軸流風(fēng)機振動故障分析與處理

1、-作者xxxx-日期xxxx軸流風(fēng)機振動故障分析與處理【精品文檔】軸流風(fēng)機振動故障分析與處理1、 設(shè)備參數(shù)與結(jié)構(gòu)風(fēng)機型號W12g12.5，葉輪直徑 D2 =1250mm，最高轉(zhuǎn)速n=2550r/min,設(shè)計性能參數(shù)為：風(fēng)量 Q=235440m3/h,全壓p=11 000Pa，進(jìn)口溫度t=150，進(jìn)口密度=0.763kg/m 3 ，輸送介質(zhì)為轉(zhuǎn)爐煤氣（干法除塵）。風(fēng)機結(jié)構(gòu)和試驗臺布置見圖1。該風(fēng)機主要由轉(zhuǎn)子和定子組成，轉(zhuǎn)子包括主軸、葉輪、聯(lián)軸器、固定端軸承（以下簡稱軸承1）和非固定端軸承（以下簡稱軸承2），定子包括進(jìn)風(fēng)箱（含進(jìn)口導(dǎo)葉和軸承I的底座）、機殼（含后導(dǎo)葉和軸承II的底座）、擴壓器和鋼制

2、風(fēng)機底座。顯然，與一般離心風(fēng)機結(jié)構(gòu)不同的是，軸承I的底座和軸承II的底座均未與混凝土基礎(chǔ)直接接觸。為完成運轉(zhuǎn)試驗過程，由增速機通過長度為3.3m的加長型空心軸將兩臺直流電動機串聯(lián)。2、 振動特點根據(jù)轉(zhuǎn)爐各冶煉階段（準(zhǔn)備、預(yù)熱/降罩、吹煉、補吹、出鋼、清理爐口、加廢鋼兌鐵）的不同，該風(fēng)機的運行工況頻繁變換。因此，不僅要滿足各冶煉階段所需性能參數(shù)以及防泄漏、防爆的要求，還要滿足3538min內(nèi)低、高速頻繁調(diào)速運行的要求。所以，制造廠需對其進(jìn)行嚴(yán)格的出廠運行實驗。然而，該風(fēng)機在運行實驗中卻發(fā)生了嚴(yán)重的振動問題，振動數(shù)據(jù)見表1，尤其進(jìn)行的所有實驗轉(zhuǎn)速還遠(yuǎn)達(dá)不到最高設(shè)計轉(zhuǎn)速2 550r/min，顯然，這

3、個振動問題的分析和處理十分具有挑戰(zhàn)性。由表1可分析其振動特點如下：1）風(fēng)機振動與轉(zhuǎn)速關(guān)聯(lián)性強，轉(zhuǎn)速越高，振動越大；2）風(fēng)機升/降速過程中，在同一轉(zhuǎn)速的振動特性相同，具有重復(fù)性；3）風(fēng)機軸承 I 與軸承 II 振動相差不大，即振動數(shù)量級相同；在2 320r/min以上，風(fēng)機軸承I與軸承II相比，前者垂直方向振動小于后者，而水平方向振動大于后者，顯示二者在垂直和水平方向的剛度存在差異；4）增速機振動與轉(zhuǎn)速關(guān)聯(lián)性強，在輸出軸反轉(zhuǎn)2 400r/min時達(dá)到10.0mm/s,由此增加了振動問題的復(fù)雜性；5）受電機功率限制，最高轉(zhuǎn)速只有達(dá)到正轉(zhuǎn)2 349r/min和反轉(zhuǎn)2 400r/min，不可能實施沖轉(zhuǎn)

4、實驗；6）風(fēng)機最高線速度為 167m/s,但在試驗中無法實施，需由次高轉(zhuǎn)速判斷最高轉(zhuǎn)速時的振動特性。三、振動檢測分析風(fēng)機主要有動不平衡、不對中、軸承故障、轉(zhuǎn)子零部件部分松動或脫落、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近臨界轉(zhuǎn)速、共振等八大類振動問題 ，但具體表現(xiàn)在不同的風(fēng)機結(jié)構(gòu)上，其振動征兆會有所區(qū)別，尤其是振動由多種因素共同作用時，則大大增加了診斷和分析的復(fù)雜性。對于本例，不排除為多種因素的復(fù)合作用，為此，在振動頻譜分析、轉(zhuǎn)子模態(tài)測試等方面都進(jìn)行了相應(yīng)的分析工作。本例采用的測試儀器和傳感器有八通道數(shù)據(jù)采集箱、四通道信號調(diào)理儀、激振器、功率放大器、速度傳感器、加速度傳感器、力錘及力傳感器；所應(yīng)用的軟件有SsCras信號

5、與系統(tǒng)分析、SinSwt 正弦掃頻動力特性及 MaCras 機械及結(jié)構(gòu)模態(tài)分析。1、增速機振動首先解決增速機振動問題。根據(jù)經(jīng)驗，對增速機滑動軸承重新澆瓦、加工，同時將增速機高、低速端聯(lián)軸器與其齒輪軸重新進(jìn)行動平衡校正。增速機經(jīng)過維修后其高速輸出端帶負(fù)荷運行到2 400r/min時振動速度僅為2.5mm/s，表明增速機振動已經(jīng)排除。但在后續(xù)的風(fēng)機試驗中（風(fēng)機振動見表1），則說明風(fēng)機振動此時已經(jīng)與增速機無關(guān)聯(lián)。2、振動頻譜分析各試驗轉(zhuǎn)速下的振動頻率分析見表2。正轉(zhuǎn)2 349r/min時的振動頻譜見圖2（其余轉(zhuǎn)速的振動頻譜略去），其中：圖2（a）、2（b）為軸承I的垂直、水平振動頻譜，圖2（c）、2

6、（d）為軸承II的垂直、水平振動頻譜。由此分析：升速2 000r/min以后振動明顯增加，頻譜以工頻分量為主，基本沒有2倍頻分量且基礎(chǔ)振動不大，可以排除軸系對中及基礎(chǔ)安裝不牢固的可能，但提高轉(zhuǎn)子動平衡品質(zhì)等級對解決問題是有利的；再升高轉(zhuǎn)子速度后，出現(xiàn)幅值較低的2倍頻、3倍頻和4倍頻分量，不排除葉輪內(nèi)焊渣、氧化皮或其它異物未清理干凈的因素。3、檢測共振問題由于無論整機或單獨吊出轉(zhuǎn)子組試驗，上述振動特性基本一致，所以懷疑存在共振的可能。為此，采用了兩種測試方法互為補充。第一種方法：采用正弦掃描法測試轉(zhuǎn)子、機殼內(nèi)筒和機殼外筒的共振頻率。掃描時進(jìn)風(fēng)箱、機殼上蓋打開，拆除擴壓器，轉(zhuǎn)子維持正常安裝狀態(tài)。測

7、試結(jié)果見表3和圖3。顯然，轉(zhuǎn)子 一階彎曲振動臨界轉(zhuǎn)速實測結(jié)果為55Hz×60=3 300r/min，與理論計算結(jié)果3 335 r/min基本一致，說明2 400r/min附近的振動與轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速無關(guān)；而轉(zhuǎn)子41Hz不能確認(rèn)為獨立的固有頻率，可以認(rèn)為其處于55Hz的頻譜邊帶范圍之內(nèi)；此外，機殼內(nèi)筒、機殼外筒均檢測出41Hz的頻率成分，表明存在結(jié)構(gòu)共振的可能。第二種方法：采用錘擊法測試定子結(jié)構(gòu)的共振頻率。機殼和風(fēng)機底座敲擊點位置見圖4。敲擊時，進(jìn)風(fēng)箱、機殼上蓋打開，拆除擴壓器，轉(zhuǎn)子維持正常安裝狀態(tài)。 在圖 4 中的 G1 、G2 、G3 、G4 點為機殼內(nèi)筒和機殼外筒的敲擊部位，分兩種情

8、況：一是未加臨時支撐板；二是增加三個臨時支撐板，以對比增加臨時支撐板后其共振頻率的變化情況。前者共振頻譜見圖5，分別測得共振頻率為 41、40.5、40、40.5Hz，而后者與前者相比，其共振頻譜和共振頻率基本不變，說明增加臨時支撐板后對機殼的共振頻率不影響。 在圖4中D1 D7 點為鋼制風(fēng)機底座的敲擊部位，只測得D2 、D3 、D4 三個點存在41Hz左右的頻率。 另外，由于進(jìn)風(fēng)箱附近軸承I所在的位置也表現(xiàn)出剛性不足，則對其敲擊檢測，結(jié)果為軸承I的底架在水平方向也存在41.5Hz的固有頻率。 結(jié)合上述兩種方法的檢測結(jié)果可以認(rèn)為，在頻率41Hz附近發(fā)生了定子的結(jié)構(gòu)共振。根據(jù)該風(fēng)機的結(jié)構(gòu)特點，其

9、剛度弱點位置為：后導(dǎo)葉水平/垂直剛度（但增加有限數(shù)量的后導(dǎo)葉是無效的）、軸承I底架的水平剛度、軸承II底架的水平/垂直剛度4、軸系模態(tài)試驗?zāi)B(tài)是風(fēng)機結(jié)構(gòu)的固有振動特性，每一階模態(tài)具有特定的固有頻率和模態(tài)振型。本例分別對空心傳動軸和風(fēng)機轉(zhuǎn)子采用敲擊法進(jìn)行模態(tài)試驗分析，得到其模態(tài)頻率和振型見表4和圖6。在圖6（a）6（d）中，左側(cè)為增速機輸出端，右側(cè)為風(fēng)機聯(lián)軸器端，在圖6（e）6（j）中，左側(cè)為風(fēng)機聯(lián)軸器端，右側(cè)為軸承II的端部。由此知道，空心傳動軸與風(fēng)機振動無關(guān)，而轉(zhuǎn)子一階彎曲振動臨界轉(zhuǎn)速也已經(jīng)遠(yuǎn)離工頻，這與上述結(jié)果是相符的。四、振動處理措施 綜合分析上述試驗結(jié)果可以認(rèn)為，本例為一個復(fù)合因素即包

10、括定子結(jié)構(gòu)共振、轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速頻率邊帶過寬、葉輪不平衡共同作用的振動問題，并提出如下處理措施：1）定子結(jié)構(gòu)共振的處理在原則上只需要改變定子的剛度或質(zhì)量即可，但由于該風(fēng)機的結(jié)構(gòu)特性，具體實施時難度很大。對機殼而言，要增加后導(dǎo)葉剛度，僅增加三個支撐板是無效的，而增加后導(dǎo)葉厚度卻又增加了機殼中氣流的堵塞而影響風(fēng)機性能。經(jīng)過多次改進(jìn)和反復(fù)對比實驗，通過改變其支撐方式、軸承II底架的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、焊接方式等最終也只能有限的提高其固有頻率，結(jié)果是振動問題僅部分減輕而未根本好轉(zhuǎn)；2）由理論計算和實際測試可知，轉(zhuǎn)子的一階彎曲振動臨界轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)高于工頻，但因其頻譜邊帶過寬，在40Hz附近也表現(xiàn)為存在共振點。經(jīng)過分析，通

11、過在主軸最薄弱處調(diào)整軸徑可以保證轉(zhuǎn)子在2 349r/min附近進(jìn)行動平衡校正；3）實際上轉(zhuǎn)子動平衡問題是最先考慮的，但無論整機或單獨吊出轉(zhuǎn)子組實驗，因振動嚴(yán)重都始終無法完成理想的平衡校正；特別是停機一段時間后，平衡好的轉(zhuǎn)子又可能出現(xiàn)平衡問題，為此也曾分析葉輪是否在高速時存在過大變形的情況。分析制造工藝后發(fā)現(xiàn)，葉輪輪轂環(huán)形內(nèi)錐體存在少量氧化皮并在實驗過程中不定期脫落，致使葉輪平衡經(jīng)常處于不定常狀態(tài)，最后該問題通過工藝手段徹底清除氧化皮后才得以解決。五、處理效果通過分步實施上述幾個措施，最終解決了該風(fēng)機的振動問題，例如，風(fēng)機正轉(zhuǎn)2 349r/min時軸承I和軸承II的水平振動速度均小于2.5mm/s，并根據(jù)振動隨轉(zhuǎn)速上升的關(guān)聯(lián)性明確判斷出該風(fēng)機在額定轉(zhuǎn)速2 550r/min時的振動速度不可能超過3.0mm/s。目前這種風(fēng)機共三臺已經(jīng)在用戶現(xiàn)場順利投運，效果令人滿意。六、結(jié)論針對轉(zhuǎn)爐煤氣軸流風(fēng)機振動故障采用了若干振動檢測和分析方法，診斷結(jié)