工業(yè)鍋爐引風(fēng)機(jī)振動(dòng)原因分析與處理方法

李亞軍

（西安利君制藥有限責(zé)任公司，陜西西安 710077）

我公司35 t工業(yè)鍋爐是抗生素原料生產(chǎn)的蒸汽供應(yīng)設(shè)備，引風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)非正常振動(dòng)現(xiàn)象，若不及時(shí)處置，不但造成設(shè)備事故，而且嚴(yán)重影響鍋爐的正常運(yùn)行?？股卦仙a(chǎn)的連續(xù)性特點(diǎn)不希望鍋爐停爐、倒?fàn)t，否則會(huì)產(chǎn)生不必要的經(jīng)濟(jì)損失。因此，及時(shí)監(jiān)控，分析和處置異常情況尤為重要。我們相應(yīng)措施是采用PMS設(shè)備巡檢系統(tǒng)對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，取得良好的效果。

1 振動(dòng)產(chǎn)生的原因分析

1.1 電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)

電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子通過(guò)二支點(diǎn)的滾動(dòng)軸承來(lái)旋轉(zhuǎn)，軸承的軸向和徑向的間隙很小，在潤(rùn)滑狀態(tài)下磨損產(chǎn)生的振動(dòng)和掃膛引起的振動(dòng)極小，一般不會(huì)給引風(fēng)機(jī)造成太大的影響。

1.2 引風(fēng)機(jī)軸承箱的振動(dòng)

軸承箱主軸承損壞和主軸彎曲、地腳螺栓松動(dòng)和基礎(chǔ)下沉?xí)鹫駝?dòng)。

1.3 聯(lián)軸器的振動(dòng)

聯(lián)軸器磨損、連接不良、兩軸中心線偏差均會(huì)引起振動(dòng)。

1.4 風(fēng)機(jī)殼體的振動(dòng)

風(fēng)機(jī)殼體是由4 mm薄鋼板焊接而成，本身體型較大，運(yùn)行中煙氣流動(dòng)使殼體產(chǎn)生共振。

同時(shí)，水膜除塵器在處理煙氣的過(guò)程中，因水膜的不均勻等原因，煙氣濕度極度不均引起的振動(dòng)。

1.5 葉輪的振動(dòng)

煙氣攜帶的灰塵顆粒粘附在葉輪上引起葉輪不平衡、硬質(zhì)異物進(jìn)入使風(fēng)機(jī)葉輪變形、葉輪鋼板因應(yīng)力引起變形、葉輪磨損、進(jìn)氣導(dǎo)葉損壞進(jìn)氣不均、引風(fēng)量過(guò)大或過(guò)小等原因都會(huì)造成振動(dòng)，所以，葉輪是引起風(fēng)機(jī)振動(dòng)的最重要部位，也是我們討論的重點(diǎn)。

2 振動(dòng)造成的危害

2.1 振動(dòng)對(duì)人的危害

在振動(dòng)環(huán)境下工作的人員，視覺(jué)受到干擾，精力難以集中等原因，可能出現(xiàn)質(zhì)量事故，甚至安全事故。其次，振動(dòng)會(huì)干擾周圍人員的睡眠、休息、讀書(shū)等日常生活，造成身體健康的危害[1]。

2.2 振動(dòng)對(duì)建筑物的危害

振動(dòng)施于建筑物，由于振動(dòng)強(qiáng)度和頻率的不同，將會(huì)使得某些建筑物的建筑結(jié)構(gòu)受到破壞。常見(jiàn)的破壞現(xiàn)象表現(xiàn)為基礎(chǔ)和墻壁龜裂、墻皮剝落、石塊滑動(dòng)、地基變形和下沉等，甚至可使建筑物倒塌。

2.3 振動(dòng)對(duì)精密儀器、設(shè)備的危害

振動(dòng)對(duì)精密儀器、設(shè)備的影響主要表現(xiàn)在以下二個(gè)方面：

（1）振動(dòng)會(huì)影響精密儀器儀表的正常運(yùn)行，影響對(duì)儀器儀表刻度閱讀的準(zhǔn)確性和閱讀速度，甚至根本無(wú)法讀數(shù)。如果振動(dòng)過(guò)大，會(huì)直接影響儀器儀表的使用壽命，甚至受到破壞。

（2）對(duì)某些靈敏的電器，如：靈敏繼電器，振動(dòng)甚至?xí)鹌湔`動(dòng)作，從而可能造成一些重大事故。

2.4 振動(dòng)產(chǎn)生噪聲

振動(dòng)的物體可直接向空間輻射噪聲，這就是空氣聲。振動(dòng)又會(huì)在土壤中傳播，在傳播過(guò)程中，又會(huì)激起建筑物基礎(chǔ)、墻體、梁柱、天花板、門窗、管道的振動(dòng)，這些物體的振動(dòng)會(huì)再次輻射噪聲，這種噪聲叫固體噪聲。顯然，固體噪聲加大了噪聲的危害和影響。

2.5 振動(dòng)引起軸承發(fā)熱、加大電機(jī)電流，引發(fā)電機(jī)故障

2.6 振動(dòng)可以損壞軸承，聯(lián)軸器，基礎(chǔ)底座

3 振動(dòng)的檢測(cè)和分析

3.1 分析方法

時(shí)域波形分析及頻譜分析：振動(dòng)信號(hào)以位移、速度、加速度三個(gè)參量表示，其最簡(jiǎn)單、最直觀的表現(xiàn)形式就是時(shí)域波形。對(duì)于某些故障信號(hào)，其波形具有明顯特征，從中可觀察到周期信號(hào)、諧波信號(hào)、短脈沖信號(hào)，可以直接識(shí)別共振現(xiàn)象及調(diào)制現(xiàn)象，從而對(duì)設(shè)備故障作出初步判斷；將時(shí)域信號(hào)變換成頻域信號(hào)加以分析的方法，稱為頻域分析。頻域分析是基于頻譜分析展開(kāi)的。頻譜分析就是把時(shí)間域的各種動(dòng)態(tài)信號(hào)變換到頻率域進(jìn)行分析，其目的是把復(fù)雜的時(shí)間波形，經(jīng)傅立葉變換分解為若干單一的諧波分量來(lái)研究，以獲得信號(hào)的頻率結(jié)構(gòu)以及各諧波幅值、相位、功率及能量與頻率的關(guān)系。也就是將構(gòu)成信號(hào)的各種頻率成分都分解開(kāi)來(lái)，便于振源的識(shí)別，確定故障部位[2]。

3.2 PMS設(shè)備巡檢系統(tǒng)

我公司采用PMS設(shè)備巡檢系統(tǒng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。PMS即（power production management system）工程生產(chǎn)管理系統(tǒng)，配合HY-106B便攜式巡檢儀，測(cè)量設(shè)備的機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)（加速度、速度、位移）、溫度、轉(zhuǎn)速等狀態(tài)參數(shù)。

3.3 典型故障分析

圖1是我公司35 t引風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)。

圖1 引風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

典型故障：

在運(yùn)行過(guò)程中，引風(fēng)機(jī)1H點(diǎn)（軸承1水平方向）在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備巡視過(guò)程中使用在線檢測(cè)儀（PMS設(shè)備）檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)值明顯加大：中班1.328 mm/s，夜班8.270 mm/s，增大了近6倍。

首先，我們將在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)輸入分析系統(tǒng)進(jìn)行分析。對(duì)1H點(diǎn)水平方向的瀑布圖（見(jiàn)圖2）（即將1H點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)的幅值譜隨轉(zhuǎn)速變化而疊置而成的三維譜圖，顯示振動(dòng)信號(hào)中各諧波成分隨轉(zhuǎn)速變化的情況）進(jìn)行分析：其譜圖結(jié)構(gòu)有了非常明顯的變化，幾條譜線的值明顯地加大了，這意味著該設(shè)備存在著故障隱患。為了確診故障隱患，我們又對(duì)1H點(diǎn)的波形、頻譜（見(jiàn)表1）進(jìn)行分析：電機(jī)轉(zhuǎn)速1 480 r/min，即：電機(jī)轉(zhuǎn)頻=1 480 r/min/60s≈25Hz，從頻譜圖的各頻率分量中我們看到的是25Hz及其倍數(shù)，即基頻分量最大，同時(shí)還存在較大的二到四倍頻的分量，除此之外沒(méi)有其它的頻率分量了，這說(shuō)明不存在軸承、風(fēng)機(jī)葉輪及松動(dòng)等隱患；而該時(shí)域波形圖近似于正弦波的形狀，正弦波是存在不平衡的典型的時(shí)域波形。故而，結(jié)合波形圖和頻譜圖我們推斷這是由于轉(zhuǎn)子失衡而引起的故障隱患。

圖2 1H點(diǎn)的瀑布圖

通過(guò)分析系統(tǒng)的分析得出的綜合報(bào)表，故障時(shí)PMS設(shè)備巡檢系統(tǒng)，引風(fēng)機(jī)1H點(diǎn)故障時(shí)間波形與頻譜綜合報(bào)表及分析見(jiàn)圖3、圖4，表1、表2。

圖3 修理前1H點(diǎn)的時(shí)間波形圖

表1 修理前1H點(diǎn)的時(shí)間波形分析表

圖4 修理前1H點(diǎn)頻譜圖

表2 修理前1H點(diǎn)頻譜圖分析表

我們立即進(jìn)行檢修，將引風(fēng)機(jī)開(kāi)蓋檢查發(fā)現(xiàn)，由于受腐蝕，機(jī)殼上一塊約150 mm×200 mm見(jiàn)方的鋼板掉在葉輪上，并隨葉輪一起旋轉(zhuǎn)，而產(chǎn)生不平衡，促使振動(dòng)值在短短的三天多時(shí)間加大了6倍多。并且，當(dāng)鋼板轉(zhuǎn)到高位時(shí)又掉回到低位，如此循環(huán)地轉(zhuǎn)動(dòng)著。所以出現(xiàn)了波形圖中上下不對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，也是頻譜圖中出現(xiàn)二、四倍頻的原因。故障排除后，振動(dòng)值就恢復(fù)了正常，降為1.695 mm/s（見(jiàn)表4）。由于對(duì)故障隱患的及時(shí)發(fā)現(xiàn)、排除，避免了一次設(shè)備事故的發(fā)生。

修理后 PMS設(shè)備巡檢系統(tǒng)：隱患排除后引風(fēng)機(jī)1H點(diǎn)的時(shí)間波形與頻譜綜合報(bào)表及分析見(jiàn)圖5、圖6，表3、表4。

圖5 修理后1H點(diǎn)的時(shí)間波形圖

表3 修理后1H點(diǎn)的時(shí)間波形分析表

圖6 修理后1H點(diǎn)頻譜圖

我們通過(guò)采用PMS設(shè)備巡檢系統(tǒng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，使用時(shí)域波形分析和頻譜分析手段進(jìn)行故障診斷，兩者結(jié)合起來(lái)進(jìn)行分析，能較準(zhǔn)確地判斷出設(shè)備故障類型及故障部位，這為我廠提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障隱患，減少設(shè)備事故的發(fā)生提供了保障。

表4 修理后1H點(diǎn)頻譜圖分析表

4 結(jié)論和解決辦法

（1）加強(qiáng)設(shè)備潤(rùn)滑管理和設(shè)備日常巡回檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決。

（2）定期清理葉輪積灰，在負(fù)荷最小的晚上對(duì)葉輪進(jìn)行清灰處理，改人力機(jī)械鏟除為高壓水槍清理，快速高效。

（3）改善除塵設(shè)備，通過(guò)調(diào)整水量和修復(fù)石槽泄水面，提高除塵效果，減少煙氣水分含量，減少灰塵含量。

（4）酸性濕煙氣對(duì)導(dǎo)葉的腐蝕性很大，影響了氣流的平穩(wěn)流通，修復(fù)更換導(dǎo)葉葉片，使導(dǎo)葉開(kāi)啟均勻自如氣流順暢，也避免了導(dǎo)葉的脫落。

（5）定期做葉輪的動(dòng)平衡。

（6）加固風(fēng)機(jī)殼體，用5#槽鋼進(jìn)行加固，使其不會(huì)產(chǎn)生震顫。

（7）采用變頻器，減小導(dǎo)葉對(duì)振動(dòng)的影響，消除鍋爐低負(fù)荷時(shí)喘振的產(chǎn)生。

[1] 楊國(guó)安.機(jī)械振動(dòng)基礎(chǔ)[M]. 北京：中國(guó)石化出版社有限公司 ，2012.1.1；10-51.

[2] 韓清凱，于曉光.基于振動(dòng)分析的現(xiàn)代機(jī)械故障診斷原理及應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2010.05.01:238-287.