的現(xiàn)象，同時(shí)也拋棄了目前人們常用的反向推理方法，而是采用正向推理避免診斷結(jié)果不肯定、產(chǎn)生漏診和誤診的現(xiàn)象。使用正向推理診斷故障必須明確診斷故障范圍，在能夠引起風(fēng)機(jī)

6、振動(dòng)故障的全部原因中與風(fēng)機(jī)實(shí)際存在的振動(dòng)特征、故障歷史，進(jìn)行搜索、比較、分析，采取逐個(gè)排除的方法，剩下不能排除的故障即為診斷結(jié)果。這一診斷結(jié)果包括兩個(gè)方面：（1）當(dāng)只有一個(gè)故障不能排除時(shí)，它是引起振動(dòng)故障的原因；（2）當(dāng)還剩下兩個(gè)以上故障不能排除時(shí)，這些故障都是振動(dòng)的可能原因，需要進(jìn)一步試驗(yàn)，排除其中無(wú)關(guān)的故障。 2方法，5 風(fēng)機(jī)振動(dòng)的類型從振動(dòng)診斷的角度來(lái)看，風(fēng)機(jī)具有以下特點(diǎn)：（1）風(fēng)機(jī)是一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械因而有不平衡、不對(duì)中之類的故障；（2）風(fēng)機(jī)是一種流體機(jī)械有旋轉(zhuǎn)失速、喘振存在的可能性；（3）風(fēng)機(jī)受工作環(huán)境的影響，經(jīng)常造成葉片的磨損，輸入的介質(zhì)還可能粘附在轉(zhuǎn)子上形成隨機(jī)變化的不平衡；（4）風(fēng)機(jī)

7、由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可能存在電磁振動(dòng)?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，風(fēng)機(jī)的振動(dòng)可歸結(jié)為種類型，見(jiàn)表。表 風(fēng)機(jī)的振動(dòng)類型注：n為風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；z為風(fēng)機(jī)的葉片數(shù)。6 風(fēng)機(jī)的振動(dòng)試驗(yàn)與故障診斷6.1 軸承座動(dòng)剛度的檢測(cè)影響軸承座動(dòng)剛度的因素有連接剛度、共振和結(jié)構(gòu)剛度。通過(guò)檢測(cè)可知：連接部件的差別振動(dòng)僅為23m，認(rèn)為動(dòng)態(tài)下連接部件之間的緊密程度良好；風(fēng)機(jī)的工作轉(zhuǎn)速為740 r/min，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于共振轉(zhuǎn)速，風(fēng)機(jī)的振動(dòng)不屬于共振；風(fēng)機(jī)為運(yùn)行多年的老設(shè)備，結(jié)構(gòu)剛度不存在什么問(wèn)題。因此，風(fēng)機(jī)軸承座動(dòng)剛度沒(méi)問(wèn)題，可以排除風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近臨界轉(zhuǎn)速和基礎(chǔ)不牢的故障。6.2 氣流激振試驗(yàn)利用調(diào)節(jié)門開度對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行氣流激振試驗(yàn)，在調(diào)節(jié)門開度為0%、25

8、%、50%、75%和100%的工況下，對(duì)各軸承的水平、垂直、軸向振動(dòng)進(jìn)行測(cè)試，目的是判別風(fēng)機(jī)振動(dòng)是否是由喘振引起的。但測(cè)量結(jié)果表明:風(fēng)機(jī)振動(dòng)與調(diào)節(jié)門的開度無(wú)關(guān)，喘振引起的振動(dòng)是高頻的，振動(dòng)方向?yàn)閺较?。從頻譜上未發(fā)現(xiàn)高頻振動(dòng)，且風(fēng)機(jī)的振動(dòng)主要表現(xiàn)在軸向。因此，風(fēng)機(jī)的振動(dòng)不是由喘振引起的。6.3 電機(jī)的啟停試驗(yàn)將簡(jiǎn)易測(cè)振表的傳感器置于電機(jī)地腳，若在啟動(dòng)電機(jī)的瞬間，測(cè)振表的數(shù)值即刻上升到最大值，或在電機(jī)斷電后，數(shù)值迅速下降到零，則屬于電磁振動(dòng)。通過(guò)測(cè)試得知，振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速的升高而逐漸增大，隨轉(zhuǎn)速的降低而逐漸下降。因此，風(fēng)機(jī)的振動(dòng)不屬于電磁振動(dòng)。6.4 不平衡振動(dòng)風(fēng)機(jī)不平衡振動(dòng)最明顯的特征：一是徑向振動(dòng)大

9、；二是諧波能量集中于基頻。而該風(fēng)機(jī)的徑向振動(dòng)均在30m以下，在圖2所示的徑向頻譜中，基頻振動(dòng)最大只有3.35 mm/s，因此，風(fēng)機(jī)的振動(dòng)并非由不平衡引起。6.5 不對(duì)中故障由不對(duì)中引起的振動(dòng)主要有3個(gè)特點(diǎn)：（1）表現(xiàn)在軸向振動(dòng)較大；（2）與聯(lián)軸器靠近的軸承增大；（3）不對(duì)中故障的特征頻率為倍頻，同時(shí)常伴有基頻和倍頻。該風(fēng)機(jī)振動(dòng)最明顯的特征是軸向振動(dòng)較大。由表1可知，靠近聯(lián)軸器的軸承軸向振動(dòng)為178m，自由端軸承軸向振動(dòng)為204m；由圖b和圖2d可知，軸向振動(dòng)的頻譜中除基頻外，有明顯的2倍頻和3倍頻，且倍頻的幅值高達(dá)基頻的44%，盡管檢修人員一再?gòu)?qiáng)調(diào)對(duì)中沒(méi)有問(wèn)題，但是，如果聯(lián)軸器本身有問(wèn)題，檢修

10、水平再高也無(wú)法排除不對(duì)中故障。6.6 部件松動(dòng)或配合不良由圖2a和圖2c可知，在測(cè)點(diǎn)3的水平方向，3倍頻的分量占基頻的37%；而在測(cè)點(diǎn)4的水平方向，3倍頻的分量達(dá)到基頻的60%，且存在4、5等高次諧波。顯然，自由端軸承與軸配合不良，所以，也不能排除自由端軸承的松動(dòng)故障。6.7 軸承故障3，4進(jìn)一步分析譜圖，未發(fā)現(xiàn)軸承的故障頻率，說(shuō)明軸承本身沒(méi)問(wèn)題。綜上所述，引起風(fēng)機(jī)軸向振動(dòng)故障的原因有兩個(gè)：（1）自由端軸承與軸配合不良或者軸承松動(dòng)；（2）聯(lián)軸器本身的故障。其中軸承與軸配合不良是振動(dòng)的根本原因，聯(lián)軸器本身的故障屬于次要原因，對(duì)軸承與軸配合不良產(chǎn)生的振動(dòng)起到了加劇作用。在7月2022日的搶修期間，

11、經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，自由端軸承偏轉(zhuǎn)，聯(lián)軸器部分齒面有凹坑和麻點(diǎn)。 7 振動(dòng)機(jī)理由于軸承座偏轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，軸承對(duì)軸徑的承力中心點(diǎn)將隨轉(zhuǎn)速周期性地沿軸向變化。圖a表示轉(zhuǎn)子在某一位置時(shí)，軸承承力中心點(diǎn)偏于側(cè)；圖c表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)180°后，軸承承力中心點(diǎn)偏于側(cè)。若軸承座和基礎(chǔ)沒(méi)有彈性，則軸承承力中心點(diǎn)的變化始終在軸承座底邊范圍內(nèi)，不會(huì)引起軸承座的軸向振動(dòng)。實(shí)際上，軸承座和基礎(chǔ)組成的支承系統(tǒng)具有一定的彈性，在軸承承力中心點(diǎn)周期性變化的作用下，軸承座將沿某一底邊發(fā)生周期性的軸向振動(dòng)，且振值忽大忽小，極不穩(wěn)定。即使軸承座固定螺栓很緊，這種現(xiàn)象也難以避免。圖 軸徑承力中心變化引起的軸向振動(dòng)8 結(jié)論振動(dòng)的3

12、個(gè)要素是振動(dòng)幅值、圓頻率和相位。因此，振動(dòng)是一個(gè)具有大小和方向的矢量，相位與頻率一樣，也含有豐富的振動(dòng)信息，該風(fēng)機(jī)軸承偏轉(zhuǎn)和不對(duì)中的故障也可以從相位的5變化來(lái)判斷。圖4 風(fēng)機(jī)自由端軸承座示意圖對(duì)于風(fēng)機(jī)自由端軸承來(lái)講，可以對(duì)比圖所示的4個(gè)測(cè)點(diǎn)的相位來(lái)識(shí)別軸向振動(dòng)的故障源。如果4個(gè)測(cè)點(diǎn)的相位明顯不同，說(shuō)明軸承在扭振，是由于軸承在軸上或者在軸承座中翹起造成的。聯(lián)軸器兩側(cè)（圖中測(cè)點(diǎn)、）徑向振動(dòng)的相位差如果基本上為180°，說(shuō)明齒式聯(lián)軸器屬于平行不對(duì)中；兩側(cè)軸向振動(dòng)相位差如果接近180°，說(shuō)明齒式聯(lián)軸器屬于偏角不對(duì)中。但遺憾的是當(dāng)時(shí)沒(méi)有意識(shí)到這一點(diǎn)，只注重振動(dòng)的幅頻特性，否則，利用幅、頻、相進(jìn)行綜合診斷，會(huì)大大增強(qiáng)診斷的信心，提高診斷的準(zhǔn)確性。圖5 處理后的風(fēng)機(jī)振動(dòng)譜圖該風(fēng)機(jī)更換了自由端軸承和齒式聯(lián)軸器后，振值如表2所示，頻譜見(jiàn)圖5所示，振動(dòng)狀況良好。參考文獻(xiàn)1夏松波，等.旋