风机振动故障分析_免费论文全文下载

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摘 要：简单介绍通风机振动的概念及评定标准，进而分析归纳风机振动的类型及表征，最后介绍振动故障的排查诊断方法。

关键词：离心式通风机；振动；原因表征；故障诊断
1、概述
通风机是依靠输入的机械能，将机械能转化为气体压力，并向外输送气体的一种机械，它是一种靠外界能量从动的流体类机械。目前通风机广泛的应用于钢铁冶金、石油化工、火力发电、煤气回收、污水处理及核电等多种行业及领域中。据相关调查所得，目前国内大型风机企业的收入有百分之九十五来自于钢铁、石化、火电和水泥四大行业。在转炉冶炼净汽化系统中风机机械是必不可少的，主要用于管道系统中烟气、粉尘等混合气体杂质的抽排输送，已达到煤气回收和环保除尘的效果。该类风机一般采用离心式通风机，风量可达10万M3/h，转速在600-3000r/min之间，原动机一般选用6kv或10kv高压驱动、功率达1000KW的电动机。风机作为一种高速运转在复杂环境中的大型机械，在运行过程中最常出现的故障就是振动。
本文以钢铁冶炼中转炉煤气回收及除尘风机为研究对象，从风机本体及驱动电机等方面全面分析风机系统振动的原因、各类振动的现象表征和频谱表征及振动故障排查处理方法。
2、风机振动的概念及评定标准
2.1电动机的振动表示及限值
在工业现场中表示振动的参数一般有三个：振动幅值（mm）、振动速度（mm/s）和振动加速度（mm/s2）。在GB 10068-2000中给定的对振动无特殊要求的电机不同轴中心高的振动强度参考标准，见表1。
在实际中电机振动的判断主要依据是振动烈度[1]。振动烈度即电机轴承振动速度的有效值，它既代表了振动系统的能量，也反映了振动过程的时间历程，因此，目前振动速度被认为是能够全面描述振动过程的量值[2]。但对于JS、JR等老系列的电动机也可用老标准振动幅值（双位移）作为考核依据，表2给出了不同转速下老系列电机的振幅限值。振动加速度一般只在做振动频谱分析的时候有所纳入
2.2风机机械的振动限值
风机机械振动和电机振动的概念和测量是一致的，在ISO10816-1中给出了机器机械振动的参考标准，见表3。
其中，I类机械指发动机和机器的单独部件。它们完整地联接到正常运行状况的整机上（15KW以下的电机是这一类机器的典型例子）。II类机械指无专门基础的中型机器（具有15～75KW输出功率的电机），在专门基础上刚性安装的发动机或机器（300KW以下）。III类机械指具有旋转质量安装在刚性的重型基础上的大型原动机和其它大型机器，基础在振动测量方向上相对是刚性的。IV类机械指具有旋转质量安装在基础上的大型原动机和其它大型机器，其基础在振动测量方向上相对是柔性的（例如输出功率大于10MW的汽轮发电机组和燃气轮机）。
区域A表示优，新交付使用的机器的振�油ǔＪ粲诟们�域。区域B表示良，通常认为振动值在该区域的机器可不受限制地长期运行。区域C表示较差，通常认为振动值在该区域的机器不适宜于长期持续运行。一般来说，该机器可在这种状态下运行有限时间，直到有采取补救措施的合适时机为止。区域D表示差，振动值在这一区域中通常被认为振动剧烈，足以引起机器损坏。
综上所述，本文所研究的风机机械应该属于III类机械，其运行正常振动速度应小于4.5mm/s，当振动大于4.5mm/s时就应安排下线检修。
3、风机系统振动的类型及表现特征
风机系统基本由风机机械、原动电机和连接部件联轴器构成。可以从其构成分析其振动的原因，即风机本体的振动、驱动电机振动和二者配合连接引起的振动。风机本体的振动主要来源于风机转子不平衡、流体介质负载不均造成的喘振、轴承座及滑动轴承润滑不当及磨损引起的振动、还有基础部件松动引起的振动及机械共振。电动机振动主要源于电磁振动、轴承损坏及转轴弯曲引起振动、还有机械部件振动。连接部位振动住要源于两者配合调整不到位引起的振动及联轴器本身引起的振动。归纳总结大致可以把振动分为以下七类：转子不平衡、风机出口压力与入口风量不对称引起的喘振、风机轴承异常振动、电动机电磁振动、轴心线不对中引起的振动、螺栓松动及基础劣化引起的振动、机械共振。
（1）转子不平衡。由于风机转子在高温、潮湿、杂质量大、甚至具有腐蚀性的复杂混合气体介质中高速旋转，运行一段时间后，转子表面难免会附着一定量的杂质颗粒或者受到冲击磨损。转子表面有的部位遭到腐蚀磨损而有的部位堆积杂质颗粒，必然导致转子质量不平衡，在高速旋转时就会引起风机振动，表现为其振动值随运行时间延长逐渐增大。也有因为转子上的零部件脱落或叶轮流道有异物附着、卡塞造成的突发性不平[3]。所以风机转子按周期的清理检修十分必要。同样驱动电机的转子也可能出现不平衡，电机转子不平衡引起的振动主要表现为径向振动，且振动随转速的增加而增大，与负载无关。大电机一般在出厂前或者周期保养时都会做转子动平衡实验。
（2）风机出口压力与入口风量不平衡引起的喘振。喘振是风机运行中的特殊现象，风机喘振主要是由于出口压力与风机入口风量失去对应所致。当管网异常等原因导致出口压力很高而入口风量很小使得风机叶片部分或全部进入失速区，这时风机一会向负载排气，一会又向负载吸气，风机就会出现喘振。风机喘振最直接的表现就是风量、出口压力、电机电流出现大幅波动，剧烈震动并伴有异常噪声[4]。
（3）风机轴承问题引起的振动。高压大型风机的装配一般都采用滑动方式装配，所以风机的装配和润滑十分重要。风机检修完装配时 两端必须保持水平且轴瓦的瓦衬一般都需要进行研刮。轴瓦研刮的目的是为了使瓦衬形成圆的几何形状，使轴瓦与轴径间存在锲形缝隙，以保证轴径旋转时，摩擦面间能形成锲形油膜，使轴径在油膜的浮力作用下运转，以减轻与瓦衬的摩擦，降低其磨损与动力的消耗，轴瓦的检查与研刮可采用着色法或干研法。另外风机运行过程中必须保证供油充足，防止因润滑不良造成轴瓦及轴径的磨损，从而引起风机振动。同样电机的轴承也可能出现磨损、表面剥落点蚀、破碎等异常故障。不论滑动轴承还是滚动轴承出现问题最直观的反映为轴承温度急剧升高。 （4）驱动电机的电磁振动。在确保轴承质量和动平衡的前提下，笼型三相异步电动机的主要振动源是磁场相互作用产生随时间和空间变化的电磁力引起的电磁振动[5]。具体来说，电磁振动有定子三相磁场不对称引起的振动，气隙偏心引起的振动和电机转子异常引起的振动。定子电磁振动的主要特征为振动频率为电源频率的2倍，切断电源后电机振动立即消失。气隙偏心有两种情况：一种是静态不均匀，主要是由于电动机定子中心与转子轴心不重和引起的；另一种是动态不均匀，主要是由于转轴挠曲或转子铁心不圆造成的。转子回路异常将产生不平衡的电磁力，从而产生振�樱�该类振动的主要特征是振动随负载增加而增加，当负载超过50%以上时较为显著。
（5）轴心线不对中引起的振动。安装时电动机与风机本体的轴心线必须一致重合，因为联轴器问题或者调整不到位，两者轴心线错位时，电动机在运行过程中就会受到来自联轴器的作用力，从而产生振动。轴心线不对中引起的振动主要有3个特点：一是轴向振动较大，二是越靠近联轴器振动越大，三是振动中2倍旋转频率的成分增加，同时伴有基频和3倍频[6]。
（6）螺栓松动及基础劣化引起的振动。基础灌浆不良，地脚螺栓松动，垫片松动，基座连接不牢固都将引起机械振动。该类振动的主要特征是有问题的地脚螺栓处振动最大，且以径向分量最大，振动频率为转速的奇数倍频率组合。一般都认为基础劣化的可能微乎其微，但不能完全排除，笔者就有过因电机基础预埋螺栓断裂引起电机振动的教训。
（7）共振。共振是指一物理系统在特定频率下，比其他频率以更大的振幅做振动的情形，此特定频率称之为共振频率。风机在旋转时处于临界速度时即发生最大的挠度变形，此时就会发生共振。增大通风机的转子重量或减小轴的直径都可以使轴的临界速度降低，从而避开了共振点，同样可以通过改变机壳、基础等，改变设备固有的共振频率。
4、风机的运行检修
由于风机转子所处的运行环境比较恶劣，且突发故障造成的后果比较严重，所以风机一般都要进行周期性的清理检修。周期清理检修重点对转子进行冲洗清理及常规检查紧固，同时每次检修完毕的恢复都是一次重装上线，轴瓦的研刮、轴心线的对中调平都是必须的。故下面的故障排查对风机转子渐进式的不平衡，风机轴承异常，轴心线不对中及联轴器异常，螺栓松动等引起的振动不再详述。
5、风机振动故障诊断的一般步骤
引起风机振动的原因有很多，一般可以通过直观经验按由易到难的顺序逐步排查淘汰。
（1）测量风机两侧轴承座及电机两端的轴向水平、轴线垂直、径向振动值，通过各测量点的对比，初步聚焦振源是风机还是电机。如果振值由大到小的排列是风机侧、电机负荷侧、电机非负荷侧，那么基本可以断定振源是风机本体。如果无法通过直观的比较得出结论，可以断开电源拆开联轴器，使电动机与风机分离，单独试验电动机，测量电机是否振动。
（2）一般机械负载振动的概率要远大于电机振动的概率。风机本体的振动除了第四节所述的常规原因外，还可能因为突发性的转子不平衡等其它机械因素引发的振动。
（3）利用调节风机管网前后阀门开度对风机进行气流激振试验，在调节阀门不同的开度下，改变管道流量压力，测量风机的振动值，判别风机振动是否由喘振引起的。
（4）电机振动的分析。电机的振动可以通过瞬时停电法来区分是机械原因还是电气原因引起的，停电瞬间，如若电机振动明显减弱，则说明是电气原因为主，否则，机械原因的可能性大。电机的振动最有可能是内部轴承异常引起的，轴承问题除了振动的判断还可以通过听音来判断。
（5）电机的电磁振动。首先检查三相电源是否平衡，现在一般都是变频器驱动，电源的问题几乎可以排除。其次检查三相电流及三相绕组的电阻值是否平衡，如果不平衡，就需要专业检修单位对电机进行解体检查检修，彻底解决电机内部的问题，并做转子动平衡实验，确保电机轴没有问题。
（6）风机本体、电机、联轴器经检查如果都正常，最后就需要怀疑基础了，对基础的水平面，强度进行检查检测。
6、结束语
随着信号检测技术和计算机技术的高速发展，大量的振动数据监测分析软件应运而生，当直观经验无法做出准确判断时可以借助软件工具进行精密分析。但故障诊断系统更多的是根据振动波形图、频谱图、轴心轨迹图等测量结果给出很多可能，通常是诊而未断，扎实的理论依据和丰富的实践经验将帮助我们做出准确判断。
参考文献：
[1]商景泰. 通风机手册[M].北京：机械工业出版社，1994.
[2]崔文珍，张秋云. 离心式通风机的振动分析与治理[J].机械应用与研究，2010，（3）.
[3]屈绍山， 王亚娟. 风机振动故障的诊断[C].// 全国火电100-200MW级机组技术协作会年会论文集.2009.
[4]刘新华. 离心风机喘振现象的分析与控制[J].中国电子商务，2010，（4）.
[5]庄火庚. 笼型三相异步电动机的电磁振动计算方法的研究[J].电机与控制应用，2016，43（4）.
[6]姬广勤，徐兴科，赵以万. 引风机振动故障的诊断与分析[J].风机技术，2006，（6）.

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