風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子異常振動(dòng)的判斷

田井新

摘要：風(fēng)機(jī)工廠使用的關(guān)鍵設(shè)備，風(fēng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行尤為重要，而風(fēng)機(jī)有不平衡、軸彎曲、共振、不對(duì)中、松動(dòng)等等故障，我們要用不同的檢測(cè)手段和方法進(jìn)行區(qū)分，進(jìn)而快速的判斷出故障的類型。

關(guān)鍵詞：風(fēng)機(jī)；不平衡；共振；軸彎曲

前言

風(fēng)機(jī)是工廠排風(fēng)、通風(fēng)，提高流體能量所必須的設(shè)備，因此風(fēng)機(jī)工作的穩(wěn)定就顯得尤為重要。引起風(fēng)機(jī)振動(dòng)的因素有很多，其中不平衡為最常見誘因，據(jù)統(tǒng)計(jì)使用過程中質(zhì)量不平衡引起的機(jī)械振動(dòng)增大占70% 。所以現(xiàn)場(chǎng)多數(shù)情況下對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行在線動(dòng)平衡處理，但是有些情況下動(dòng)平衡處理并不能解決問題，因?yàn)檩S的熱彎曲、共振、轉(zhuǎn)子裂紋等故障特征與不平衡特征相似。這些故障容易讓測(cè)試人員誤認(rèn)為轉(zhuǎn)子不平衡，從而導(dǎo)致設(shè)備故障不能有效地解決。所以我們要對(duì)這些故障加以區(qū)分，找出其中的不同，有針對(duì)性的解決風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)租異常振動(dòng)的故障問題。

1.風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡的判定及處理

1.1不平衡的判定

1.1.1風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡主要表現(xiàn)為時(shí)域波形近似正弦波，主要振動(dòng)頻率為轉(zhuǎn)頻，軸心軌跡呈橢圓，水平徑向和垂直徑向方向相位相差180°，檢測(cè)時(shí)振動(dòng)幅值比較穩(wěn)定。軸心軌跡和相位的判斷需要雙通道儀器及轉(zhuǎn)速傳感器才能進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)測(cè)試判斷不夠便捷。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際故障診斷時(shí)主要是依靠振動(dòng)頻率和時(shí)域波形進(jìn)行判斷，這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)采集方式簡(jiǎn)單，故障分析較快捷。多數(shù)情況下可以通過這兩種方法判定為風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡。

1.1.2以三燒主抽風(fēng)機(jī)為例，電機(jī)功率5200KW，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1000rpm，葉片數(shù)13，轉(zhuǎn)頻為1000rpm/60，及16.67Hz。

1.2風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子存在不平衡，可以拆除轉(zhuǎn)子做離線平衡，也可以利用檢修時(shí)間進(jìn)行在線平衡。離線平衡需要拆除風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子，托運(yùn)到指定位置，做完平衡后在進(jìn)行安裝，時(shí)間較長。轉(zhuǎn)子運(yùn)輸過程中不能存在磕碰現(xiàn)象，并且離線平衡轉(zhuǎn)速一般低于工作時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。在線平衡不用拆裝、托運(yùn)轉(zhuǎn)子，時(shí)間較短，并且是在轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速下進(jìn)行動(dòng)平衡處理，更符合現(xiàn)場(chǎng)工作狀況，平衡效果更好。

2.風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸彎曲產(chǎn)生原因及實(shí)例

2.1風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸彎曲產(chǎn)生原因

軸彎曲可以產(chǎn)生很大的振動(dòng)，軸彎曲不能用動(dòng)平衡來減小振動(dòng)。軸彎曲一是永久性彎曲，一是熱彈性彎曲。永久性彎曲的軸不能消除軸的彎曲帶來的影響，熱彈性彎曲的軸是軸在旋轉(zhuǎn)過程中由于摩擦等外部原因?qū)е螺S的受熱不均勻，產(chǎn)生軸的彎曲，當(dāng)外部熱量消除后軸會(huì)恢復(fù)正常。這樣的軸彎曲是可以避免的。軸彎曲時(shí)主要振動(dòng)頻率為轉(zhuǎn)頻，同一轉(zhuǎn)子軸兩端如果軸的彎曲越大，相位越接近180°，但是在轉(zhuǎn)子啟動(dòng)過程中由于摩擦等其它原因引起的發(fā)熱，熱量不斷的增加傳遞給軸，軸逐漸的熱彎曲，這個(gè)過程中，測(cè)得振動(dòng)幅值會(huì)隨著時(shí)間的增加而增大，當(dāng)摩擦產(chǎn)生的熱量不在增大時(shí)，振動(dòng)趨于穩(wěn)定，但波動(dòng)較大，并且振動(dòng)相位值波動(dòng)較大。

2.2風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸彎曲產(chǎn)生實(shí)例

三燒主抽風(fēng)機(jī)在一次大修中更換密封圈后振動(dòng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)振動(dòng)幅值較高，波動(dòng)較大，最大達(dá)15.6mm/s，主要振動(dòng)頻率為轉(zhuǎn)頻，時(shí)域波形有削波現(xiàn)象，削波的產(chǎn)生說明有摩擦現(xiàn)象存在。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行動(dòng)平衡處理，發(fā)現(xiàn)在動(dòng)平衡過程中加試塊不能降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)。對(duì)其進(jìn)行相位測(cè)試發(fā)現(xiàn)軸兩端軸承的軸向相位一個(gè)為51.5°，一個(gè)為198.1°，相差146.6°，紅外測(cè)試發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器測(cè)轉(zhuǎn)子軸承處有明顯的亮痕，說明存在異常摩擦發(fā)熱，開蓋檢查發(fā)現(xiàn)軸的密封處有明顯的摩擦亮痕，是由于密封環(huán)材質(zhì)和安裝原因?qū)е屡c軸異常摩擦產(chǎn)生的，異常摩擦產(chǎn)生熱量使軸發(fā)生的熱彎曲，這是導(dǎo)致異常振動(dòng)的原因。

3.共振產(chǎn)生原因及判斷共振的必要性

3.1共振產(chǎn)生原因

共振是指以物理系統(tǒng)在特定的頻率下，比其它頻率以更大的振副做振動(dòng)的情形，這些特定的頻率就是共振頻率。共振頻率與固有頻率分不開，當(dāng)外加的振動(dòng)頻率等于風(fēng)機(jī)系統(tǒng)或轉(zhuǎn)子的固有頻率時(shí)就能夠激發(fā)共振，即使很小的振動(dòng)周期，也會(huì)變成很大的振動(dòng)。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子在其設(shè)計(jì)時(shí)考慮到固有頻率發(fā)生共振的問題，所以轉(zhuǎn)子的固有頻率往往高于風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)頻。

3.2共振判斷的必要性

3.2.1現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)測(cè)試時(shí)會(huì)碰到一些轉(zhuǎn)子從啟動(dòng)到工作轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)有一段時(shí)間振動(dòng)幅值增加很快、很大，之后振動(dòng)值降低，特別是轉(zhuǎn)子的固有頻率接近工作轉(zhuǎn)速頻率時(shí)，會(huì)給風(fēng)機(jī)造成大的振動(dòng)此時(shí)的振動(dòng)特征型號(hào)與轉(zhuǎn)子的不平衡特征一樣，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡的處理造成干擾。因此對(duì)轉(zhuǎn)子的固有頻率測(cè)試，判斷其實(shí)是否為共振是很必要的。

3.2.2三煉鋼蒸汽風(fēng)機(jī)為例，對(duì)其進(jìn)行固有頻率測(cè)試。該風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速600rpm，轉(zhuǎn)子葉片數(shù)12，轉(zhuǎn)頻為10Hz，對(duì)其用專用力錘進(jìn)行敲擊，再對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集到的時(shí)域波形（圖1）和頻譜圖（圖2）。

圖1 固有頻率測(cè)試時(shí)域波形圖 圖2 固有頻率測(cè)試頻譜圖

從圖2可以看出該風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的一階固有頻率為13.75Hz，二階固有頻率為95.6Hz。轉(zhuǎn)子發(fā)生共振的最低頻率為13.75 Hz，即825rpm，大于其工作轉(zhuǎn)速600rpm，符合設(shè)計(jì)要求。同時(shí)共振還可以通過在線數(shù)據(jù)來進(jìn)行查看，關(guān)注啟停機(jī)過程中是否存在瞬間增大的幅值，并伴隨著轉(zhuǎn)速的變化而降低。

風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)裂紋時(shí)，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的固有頻率降低，可能會(huì)降到轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速會(huì)是低于工作轉(zhuǎn)速，形成共振，影響風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子正常運(yùn)行，所以要定期對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行檢查，避免裂紋的產(chǎn)生。

4.結(jié)束語

風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡是風(fēng)機(jī)的主要故障，通過在線動(dòng)平衡可以在不影響生產(chǎn)的情況下快速的解決，但是軸彎曲、共振、轉(zhuǎn)子裂紋等由于與不平衡故障特征相似，因此判斷容易混淆，所以對(duì)單臺(tái)設(shè)備而言，要了解設(shè)備的特性，如轉(zhuǎn)子固有頻率是否高于轉(zhuǎn)頻，轉(zhuǎn)子是否存在裂紋等問題。。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的一場(chǎng)振動(dòng)判斷要結(jié)合，相位、紅外、頻譜圖、啟停機(jī)分析來進(jìn)行，這樣才能有效地區(qū)分故障原因。

參考文獻(xiàn)：

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