劉琳鶴 譚士鑫

摘要：風(fēng)機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的機(jī)器設(shè)備，在它的幫助下使工業(yè)生產(chǎn)得到大幅的提高，但是風(fēng)機(jī)處于長(zhǎng)期的工作的狀態(tài)難免會(huì)出現(xiàn)各種問題，需要進(jìn)行診斷分析。本文就大型風(fēng)機(jī)頻繁振動(dòng)停機(jī)的故障診斷進(jìn)行的簡(jiǎn)要的探究。

關(guān)鍵詞：大型風(fēng)機(jī)；頻繁振動(dòng)；停機(jī)；故障診斷

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

中圖分類號(hào)：U226.8+1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

現(xiàn)在新出的大型風(fēng)機(jī)一般可根據(jù)用戶要求裝備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，但還有大量正在生產(chǎn)中使用的風(fēng)機(jī)并沒有配備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為這類設(shè)備開發(fā)一種實(shí)用的狀態(tài)檢測(cè)和故障診斷系統(tǒng)具有很好的實(shí)用價(jià)值。

1.故障診斷的意義

故障診斷技術(shù)日益獲的重視與發(fā)展，追究其原因是隨著科學(xué)技術(shù)與生產(chǎn)力的高度發(fā)展，各種設(shè)備的工作強(qiáng)度不斷增大，生產(chǎn)效率、自動(dòng)化程度越來越高。同時(shí)設(shè)備更加復(fù)雜，各部分的關(guān)聯(lián)愈加密切，往往某處微小的故障就能導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備的損壞，有些則造成了災(zāi)難性的后果。例如，1973年美國(guó)三里島核電站堆芯損壞事故；1985年美國(guó)航天飛機(jī)“挑戰(zhàn)者號(hào)”的墜毀；1984年印度博帕爾市農(nóng)藥廠異氰酸甲脂毒氣外瀉事故；1988年2月，我國(guó)秦嶺發(fā)電廠的一臺(tái)200WM氣輪機(jī)發(fā)電機(jī)組在進(jìn)行超速實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)生了軸系斷裂的嚴(yán)重事故，造成的經(jīng)濟(jì)損失約3000萬元左右。這些事故不僅造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且某些事故還造成了人員傷亡。由此可見診斷技術(shù)的意義及其重要性。故障診斷技術(shù)得以重視與發(fā)展的另一重要原因是帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，主要表現(xiàn)在：配置故障診斷系統(tǒng)能減少事故停機(jī)率，企業(yè)能獲的較高的收益/投資比；針對(duì)以往的定時(shí)維修體制，配置故障診斷系統(tǒng)可以做到根據(jù)診斷結(jié)果來確定是否需要維修，節(jié)省了無效的維修費(fèi)用。

2.故障情況及振動(dòng)分析

2011年12月31日，我們對(duì)風(fēng)機(jī)振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)點(diǎn)布置見圖1

圖1高溫風(fēng)機(jī)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)布置

除了風(fēng)機(jī)兩端軸承座的振動(dòng)異常外(圖中1、2兩測(cè)點(diǎn))，其它測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)值都在允許范圍內(nèi)。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速在1200r/min時(shí)1、2測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)值見表1，頻譜圖見圖2，在該圖上發(fā)現(xiàn)風(fēng)葉不平衡特征非常明顯。停機(jī)后對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行全面檢查:檢查風(fēng)機(jī)軸承，緊固所有的軸承座螺栓、地腳螺栓，重新調(diào)整風(fēng)機(jī)的水平、聯(lián)軸器間的同軸度，把可能引起振動(dòng)的因素都盡量排除。在檢查中還發(fā)現(xiàn)風(fēng)葉上粘結(jié)有不少的物料，像陶瓷片一樣脆硬，非常難清理。清理干凈后試機(jī)，在轉(zhuǎn)速提到1300r/min時(shí)振動(dòng)值正常，各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)位移值都在80μm以下，投料生產(chǎn)幾天后，隨著投料的增加、轉(zhuǎn)速的提高，振動(dòng)值又逐步增大，轉(zhuǎn)速越高振動(dòng)值越大，在頻譜圖上也存在不平衡特征。停機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)風(fēng)葉上又粘結(jié)有不少的物料，清理干凈后重新開機(jī)投料生產(chǎn)，振動(dòng)情況和上次一樣。如此反復(fù)幾次，發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的振動(dòng)變化都基本一樣，即清理干凈后開始幾天振動(dòng)正常，隨著投料的增加，轉(zhuǎn)速的提高，振動(dòng)值逐步加大，轉(zhuǎn)速越高，振動(dòng)值越大，轉(zhuǎn)速降低，振動(dòng)值也降低，當(dāng)轉(zhuǎn)速在不大于1200r/min、工藝操作基本穩(wěn)定時(shí)，振動(dòng)值也基本穩(wěn)定。

圖21200r/min時(shí)風(fēng)機(jī)頻譜圖分析

我們初步懷疑風(fēng)機(jī)振動(dòng)的主要原因是風(fēng)葉積料引起風(fēng)葉不平衡所致。進(jìn)一步檢查分析生產(chǎn)記錄，2009年以前風(fēng)機(jī)的風(fēng)葉基本上是干凈的，沒有粘結(jié)物料；2011年1月22日有過風(fēng)葉明顯不平衡特征的譜線，4月份停機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)風(fēng)葉嚴(yán)重粘結(jié)物料，數(shù)量也比此次多很多，清理干凈后，振動(dòng)恢復(fù)正常。因此，分析認(rèn)為，這次風(fēng)機(jī)振動(dòng)的原因除了風(fēng)葉積料外，還應(yīng)該有其他的原因。為此我們對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行全面的振動(dòng)測(cè)量，發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器端軸承座底座的一邊地腳螺栓振動(dòng)較異常，其測(cè)點(diǎn)布置及測(cè)量結(jié)果見圖3。

圖3聯(lián)軸器端風(fēng)機(jī)軸承座地腳螺栓振動(dòng)測(cè)量

從圖3看出，軸承底座南邊的地腳螺栓垂直方向的振動(dòng)最大，達(dá)到0.21mm，而其它的地腳螺栓的振動(dòng)都小的多，可以初步判定，南面的2個(gè)地腳螺栓存在松動(dòng)，那么地腳螺栓上的螺母就應(yīng)該能往下扭，但對(duì)螺母緊固時(shí)，螺母卻扭不動(dòng)，地腳螺栓好像并不松，但測(cè)量這2個(gè)螺栓的振動(dòng)還是異常，看來問題可能出在基礎(chǔ)上，可能地腳螺栓的二次灌漿有問題。停機(jī)后，把軸承座、軸承座底座移開檢查地腳螺栓，表面上看不出什么問題，用4磅手錘打擊地腳螺栓也感覺不到地腳螺栓的松動(dòng)，把地腳螺栓挖出來，發(fā)現(xiàn)地腳螺栓上部與二次灌漿的混凝土結(jié)合是好的，但下部二次灌漿的混凝土較松，還滲有機(jī)油，這表明這2個(gè)地腳螺栓的二次灌漿是有缺陷的，由于二次灌漿只有部分起作用，剛性不夠，當(dāng)風(fēng)機(jī)的振動(dòng)能量達(dá)到一定的時(shí)候，就會(huì)引起這2條地腳螺栓的振動(dòng)異常，地腳螺栓的振動(dòng)又加劇風(fēng)機(jī)的振動(dòng)，所以說地腳螺栓的二次灌漿缺陷是造成風(fēng)機(jī)振動(dòng)的主要原因。

改造前，風(fēng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速基本上在1050r/min以下，風(fēng)葉雖然也有積料，存在不平衡現(xiàn)象，但由于轉(zhuǎn)速低，振動(dòng)的總能量還不足以對(duì)有缺陷的二次灌漿的地腳螺栓的振動(dòng)產(chǎn)生較大的影響，除非不平衡量足夠大。2001年4月份的停機(jī)清理出來的物料有十幾千克，那時(shí)候的振動(dòng)已經(jīng)引起二次灌漿的有缺陷的地腳螺栓較大的振動(dòng)，但是由于出現(xiàn)這種振動(dòng)只有1次，沒有進(jìn)一步查找原因。風(fēng)葉上的積料是低熔點(diǎn)物料粘上去的，改造前風(fēng)葉的最高工作溫度在400℃以下，生料投料量只有60t/h，物料粘上風(fēng)葉的幾率相對(duì)低一些，20099年以前風(fēng)葉上基本不積料，只是到了2011年4月由于風(fēng)葉積料太多，引起了風(fēng)機(jī)振動(dòng)過大而被迫停機(jī)清理。

當(dāng)風(fēng)機(jī)的工作轉(zhuǎn)速從1050r/min提高到1300r/min左右，由于離心力與速度的平方成正比，所以，同等的不平衡的質(zhì)量，提高轉(zhuǎn)速后的振動(dòng)能量明顯地增大，很少的積料也會(huì)造成二次灌漿有缺陷的地腳螺栓較大的振動(dòng)。另外，改造后，風(fēng)葉的工作溫度有時(shí)將近600℃，生料投料量達(dá)90t/h，物料比改造前更容易粘結(jié)在風(fēng)葉上，所以，造成風(fēng)機(jī)振動(dòng)異?，F(xiàn)象頻繁發(fā)生。

3.風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)固有頻率測(cè)試

3.1測(cè)試方法與測(cè)點(diǎn)布置

風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)包括鋼平臺(tái)、混凝土基礎(chǔ)和其底部的支撐梁。用錘擊法測(cè)試基礎(chǔ)固有頻率，測(cè)點(diǎn)布置和錘擊點(diǎn)如圖4所示。在電動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)鋼平臺(tái)上分別垂直安裝1個(gè)壓電加速度傳感器，用大錘猛烈擊打風(fēng)機(jī)混凝土基礎(chǔ)，同時(shí)采集振動(dòng)波形。

圖5基礎(chǔ)固有頻率測(cè)點(diǎn)

3.2測(cè)試結(jié)果

傳感器為IMI608A11型內(nèi)置電荷放大器壓電加速度傳感器。數(shù)據(jù)采集器為東昊DH5910B動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀。數(shù)據(jù)分析軟件為DHDAS5910-1394信號(hào)測(cè)試分析系統(tǒng)。在測(cè)點(diǎn)1X和2X處得到基礎(chǔ)的1階固有頻率為7.5Hz，2階固有頻率為25Hz。

4.數(shù)據(jù)分析

在測(cè)試過程中觀察振動(dòng)監(jiān)控儀表，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)值隨風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加而增大。當(dāng)風(fēng)機(jī)的供電頻率達(dá)到40Hz時(shí)，葉輪前后軸承座處的振動(dòng)比較大，其水平方向的振動(dòng)值已超過6.3 mm/s的報(bào)警值，前軸承座水平方向的振動(dòng)值接近停機(jī)值(12 mm/s)，電動(dòng)機(jī)底座處的振動(dòng)比較小。說明振源來自葉輪，振動(dòng)能量主要集中在40 Hz處。風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的1階固有頻率為7.5 Hz，2階固有頻率為25 Hz，均不在風(fēng)機(jī)額定工作頻率(50 Hz)和發(fā)生停機(jī)的頻率(44 Hz)處。

總結(jié)

為了更好的處理大型風(fēng)機(jī)可能出現(xiàn)的故障除了做好診斷工作外，最重要的就是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控，使風(fēng)機(jī)的運(yùn)行處于監(jiān)控狀態(tài)，及時(shí)掌握第一手?jǐn)?shù)據(jù)并開展維護(hù)與保養(yǎng)工作。

參考文獻(xiàn)

[1]王殿武.機(jī)械振動(dòng)與故障診斷[J].洛陽機(jī)車廠，2003

[2]盛兆順,尹琦嶺.設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)及應(yīng)用[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2003

[3]楊茹萍,唐六丁,張磊,等.軸承組件各零部件固有頻率測(cè)試及方法研究[J].軸承, 2006

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。