风机转子异常振动的判断

田井新

摘要：风机工厂使用的关键设备，风机稳定运行尤为重要，而风机有不平衡、轴弯曲、共振、不对中、松动等等故障，我们要用不同的检测手段和方法进行区分，进而快速的判断出故障的类型。

关键词：风机；不平衡；共振；轴弯曲

前言

风机是工厂排风、通风，提高流体能量所必须的设备，因此风机工作的稳定就显得尤为重要。引起风机振动的因素有很多，其中不平衡为最常见诱因，据统计使用过程中质量不平衡引起的机械振动增大占70% 。所以现场多数情况下对风机转子进行在线动平衡处理，但是有些情况下动平衡处理并不能解决问题，因为轴的热弯曲、共振、转子裂纹等故障特征与不平衡特征相似。这些故障容易让测试人员误认为转子不平衡，从而导致设备故障不能有效地解决。所以我们要对这些故障加以区分，找出其中的不同，有针对性的解决风机转租异常振动的故障问题。

1.风机转子不平衡的判定及处理

1.1不平衡的判定

1.1.1风机转子不平衡主要表现为时域波形近似正弦波，主要振动频率为转频，轴心轨迹呈椭圆，水平径向和垂直径向方向相位相差180°，检测时振动幅值比较稳定。轴心轨迹和相位的判断需要双通道仪器及转速传感器才能进行数据采集，现场振动测试判断不够便捷。现场实际故障诊断时主要是依靠振动频率和时域波形进行判断，这两项数据采集方式简单，故障分析较快捷。多数情况下可以通过这两种方法判定为风机转子不平衡。

1.1.2以三烧主抽风机为例，电机功率5200KW，风机转速为1000rpm，叶片数13，转频为1000rpm/60，及16.67Hz。

1.2风机转子存在不平衡，可以拆除转子做离线平衡，也可以利用检修时间进行在线平衡。离线平衡需要拆除风机转子，托运到指定位置，做完平衡后在进行安装，时间较长。转子运输过程中不能存在磕碰现象，并且离线平衡转速一般低于工作时转子转速。在线平衡不用拆装、托运转子，时间较短，并且是在转子工作转速下进行动平衡处理，更符合现场工作状况，平衡效果更好。

2.风机转子轴弯曲产生原因及实例

2.1风机转子轴弯曲产生原因

轴弯曲可以产生很大的振动，轴弯曲不能用动平衡来减小振动。轴弯曲一是永久性弯曲，一是热弹性弯曲。永久性弯曲的轴不能消除轴的弯曲带来的影响，热弹性弯曲的轴是轴在旋转过程中由于摩擦等外部原因导致轴的受热不均匀，产生轴的弯曲，当外部热量消除后轴会恢复正常。这样的轴弯曲是可以避免的。轴弯曲时主要振动频率为转频，同一转子轴两端如果轴的弯曲越大，相位越接近180°，但是在转子启动过程中由于摩擦等其它原因引起的发热，热量不断的增加传递给轴，轴逐渐的热弯曲，这个过程中，测得振动幅值会随着时间的增加而增大，当摩擦产生的热量不在增大时，振动趋于稳定，但波动较大，并且振动相位值波动较大。

2.2风机转子轴弯曲产生实例

三烧主抽风机在一次大修中更换密封圈后振动测试发现振动幅值较高，波动较大，最大达15.6mm/s，主要振动频率为转频，时域波形有削波现象，削波的产生说明有摩擦现象存在。根据以往的经验进行动平衡处理，发现在动平衡过程中加试块不能降低风机转子的振动。对其进行相位测试发现轴两端轴承的轴向相位一个为51.5°，一个为198.1°，相差146.6°，红外测试发现联轴器测转子轴承处有明显的亮痕，说明存在异常摩擦发热，开盖检查发现轴的密封处有明显的摩擦亮痕，是由于密封环材质和安装原因导致与轴异常摩擦产生的，异常摩擦产生热量使轴发生的热弯曲，这是导致异常振动的原因。

3.共振产生原因及判断共振的必要性

3.1共振产生原因

共振是指以物理系统在特定的频率下，比其它频率以更大的振副做振动的情形，这些特定的频率就是共振频率。共振频率与固有频率分不开，当外加的振动频率等于风机系统或转子的固有频率时就能够激发共振，即使很小的振动周期，也会变成很大的振动。风机转子在其设计时考虑到固有频率发生共振的问题，所以转子的固有频率往往高于风机的转频。

3.2共振判断的必要性

3.2.1现场振动测试时会碰到一些转子从启动到工作转速时会有一段时间振动幅值增加很快、很大，之后振动值降低，特别是转子的固有频率接近工作转速频率时，会给风机造成大的振动此时的振动特征型号与转子的不平衡特征一样，对现场动平衡的处理造成干扰。因此对转子的固有频率测试，判断其实是否为共振是很必要的。

3.2.2三炼钢蒸汽风机为例，对其进行固有频率测试。该风机转子转速600rpm，转子叶片数12，转频为10Hz，对其用专用力锤进行敲击，再对其进行数据采集，采集到的时域波形（图1）和频谱图（图2）。

图1 固有频率测试时域波形图 图2 固有频率测试频谱图

从图2可以看出该风机转子的一阶固有频率为13.75Hz，二阶固有频率为95.6Hz。转子发生共振的最低频率为13.75 Hz，即825rpm，大于其工作转速600rpm，符合设计要求。同时共振还可以通过在线数据来进行查看，关注启停机过程中是否存在瞬间增大的幅值，并伴随着转速的变化而降低。

风机转子出现裂纹时，会导致转子的固有频率降低，可能会降到转子的工作转速会是低于工作转速，形成共振，影响风机转子正常运行，所以要定期对转子进行检查，避免裂纹的产生。

4.结束语

风机转子不平衡是风机的主要故障，通过在线动平衡可以在不影响生产的情况下快速的解决，但是轴弯曲、共振、转子裂纹等由于与不平衡故障特征相似，因此判断容易混淆，所以对单台设备而言，要了解设备的特性，如转子固有频率是否高于转频，转子是否存在裂纹等问题。。风机转子的一场振动判断要结合，相位、红外、频谱图、启停机分析来进行，这样才能有效地区分故障原因。

参考文献：

[1]张键.《机械故障诊断技术》.北京.机械工业出版社，2008.9

[2]《振动故障分析与诊断》.美国.恩泰克爱迪公司，2000.11