大型风机频繁振动停机的故障诊断

刘琳鹤 谭士鑫

摘要：风机是现代工业生产中必不可少的机器设备，在它的帮助下使工业生产得到大幅的提高，但是风机处于长期的工作的状态难免会出现各种问题，需要进行诊断分析。本文就大型风机频繁振动停机的故障诊断进行的简要的探究。

关键词：大型风机；频繁振动；停机；故障诊断

Abstract: the fan is necessary in modern industrial production of machinery and equipment, with the help of it to get the industrial production sharply increased, but the fan in the state of long-term work hard to avoid can appear all sorts of problems, need to diagnosis analysis. This paper fan frequent downtime for large vibration fault diagnosis of the brief explored.

Keywords: large fan; Frequent vibration; Stop; Fault diagnosis

中图分类号：U226.8+1文献标识码：A 文章编号：

现在新出的大型风机一般可根据用户要求装备状态监测系统，但还有大量正在生产中使用的风机并没有配备监测系统，为这类设备开发一种实用的状态检测和故障诊断系统具有很好的实用价值。

1.故障诊断的意义

故障诊断技术日益获的重视与发展，追究其原因是随着科学技术与生产力的高度发展，各种设备的工作强度不断增大，生产效率、自动化程度越来越高。同时设备更加复杂，各部分的关联愈加密切，往往某处微小的故障就能导致整个设备的损坏，有些则造成了灾难性的后果。例如，1973年美国三里岛核电站堆芯损坏事故；1985年美国航天飞机“挑战者号”的坠毁；1984年印度博帕尔市农药厂异氰酸甲脂毒气外泻事故；1988年2月，我国秦岭发电厂的一台200WM气轮机发电机组在进行超速实验时，发生了轴系断裂的严重事故，造成的经济损失约3000万元左右。这些事故不仅造成了巨大的经济损失，而且某些事故还造成了人员伤亡。由此可见诊断技术的意义及其重要性。故障诊断技术得以重视与发展的另一重要原因是带来了巨大的经济效益，主要表现在：配置故障诊断系统能减少事故停机率，企业能获的较高的收益/投资比；针对以往的定时维修体制，配置故障诊断系统可以做到根据诊断结果来确定是否需要维修，节省了无效的维修费用。

2.故障情况及振动分析

2011年12月31日，我们对风机振动进行测量，测点布置见图1

图1高温风机振动测点布置

除了风机两端轴承座的振动异常外(图中1、2两测点)，其它测点的振动值都在允许范围内。风机转速在1200r/min时1、2测点的振动值见表1，频谱图见图2，在该图上发现风叶不平衡特征非常明显。停机后对风机进行全面检查:检查风机轴承，紧固所有的轴承座螺栓、地脚螺栓，重新调整风机的水平、联轴器间的同轴度，把可能引起振动的因素都尽量排除。在检查中还发现风叶上粘结有不少的物料，像陶瓷片一样脆硬，非常难清理。清理干净后试机，在转速提到1300r/min时振动值正常，各测点的振动位移值都在80μm以下，投料生产几天后，随着投料的增加、转速的提高，振动值又逐步增大，转速越高振动值越大，在频谱图上也存在不平衡特征。停机检查发现风叶上又粘结有不少的物料，清理干净后重新开机投料生产，振动情况和上次一样。如此反复几次，发现风机的振动变化都基本一样，即清理干净后开始几天振动正常，随着投料的增加，转速的提高，振动值逐步加大，转速越高，振动值越大，转速降低，振动值也降低，当转速在不大于1200r/min、工艺操作基本稳定时，振动值也基本稳定。

图21200r/min时风机频谱图分析

我们初步怀疑风机振动的主要原因是风叶积料引起风叶不平衡所致。进一步检查分析生产记录，2009年以前风机的风叶基本上是干净的，没有粘结物料；2011年1月22日有过风叶明显不平衡特征的谱线，4月份停机检查发现风叶严重粘结物料，数量也比此次多很多，清理干净后，振动恢复正常。因此，分析认为，这次风机振动的原因除了风叶积料外，还应该有其他的原因。为此我们对风机进行全面的振动测量，发现联轴器端轴承座底座的一边地脚螺栓振动较异常，其测点布置及测量结果见图3。

图3联轴器端风机轴承座地脚螺栓振动测量

从图3看出，轴承底座南边的地脚螺栓垂直方向的振动最大，达到0.21mm，而其它的地脚螺栓的振动都小的多，可以初步判定，南面的2个地脚螺栓存在松动，那么地脚螺栓上的螺母就应该能往下扭，但对螺母紧固时，螺母却扭不动，地脚螺栓好像并不松，但测量这2个螺栓的振动还是异常，看来问题可能出在基础上，可能地脚螺栓的二次灌浆有问题。停机后，把轴承座、轴承座底座移开检查地脚螺栓，表面上看不出什么问题，用4磅手锤打击地脚螺栓也感觉不到地脚螺栓的松动，把地脚螺栓挖出来，发现地脚螺栓上部与二次灌浆的混凝土结合是好的，但下部二次灌浆的混凝土较松，还渗有机油，这表明这2个地脚螺栓的二次灌浆是有缺陷的，由于二次灌浆只有部分起作用，刚性不够，当风机的振动能量达到一定的时候，就会引起这2条地脚螺栓的振动异常，地脚螺栓的振动又加剧风机的振动，所以说地脚螺栓的二次灌浆缺陷是造成风机振动的主要原因。

改造前，风机工作转速基本上在1050r/min以下，风叶虽然也有积料，存在不平衡现象，但由于转速低，振动的总能量还不足以对有缺陷的二次灌浆的地脚螺栓的振动产生较大的影响，除非不平衡量足够大。2001年4月份的停机清理出来的物料有十几千克，那时候的振动已经引起二次灌浆的有缺陷的地脚螺栓较大的振动，但是由于出现这种振动只有1次，没有进一步查找原因。风叶上的积料是低熔点物料粘上去的，改造前风叶的最高工作温度在400℃以下，生料投料量只有60t/h，物料粘上风叶的几率相对低一些，20099年以前风叶上基本不积料，只是到了2011年4月由于风叶积料太多，引起了风机振动过大而被迫停机清理。

当风机的工作转速从1050r/min提高到1300r/min左右，由于离心力与速度的平方成正比，所以，同等的不平衡的质量，提高转速后的振动能量明显地增大，很少的积料也会造成二次灌浆有缺陷的地脚螺栓较大的振动。另外，改造后，风叶的工作温度有时将近600℃，生料投料量达90t/h，物料比改造前更容易粘结在风叶上，所以，造成风机振动异常现象频繁发生。

3.风机基础固有频率测试

3.1测试方法与测点布置

风机基础包括钢平台、混凝土基础和其底部的支撑梁。用锤击法测试基础固有频率，测点布置和锤击点如图4所示。在电动机和风机钢平台上分别垂直安装1个压电加速度传感器，用大锤猛烈击打风机混凝土基础，同时采集振动波形。

图5基础固有频率测点

3.2测试结果

传感器为IMI608A11型内置电荷放大器压电加速度传感器。数据采集器为东昊DH5910B动态信号分析仪。数据分析软件为DHDAS5910-1394信号测试分析系统。在测点1X和2X处得到基础的1阶固有频率为7.5Hz，2阶固有频率为25Hz。

4.数据分析

在测试过程中观察振动监控仪表，发现振动值随风机转速的增加而增大。当风机的供电频率达到40Hz时，叶轮前后轴承座处的振动比较大，其水平方向的振动值已超过6.3 mm/s的报警值，前轴承座水平方向的振动值接近停机值(12 mm/s)，电动机底座处的振动比较小。说明振源来自叶轮，振动能量主要集中在40 Hz处。风机基础的1阶固有频率为7.5 Hz，2阶固有频率为25 Hz，均不在风机额定工作频率(50 Hz)和发生停机的频率(44 Hz)处。

总结

为了更好的处理大型风机可能出现的故障除了做好诊断工作外，最重要的就是对整个系统的监控，使风机的运行处于监控状态，及时掌握第一手数据并开展维护与保养工作。

参考文献

[1]王殿武.机械振动与故障诊断[J].洛阳机车厂，2003

[2]盛兆顺,尹琦岭.设备状态监测与故障诊断技术及应用[M].化学工业出版社,2003

[3]杨茹萍,唐六丁,张磊,等.轴承组件各零部件固有频率测试及方法研究[J].轴承, 2006

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。