风机状态监测及故障诊断技术的研究与应用

赵 剑

(莱芜钢铁集团机动部,山东莱芜271104)

风机状态监测及故障诊断技术的研究与应用

赵 剑

(莱芜钢铁集团机动部,山东莱芜271104)

介绍了风机系统叶轮、联轴器和轴承等的状态监测及诊断技术，通过生产实践中的应用，取得了良好的效果。

风机系统;监测;诊断;应用

1 前言

设备状态监测与诊断技术就是“在设备运行中或基本不拆除全部设备的情况下，掌握设备运行状态，判断产生故障的位置和原因的技术”。几年来我们利用上海华阳振动检测仪器HY-108到莱钢炼钢厂、莱钢鲁碧水泥厂、泰山钢铁公司和邯钢烧结厂等单位成功的进行了设备故障诊断。烧结厂有大型风机（20D以上）10台，由于风机的振动、转子不对中和轴承故障等常见故障时有发生，严重制约着正常的生产，我们利用上海华阳HY-108双通道数据采集器运用频谱分析法进行了多年的尝试，取得了良好的效果。

2 风机系统常见故障的机理与诊断

要对风机系统进行状态监测，就要对风机故障的机械原理进行剖析，以便进行故障诊断。

2.1 不平衡振动故障

2.1.1 不平衡振动的机理

风机叶轮由于不断受到粉尘颗粒的冲刷和磨损，造成叶轮重心偏离转子轴心线，转子转动时将产生离心力、离心力矩或兼而有之，离心惯性力的大小与偏心质量M、偏心矩e及旋转角速度棕有关，即F=Me棕2。众所周知，交变力（方向、大小均周期性变化）会引起振动，这就是不平衡引起的振动。叶轮转动一周，离心力方向改变一次，因此不平衡振动的频率与转速相一致，振幅的大小基本上取决于离心惯性力。

2.1.2 不平衡故障的诊断

如果符合以下特征，一般可诊断为不平衡故障：

优频谱成分以转子工频为主，波形近似为正弦波。

悠水平和垂直方向相位差为90°。忧振幅随着转速的提高而增加。尤垂直方向和轴向的振幅偏小，水平方向的振幅偏大。

如果诊断为不平衡故障，则由现场动平衡进行处理。现场动平衡是指现场运用监测仪器根据设备的振动情况确定出转子不平衡的质量和位置，通过加减质量块改变转子质量分布，使其工作时振动参数达到规定范围的方法。振通904动平衡仪采用影响系数法，又叫转子测相平衡法。

2.2 不对中故障

2.2.1 不对中故障的机理

转子不对中包括轴承不对中和轴系不对中两种情况。通常不对中主要指轴系不对中，轴系不对中有三种情况：平行不对中、角度不对中和综合不对中。对平行不对中而言，转子每转动一周，径向力改变四次即振动两次，所以平行不对中会产生两倍频径向振动。对角度不对中而言，转子每转动一周，弯曲力矩改变一个方向，因此角度不对中引起轴向同频振动。轴系不对中往往既有平行不对中又有角度不对中即综合不对中。

2.2.2 不对中的诊断(特征)

1)轴向振动幅度较大

2)频谱图上主要表现为二倍频成分，存在角度不对中时轴向还有工频振动。

3)平行不对中主要表现在径向上，角度不对中表现在轴向上。

4)联轴节不对中时，紧邻的轴承有较大的振动。

5)两轴端的相位差为180°。

2.3 滚动轴承的故障机理和特征频率

滚动轴承的每一种零件都有其特殊的故障频率，其故障特征频率如下：

外环故障频率：f=z/2（1-dcosβ/D）fn

内环故障频率：f=z/2（1+dcosβ/D）fn

滚珠故障频率：f=D/d（1-dcosβ2/D2）fn

保持架故障频率：f=1/2（1-dcosβ/D）fn

D讠节圆直径;d讠滚珠直径;β讠接触角;z讠滚珠数;fn讠轴的转动频率

3 举例分析

3.1 风机不平衡的诊断

我厂90 m2电除尘的风机型号为Y4-73-NO20D右，转速为740 r/min，即工频为12.5 Hz。风机在2014年3月份发生振动,在靠近叶轮轴承处测得频谱图如图1。

图1 叶轮轴承处测得频谱图

通过图1可知，主要振动分量在工频上。通过测量又知水平方向振动分量较大，而轴向和垂直方向振动分量较小。所以可初步诊断为振动由不平衡故障引起。为此，我们利用HY-108采集仪做现场动平衡，根据原测的影响系数（0.016918 mm/s/g173°）,在停机40 min的情况，根据仪器给出的质量块和相位，一次获得成功，测的振动速度最大为2.5 mm/s达到良好状态。

3.2 轴承故障诊断

我厂1#烧结机尾电除尘风机（Y4-73-No25D右）在2013年5月份轴承座有异常声音和振动。我们利用HY-108仪器进行诊断，先测出波形，得出频谱图如图2。

图2 轴承故障振动频谱图

通过图2，初步诊断为轴承故障，经查其轴承为3638（D=285，cosβ=0.959,d=45,z=16,fn=12.5）

f=z/2（1+cosβd/D）fn=16/2伊(1+0.959伊45衣285)伊12.5=115.25(Hz)

由以上计算分析，振动频率117 Hz接近于轴承内环频率115.25 Hz，所以初步诊断为轴承内环故障。我们一方面准备轴承，一方面派专人监测、观察，在定修时打开轴承检查轴承内环有严重磨损，将其更换。

4 结束语

引起风机系统故障的因素很多，故障的原因也是多样，为了更准确的诊断风机故障，除了掌握各种故障的机理外，还要有大量的故障诊断经验。只有在实际工作中不断的总结引起风机故障的各种特征，才能更准确地判断故障原因，避免大量不必要地维修，更好地为生产服务。

[1]陈大禧等著.大型回转机械诊断现场实用技术[M].北京:机械工业出版社，2002.

Research and Application of Condition Monitoring and Fault Diagnosis Technology for Blowers

Zhao Jian
(The Equipment Department of Laiwu Iron and Steel Group,Laiwu,Shandong 271104,China)

The condition monitoring and diagnosis technology for the impellers,shaft coupling and bearings in a fan system is introduced.Production practice has shown that the technology can achieve good effect.

fan system;monitoring;diagnosis;application

TH44

B

1006-6764（2014）11-0053-02

2014-08-05

赵剑(1976-)，男,大学本科学历,工程师,现从事设备状态监测技术管理工作。