楊龍

摘 要：簡(jiǎn)單介紹通風(fēng)機(jī)振動(dòng)的概念及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而分析歸納風(fēng)機(jī)振動(dòng)的類型及表征，最后介紹振動(dòng)故障的排查診斷方法。

關(guān)鍵詞：離心式通風(fēng)機(jī)；振動(dòng)；原因表征；故障診斷

1、概述

通風(fēng)機(jī)是依靠輸入的機(jī)械能，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為氣體壓力，并向外輸送氣體的一種機(jī)械，它是一種靠外界能量從動(dòng)的流體類機(jī)械。目前通風(fēng)機(jī)廣泛的應(yīng)用于鋼鐵冶金、石油化工、火力發(fā)電、煤氣回收、污水處理及核電等多種行業(yè)及領(lǐng)域中。據(jù)相關(guān)調(diào)查所得，目前國(guó)內(nèi)大型風(fēng)機(jī)企業(yè)的收入有百分之九十五來自于鋼鐵、石化、火電和水泥四大行業(yè)。在轉(zhuǎn)爐冶煉凈汽化系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)機(jī)械是必不可少的，主要用于管道系統(tǒng)中煙氣、粉塵等混合氣體雜質(zhì)的抽排輸送，已達(dá)到煤氣回收和環(huán)保除塵的效果。該類風(fēng)機(jī)一般采用離心式通風(fēng)機(jī)，風(fēng)量可達(dá)10萬M3/h，轉(zhuǎn)速在600-3000r/min之間，原動(dòng)機(jī)一般選用6kv或10kv高壓驅(qū)動(dòng)、功率達(dá)1000KW的電動(dòng)機(jī)。風(fēng)機(jī)作為一種高速運(yùn)轉(zhuǎn)在復(fù)雜環(huán)境中的大型機(jī)械，在運(yùn)行過程中最常出現(xiàn)的故障就是振動(dòng)。

本文以鋼鐵冶煉中轉(zhuǎn)爐煤氣回收及除塵風(fēng)機(jī)為研究對(duì)象，從風(fēng)機(jī)本體及驅(qū)動(dòng)電機(jī)等方面全面分析風(fēng)機(jī)系統(tǒng)振動(dòng)的原因、各類振動(dòng)的現(xiàn)象表征和頻譜表征及振動(dòng)故障排查處理方法。

2、風(fēng)機(jī)振動(dòng)的概念及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

2.1電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)表示及限值

在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中表示振動(dòng)的參數(shù)一般有三個(gè)：振動(dòng)幅值（mm）、振動(dòng)速度（mm/s）和振動(dòng)加速度（mm/s2）。在GB 10068-2000中給定的對(duì)振動(dòng)無特殊要求的電機(jī)不同軸中心高的振動(dòng)強(qiáng)度參考標(biāo)準(zhǔn)，見表1。

在實(shí)際中電機(jī)振動(dòng)的判斷主要依據(jù)是振動(dòng)烈度[1]。振動(dòng)烈度即電機(jī)軸承振動(dòng)速度的有效值，它既代表了振動(dòng)系統(tǒng)的能量，也反映了振動(dòng)過程的時(shí)間歷程，因此，目前振動(dòng)速度被認(rèn)為是能夠全面描述振動(dòng)過程的量值[2]。但對(duì)于JS、JR等老系列的電動(dòng)機(jī)也可用老標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)幅值（雙位移）作為考核依據(jù)，表2給出了不同轉(zhuǎn)速下老系列電機(jī)的振幅限值。振動(dòng)加速度一般只在做振動(dòng)頻譜分析的時(shí)候有所納入

2.2風(fēng)機(jī)機(jī)械的振動(dòng)限值

風(fēng)機(jī)機(jī)械振動(dòng)和電機(jī)振動(dòng)的概念和測(cè)量是一致的，在ISO10816-1中給出了機(jī)器機(jī)械振動(dòng)的參考標(biāo)準(zhǔn)，見表3。

其中，I類機(jī)械指發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)器的單獨(dú)部件。它們完整地聯(lián)接到正常運(yùn)行狀況的整機(jī)上（15KW以下的電機(jī)是這一類機(jī)器的典型例子）。II類機(jī)械指無專門基礎(chǔ)的中型機(jī)器（具有15～75KW輸出功率的電機(jī)），在專門基礎(chǔ)上剛性安裝的發(fā)動(dòng)機(jī)或機(jī)器（300KW以下）。III類機(jī)械指具有旋轉(zhuǎn)質(zhì)量安裝在剛性的重型基礎(chǔ)上的大型原動(dòng)機(jī)和其它大型機(jī)器，基礎(chǔ)在振動(dòng)測(cè)量方向上相對(duì)是剛性的。IV類機(jī)械指具有旋轉(zhuǎn)質(zhì)量安裝在基礎(chǔ)上的大型原動(dòng)機(jī)和其它大型機(jī)器，其基礎(chǔ)在振動(dòng)測(cè)量方向上相對(duì)是柔性的（例如輸出功率大于10MW的汽輪發(fā)電機(jī)組和燃?xì)廨啓C(jī)）。

區(qū)域A表示優(yōu)，新交付使用的機(jī)器的振動(dòng)通常屬于該區(qū)域。區(qū)域B表示良，通常認(rèn)為振動(dòng)值在該區(qū)域的機(jī)器可不受限制地長(zhǎng)期運(yùn)行。區(qū)域C表示較差，通常認(rèn)為振動(dòng)值在該區(qū)域的機(jī)器不適宜于長(zhǎng)期持續(xù)運(yùn)行。一般來說，該機(jī)器可在這種狀態(tài)下運(yùn)行有限時(shí)間，直到有采取補(bǔ)救措施的合適時(shí)機(jī)為止。區(qū)域D表示差，振動(dòng)值在這一區(qū)域中通常被認(rèn)為振動(dòng)劇烈，足以引起機(jī)器損壞。

綜上所述，本文所研究的風(fēng)機(jī)機(jī)械應(yīng)該屬于III類機(jī)械，其運(yùn)行正常振動(dòng)速度應(yīng)小于4.5mm/s，當(dāng)振動(dòng)大于4.5mm/s時(shí)就應(yīng)安排下線檢修。

3、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)振動(dòng)的類型及表現(xiàn)特征

風(fēng)機(jī)系統(tǒng)基本由風(fēng)機(jī)機(jī)械、原動(dòng)電機(jī)和連接部件聯(lián)軸器構(gòu)成。可以從其構(gòu)成分析其振動(dòng)的原因，即風(fēng)機(jī)本體的振動(dòng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)振動(dòng)和二者配合連接引起的振動(dòng)。風(fēng)機(jī)本體的振動(dòng)主要來源于風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡、流體介質(zhì)負(fù)載不均造成的喘振、軸承座及滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑不當(dāng)及磨損引起的振動(dòng)、還有基礎(chǔ)部件松動(dòng)引起的振動(dòng)及機(jī)械共振。電動(dòng)機(jī)振動(dòng)主要源于電磁振動(dòng)、軸承損壞及轉(zhuǎn)軸彎曲引起振動(dòng)、還有機(jī)械部件振動(dòng)。連接部位振動(dòng)住要源于兩者配合調(diào)整不到位引起的振動(dòng)及聯(lián)軸器本身引起的振動(dòng)。歸納總結(jié)大致可以把振動(dòng)分為以下七類：轉(zhuǎn)子不平衡、風(fēng)機(jī)出口壓力與入口風(fēng)量不對(duì)稱引起的喘振、風(fēng)機(jī)軸承異常振動(dòng)、電動(dòng)機(jī)電磁振動(dòng)、軸心線不對(duì)中引起的振動(dòng)、螺栓松動(dòng)及基礎(chǔ)劣化引起的振動(dòng)、機(jī)械共振。

（1）轉(zhuǎn)子不平衡。由于風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子在高溫、潮濕、雜質(zhì)量大、甚至具有腐蝕性的復(fù)雜混合氣體介質(zhì)中高速旋轉(zhuǎn)，運(yùn)行一段時(shí)間后，轉(zhuǎn)子表面難免會(huì)附著一定量的雜質(zhì)顆?；蛘呤艿?jīng)_擊磨損。轉(zhuǎn)子表面有的部位遭到腐蝕磨損而有的部位堆積雜質(zhì)顆粒，必然導(dǎo)致轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡，在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)就會(huì)引起風(fēng)機(jī)振動(dòng)，表現(xiàn)為其振動(dòng)值隨運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)逐漸增大。也有因?yàn)檗D(zhuǎn)子上的零部件脫落或葉輪流道有異物附著、卡塞造成的突發(fā)性不平[3]。所以風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子按周期的清理檢修十分必要。同樣驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子也可能出現(xiàn)不平衡，電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡引起的振動(dòng)主要表現(xiàn)為徑向振動(dòng)，且振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速的增加而增大，與負(fù)載無關(guān)。大電機(jī)一般在出廠前或者周期保養(yǎng)時(shí)都會(huì)做轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)。

（2）風(fēng)機(jī)出口壓力與入口風(fēng)量不平衡引起的喘振。喘振是風(fēng)機(jī)運(yùn)行中的特殊現(xiàn)象，風(fēng)機(jī)喘振主要是由于出口壓力與風(fēng)機(jī)入口風(fēng)量失去對(duì)應(yīng)所致。當(dāng)管網(wǎng)異常等原因?qū)е鲁隹趬毫芨叨肟陲L(fēng)量很小使得風(fēng)機(jī)葉片部分或全部進(jìn)入失速區(qū)，這時(shí)風(fēng)機(jī)一會(huì)向負(fù)載排氣，一會(huì)又向負(fù)載吸氣，風(fēng)機(jī)就會(huì)出現(xiàn)喘振。風(fēng)機(jī)喘振最直接的表現(xiàn)就是風(fēng)量、出口壓力、電機(jī)電流出現(xiàn)大幅波動(dòng)，劇烈震動(dòng)并伴有異常噪聲[4]。

（3）風(fēng)機(jī)軸承問題引起的振動(dòng)。高壓大型風(fēng)機(jī)的裝配一般都采用滑動(dòng)方式裝配，所以風(fēng)機(jī)的裝配和潤(rùn)滑十分重要。風(fēng)機(jī)檢修完裝配時(shí) 兩端必須保持水平且軸瓦的瓦襯一般都需要進(jìn)行研刮。軸瓦研刮的目的是為了使瓦襯形成圓的幾何形狀，使軸瓦與軸徑間存在鍥形縫隙，以保證軸徑旋轉(zhuǎn)時(shí)，摩擦面間能形成鍥形油膜，使軸徑在油膜的浮力作用下運(yùn)轉(zhuǎn)，以減輕與瓦襯的摩擦，降低其磨損與動(dòng)力的消耗，軸瓦的檢查與研刮可采用著色法或干研法。另外風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中必須保證供油充足，防止因潤(rùn)滑不良造成軸瓦及軸徑的磨損，從而引起風(fēng)機(jī)振動(dòng)。同樣電機(jī)的軸承也可能出現(xiàn)磨損、表面剝落點(diǎn)蝕、破碎等異常故障。不論滑動(dòng)軸承還是滾動(dòng)軸承出現(xiàn)問題最直觀的反映為軸承溫度急劇升高。

（4）驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電磁振動(dòng)。在確保軸承質(zhì)量和動(dòng)平衡的前提下，籠型三相異步電動(dòng)機(jī)的主要振動(dòng)源是磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生隨時(shí)間和空間變化的電磁力引起的電磁振動(dòng)[5]。具體來說，電磁振動(dòng)有定子三相磁場(chǎng)不對(duì)稱引起的振動(dòng)，氣隙偏心引起的振動(dòng)和電機(jī)轉(zhuǎn)子異常引起的振動(dòng)。定子電磁振動(dòng)的主要特征為振動(dòng)頻率為電源頻率的2倍，切斷電源后電機(jī)振動(dòng)立即消失。氣隙偏心有兩種情況：一種是靜態(tài)不均勻，主要是由于電動(dòng)機(jī)定子中心與轉(zhuǎn)子軸心不重和引起的；另一種是動(dòng)態(tài)不均勻，主要是由于轉(zhuǎn)軸撓曲或轉(zhuǎn)子鐵心不圓造成的。轉(zhuǎn)子回路異常將產(chǎn)生不平衡的電磁力，從而產(chǎn)生振動(dòng)，該類振動(dòng)的主要特征是振動(dòng)隨負(fù)載增加而增加，當(dāng)負(fù)載超過50%以上時(shí)較為顯著。

（5）軸心線不對(duì)中引起的振動(dòng)。安裝時(shí)電動(dòng)機(jī)與風(fēng)機(jī)本體的軸心線必須一致重合，因?yàn)槁?lián)軸器問題或者調(diào)整不到位，兩者軸心線錯(cuò)位時(shí)，電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中就會(huì)受到來自聯(lián)軸器的作用力，從而產(chǎn)生振動(dòng)。軸心線不對(duì)中引起的振動(dòng)主要有3個(gè)特點(diǎn)：一是軸向振動(dòng)較大，二是越靠近聯(lián)軸器振動(dòng)越大，三是振動(dòng)中2倍旋轉(zhuǎn)頻率的成分增加，同時(shí)伴有基頻和3倍頻[6]。

（6）螺栓松動(dòng)及基礎(chǔ)劣化引起的振動(dòng)?；A(chǔ)灌漿不良，地腳螺栓松動(dòng)，墊片松動(dòng)，基座連接不牢固都將引起機(jī)械振動(dòng)。該類振動(dòng)的主要特征是有問題的地腳螺栓處振動(dòng)最大，且以徑向分量最大，振動(dòng)頻率為轉(zhuǎn)速的奇數(shù)倍頻率組合。一般都認(rèn)為基礎(chǔ)劣化的可能微乎其微，但不能完全排除，筆者就有過因電機(jī)基礎(chǔ)預(yù)埋螺栓斷裂引起電機(jī)振動(dòng)的教訓(xùn)。

（7）共振。共振是指一物理系統(tǒng)在特定頻率下，比其他頻率以更大的振幅做振動(dòng)的情形，此特定頻率稱之為共振頻率。風(fēng)機(jī)在旋轉(zhuǎn)時(shí)處于臨界速度時(shí)即發(fā)生最大的撓度變形，此時(shí)就會(huì)發(fā)生共振。增大通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)子重量或減小軸的直徑都可以使軸的臨界速度降低，從而避開了共振點(diǎn)，同樣可以通過改變機(jī)殼、基礎(chǔ)等，改變?cè)O(shè)備固有的共振頻率。

4、風(fēng)機(jī)的運(yùn)行檢修

由于風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子所處的運(yùn)行環(huán)境比較惡劣，且突發(fā)故障造成的后果比較嚴(yán)重，所以風(fēng)機(jī)一般都要進(jìn)行周期性的清理檢修。周期清理檢修重點(diǎn)對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行沖洗清理及常規(guī)檢查緊固，同時(shí)每次檢修完畢的恢復(fù)都是一次重裝上線，軸瓦的研刮、軸心線的對(duì)中調(diào)平都是必須的。故下面的故障排查對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子漸進(jìn)式的不平衡，風(fēng)機(jī)軸承異常，軸心線不對(duì)中及聯(lián)軸器異常，螺栓松動(dòng)等引起的振動(dòng)不再詳述。

5、風(fēng)機(jī)振動(dòng)故障診斷的一般步驟

引起風(fēng)機(jī)振動(dòng)的原因有很多，一般可以通過直觀經(jīng)驗(yàn)按由易到難的順序逐步排查淘汰。

（1）測(cè)量風(fēng)機(jī)兩側(cè)軸承座及電機(jī)兩端的軸向水平、軸線垂直、徑向振動(dòng)值，通過各測(cè)量點(diǎn)的對(duì)比，初步聚焦振源是風(fēng)機(jī)還是電機(jī)。如果振值由大到小的排列是風(fēng)機(jī)側(cè)、電機(jī)負(fù)荷側(cè)、電機(jī)非負(fù)荷側(cè)，那么基本可以斷定振源是風(fēng)機(jī)本體。如果無法通過直觀的比較得出結(jié)論，可以斷開電源拆開聯(lián)軸器，使電動(dòng)機(jī)與風(fēng)機(jī)分離，單獨(dú)試驗(yàn)電動(dòng)機(jī)，測(cè)量電機(jī)是否振動(dòng)。

（2）一般機(jī)械負(fù)載振動(dòng)的概率要遠(yuǎn)大于電機(jī)振動(dòng)的概率。風(fēng)機(jī)本體的振動(dòng)除了第四節(jié)所述的常規(guī)原因外，還可能因?yàn)橥话l(fā)性的轉(zhuǎn)子不平衡等其它機(jī)械因素引發(fā)的振動(dòng)。

（3）利用調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)管網(wǎng)前后閥門開度對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行氣流激振試驗(yàn)，在調(diào)節(jié)閥門不同的開度下，改變管道流量壓力，測(cè)量風(fēng)機(jī)的振動(dòng)值，判別風(fēng)機(jī)振動(dòng)是否由喘振引起的。

（4）電機(jī)振動(dòng)的分析。電機(jī)的振動(dòng)可以通過瞬時(shí)停電法來區(qū)分是機(jī)械原因還是電氣原因引起的，停電瞬間，如若電機(jī)振動(dòng)明顯減弱，則說明是電氣原因?yàn)橹?，否則，機(jī)械原因的可能性大。電機(jī)的振動(dòng)最有可能是內(nèi)部軸承異常引起的，軸承問題除了振動(dòng)的判斷還可以通過聽音來判斷。

（5）電機(jī)的電磁振動(dòng)。首先檢查三相電源是否平衡，現(xiàn)在一般都是變頻器驅(qū)動(dòng)，電源的問題幾乎可以排除。其次檢查三相電流及三相繞組的電阻值是否平衡，如果不平衡，就需要專業(yè)檢修單位對(duì)電機(jī)進(jìn)行解體檢查檢修，徹底解決電機(jī)內(nèi)部的問題，并做轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)，確保電機(jī)軸沒有問題。

（6）風(fēng)機(jī)本體、電機(jī)、聯(lián)軸器經(jīng)檢查如果都正常，最后就需要懷疑基礎(chǔ)了，對(duì)基礎(chǔ)的水平面，強(qiáng)度進(jìn)行檢查檢測(cè)。

6、結(jié)束語

隨著信號(hào)檢測(cè)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，大量的振動(dòng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)分析軟件應(yīng)運(yùn)而生，當(dāng)直觀經(jīng)驗(yàn)無法做出準(zhǔn)確判斷時(shí)可以借助軟件工具進(jìn)行精密分析。但故障診斷系統(tǒng)更多的是根據(jù)振動(dòng)波形圖、頻譜圖、軸心軌跡圖等測(cè)量結(jié)果給出很多可能，通常是診而未斷，扎實(shí)的理論依據(jù)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)將幫助我們做出準(zhǔn)確判斷。

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