引風機振動故障的診斷與分析

1、引風機振動故障的診斷與分析姬廣勤/中國石油大學（華東）徐興科 趙以萬/勝利石油管理局勝利發(fā)電廠摘要：通過一臺引風機故障的分析，介紹了風機不對中故障的診斷思路、步驟及振動機理，并根據(jù)相位對此類故障進行了診斷與分析，提高了診斷風機振動故障的準確率。 關鍵詞：離心式通風機 振動 故障診斷中圖分類號：TH432 文獻標識碼：B文章編號：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 引言風機

3、與電機之間由聯(lián)軸器聯(lián)接，傳遞運動和轉矩。不對中是風機最常見的故障，風機的1故障60與不對中有關。風機的不對中故障是指風機、電機兩轉子的軸心線與軸承中心線的傾斜或偏移程度。風機轉子的不對中可以分為聯(lián)軸器不對中和軸承不對中。風機轉子系統(tǒng)產(chǎn)生不對中故障后，在旋轉過程中會產(chǎn)生一系列對設備運行不利的動態(tài)效應，引起聯(lián)軸器的偏轉、軸承的磨損、油膜失穩(wěn)和軸的撓曲變形等，不僅使轉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，同時也降低了軸系的固有頻率，使轉子受力及軸承所受的附加力導致風機的異常振動和軸承的早期損壞，危害極大。2 風機振動概述某風機為雙吸、雙支撐離心式通風機，齒式聯(lián)軸器傳動，結構簡圖及測點布

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)的高溫煙氣，工作轉速為740r/min。該風機于2002年7月按計劃進行檢修，由于自由端軸頸變細，在檢修期間利用可賽新技術實施了修復，并更換了自由端軸承及軸承座。在7月19日試運時，風機振動嚴重超標，其振值如表1所示，振動譜圖如圖2所示。表1 風機處理前數(shù)據(jù) m 表2 風機處理后數(shù)據(jù) m3 風機的振動特征(1) 測點1、測點2在水平、垂直、軸向3個方向的振動均在30m以下。(2) 測點3、測點4在水平、垂直兩個方向的振動均不足30m，但軸向振動嚴重超標，最大振動為測點4，高達204m。(3) 振動數(shù)據(jù)再現(xiàn)性差，往往不同時間測到的同一工況的

5、振動也有明顯差別。 (4) 振動不斷波動，瞬間的變化范圍可達幾十微米。(5) 該風機在檢修以前，水平、垂直方向的振動很小，軸向振動偏大（134 m），但振值穩(wěn)定，長時間變化不大。(a) 驅動端軸承水平方向振動譜圖 (b) 驅動端軸承軸向振動譜圖(c) 自由端軸承水平方向振動譜圖 (d) 自由端軸承軸向振動譜圖圖2 引風機振動譜圖4 故障診斷的思路隨著故障診斷工作的深入，此次對風機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，在能夠引起風機

6、振動故障的全部原因中與風機實際存在的振動特征、故障歷史，進行搜索、比較、分析，采取逐個排除的方法，剩下不能排除的故障即為診斷結果。這一診斷結果包括兩個方面：（1）當只有一個故障不能排除時，它是引起振動故障的原因；（2）當還剩下兩個以上故障不能排除時，這些故障都是振動的可能原因，需要進一步試驗，排除其中無關的故障。 2方法，5 風機振動的類型從振動診斷的角度來看，風機具有以下特點：（1）風機是一種旋轉機械因而有不平衡、不對中之類的故障；（2）風機是一種流體機械有旋轉失速、喘振存在的可能性；（3）風機受工作環(huán)境的影響，經(jīng)常造成葉片的磨損，輸入的介質(zhì)還可能粘附在轉子上形成隨機變化的不平衡；（4）風機

7、由電機驅動，可能存在電磁振動。基于上述特點，風機的振動可歸結為種類型，見表。表 風機的振動類型注：n為風機的轉速；z為風機的葉片數(shù)。6 風機的振動試驗與故障診斷6.1 軸承座動剛度的檢測影響軸承座動剛度的因素有連接剛度、共振和結構剛度。通過檢測可知：連接部件的差別振動僅為23m，認為動態(tài)下連接部件之間的緊密程度良好；風機的工作轉速為740 r/min，遠遠低于共振轉速，風機的振動不屬于共振；風機為運行多年的老設備，結構剛度不存在什么問題。因此，風機軸承座動剛度沒問題，可以排除風機轉速接近臨界轉速和基礎不牢的故障。6.2 氣流激振試驗利用調(diào)節(jié)門開度對風機進行氣流激振試驗，在調(diào)節(jié)門開度為0%、25

8、%、50%、75%和100%的工況下，對各軸承的水平、垂直、軸向振動進行測試，目的是判別風機振動是否是由喘振引起的。但測量結果表明:風機振動與調(diào)節(jié)門的開度無關，喘振引起的振動是高頻的，振動方向為徑向。從頻譜上未發(fā)現(xiàn)高頻振動，且風機的振動主要表現(xiàn)在軸向。因此，風機的振動不是由喘振引起的。6.3 電機的啟停試驗將簡易測振表的傳感器置于電機地腳，若在啟動電機的瞬間，測振表的數(shù)值即刻上升到最大值，或在電機斷電后，數(shù)值迅速下降到零，則屬于電磁振動。通過測試得知，振動隨轉速的升高而逐漸增大，隨轉速的降低而逐漸下降。因此，風機的振動不屬于電磁振動。6.4 不平衡振動風機不平衡振動最明顯的特征：一是徑向振動大

9、；二是諧波能量集中于基頻。而該風機的徑向振動均在30m以下，在圖2所示的徑向頻譜中，基頻振動最大只有3.35 mm/s，因此，風機的振動并非由不平衡引起。6.5 不對中故障由不對中引起的振動主要有3個特點：（1）表現(xiàn)在軸向振動較大；（2）與聯(lián)軸器靠近的軸承增大；（3）不對中故障的特征頻率為倍頻，同時常伴有基頻和倍頻。該風機振動最明顯的特征是軸向振動較大。由表1可知，靠近聯(lián)軸器的軸承軸向振動為178m，自由端軸承軸向振動為204m；由圖b和圖2d可知，軸向振動的頻譜中除基頻外，有明顯的2倍頻和3倍頻，且倍頻的幅值高達基頻的44%，盡管檢修人員一再強調(diào)對中沒有問題，但是，如果聯(lián)軸器本身有問題，檢修

10、水平再高也無法排除不對中故障。6.6 部件松動或配合不良由圖2a和圖2c可知，在測點3的水平方向，3倍頻的分量占基頻的37%；而在測點4的水平方向，3倍頻的分量達到基頻的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故障。6.7 軸承故障3，4進一步分析譜圖，未發(fā)現(xiàn)軸承的故障頻率，說明軸承本身沒問題。綜上所述，引起風機軸向振動故障的原因有兩個：（1）自由端軸承與軸配合不良或者軸承松動；（2）聯(lián)軸器本身的故障。其中軸承與軸配合不良是振動的根本原因，聯(lián)軸器本身的故障屬于次要原因，對軸承與軸配合不良產(chǎn)生的振動起到了加劇作用。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，聯(lián)軸器部分齒面有凹坑和麻點。 7 振動機理由于軸承座偏轉，在旋轉狀態(tài)下，軸承對軸徑的承力中心點將隨轉速周期性地沿軸向變化。圖a表示轉子在某一位置時，軸承承力中心點偏于側；圖c表示轉子轉過180°后，軸承承力中心點偏于側。若軸承座和基礎沒有彈性，則軸承承力中心點的變化始終在軸承座底邊范圍內(nèi)，不會引起軸承座的軸向振動。實際上，軸承座和基礎組成的支承系統(tǒng)具有一定的彈性，在軸承承力中心點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，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8 結論振動的3

12、個要素是振動幅值、圓頻率和相位。因此，振動是一個具有大小和方向的矢量，相位與頻率一樣，也含有豐富的振動信息，該風機軸承偏轉和不對中的故障也可以從相位的5變化來判斷。圖4 風機自由端軸承座示意圖對于風機自由端軸承來講，可以對比圖所示的4個測點的相位來識別軸向振動的故障源。如果4個測點的相位明顯不同，說明軸承在扭振，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（圖中測點、）徑向振動的相位差如果基本上為180°，說明齒式聯(lián)軸器屬于平行不對中；兩側軸向振動相位差如果接近180°，說明齒式聯(lián)軸器屬于偏角不對中。但遺憾的是當時沒有意識到這一點，只注重振動的幅頻特性，否則，利用幅、頻、相進行綜合診斷，會大大增強診斷的信心，提高診斷的準確性。圖5 處理后的風機振動譜圖該風機更換了自由端軸承和齒式聯(lián)軸器后，振值如表2所示，頻譜見圖5所示，振動狀況良好。參考文獻1夏松波，等.旋