離心風(fēng)機(jī)故障診斷與降噪技術(shù)研究進(jìn)展

楊鵬(青海鹽湖鎂業(yè)有限公司，青海 格爾木 816099)

0 引言

離心風(fēng)機(jī)是金屬冶煉行業(yè)中重要的流體傳輸設(shè)備，一般對其運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測包括：流量、壓力、振動等，利用這些監(jiān)測指標(biāo)只能簡單得地反饋設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并不能提供設(shè)備故障的診斷信息。因此，探究離心風(fēng)機(jī)故障診斷技術(shù)對迅速定位風(fēng)機(jī)故障部位、提高設(shè)備的運(yùn)行效率具有重要的工程實(shí)際意義。

隨著人們對安全生產(chǎn)理念和職業(yè)健康的深入理解，離心風(fēng)機(jī)機(jī)組產(chǎn)生的氣動性噪聲逐漸受到普遍關(guān)注。當(dāng)前對降噪離心風(fēng)機(jī)的研發(fā)還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，其研發(fā)的周期較長，對設(shè)計人員的經(jīng)驗(yàn)要求較高，并用于工程實(shí)際時受眾多因素影響。離心風(fēng)機(jī)噪聲是流體振動和流體與部件之間的摩擦造成，如何降低離心風(fēng)機(jī)的工作噪聲，改善風(fēng)機(jī)的操作環(huán)境，降低部件之間的摩擦損失需要大量的研究工作。

針對離心風(fēng)機(jī)故障的診斷與降噪的實(shí)際需要，對現(xiàn)有文獻(xiàn)進(jìn)行總結(jié)，綜述了離心風(fēng)機(jī)的故障診斷的技術(shù)、噪音的預(yù)測與控制技術(shù)，為離心風(fēng)機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供參考。

1 離心風(fēng)機(jī)故障診斷

離心風(fēng)機(jī)是金屬冶煉行業(yè)中的基礎(chǔ)設(shè)備，它可以用于一次送風(fēng)和二次冷卻送風(fēng)、煙氣除塵抽風(fēng)、離心壓縮送風(fēng)等，具有風(fēng)機(jī)故障中的共性，如滾動軸承、軸瓦、地腳等部件松動摩擦與剛度不足引起的故障，部件離心引起的轉(zhuǎn)子動不平衡和對中不良的故障。其中，離心風(fēng)機(jī)故障以轉(zhuǎn)子動不平衡振動為主，約占所有故障總數(shù)的40%[1]。而轉(zhuǎn)子動不平衡的原因是金屬材料腐蝕導(dǎo)致的缺陷、轉(zhuǎn)子本身結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造的不合理、安裝誤差導(dǎo)致轉(zhuǎn)子質(zhì)心偏離風(fēng)機(jī)軸承等。

離心風(fēng)機(jī)故障診斷分為三個部分：(1)采用高靈敏度傳感器對風(fēng)機(jī)各參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行采集。許峰[2]就采用壓電式與磁感應(yīng)式等兩種方式耦合的傳感器用于風(fēng)機(jī)參數(shù)的采集，大幅度提高了故障監(jiān)測的靈明度。(2)利用計算機(jī)數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)進(jìn)行編碼與信號提取。潘作為[3,4]等通過小波降噪與時頻分析對軸承摩擦故障響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，采用該分析方法提高了數(shù)據(jù)計算的可靠性。(3)根據(jù)故障特征進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬與計算，定位可能的故障部位。Hurault[5]等研究結(jié)果表明，風(fēng)機(jī)外殼與轉(zhuǎn)子振動會引起轉(zhuǎn)子動不平衡，并采用雷諾應(yīng)力三維模型對轉(zhuǎn)子振動響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，消除噪聲與其他響應(yīng)信號對故障的位置定位的干擾。離心風(fēng)機(jī)故障的迅速解決取決于以上三個步驟的共同作用。例如，史慶余[6]等對低速運(yùn)轉(zhuǎn)下的離心風(fēng)機(jī)出現(xiàn)振動爬升的現(xiàn)象進(jìn)行了研究，并對風(fēng)機(jī)軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)全過程的振動響應(yīng)進(jìn)行了分析。根據(jù)風(fēng)機(jī)軸承振動的變化并結(jié)合時域特征分析，發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)軸承的振動是轉(zhuǎn)子與定子碰撞與摩擦造成。同時調(diào)整密封間隙后，機(jī)組運(yùn)行情況大大改善。袁博[7]針對離心風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程的振動圖譜數(shù)據(jù)，經(jīng)過氣流流量與壓力性能曲線的計算與分析，認(rèn)為氣流激勵會引起機(jī)組異常振動，氣流氣流激勵誘發(fā)振動的故障頻率在0.5～0.8倍頻區(qū)間。周云龍[8]等采用模態(tài)分解(EMD)對聯(lián)軸器振動響應(yīng)進(jìn)行分析，建立自回歸(AR)模型。結(jié)果表明，離心風(fēng)機(jī)軸承不對中的故障頻率以2倍頻為主。

綜上所述，離心風(fēng)機(jī)故障診斷的可靠性取決于數(shù)據(jù)采集方式的可靠性、數(shù)據(jù)算法與模型建立的準(zhǔn)確性，由于離心風(fēng)機(jī)的各參數(shù)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)性、計算的復(fù)雜性，以及如何采用云計算等智慧方法快速定位風(fēng)機(jī)故障部位仍然是研究的熱點(diǎn)。

2 離心風(fēng)機(jī)降噪技術(shù)

離心風(fēng)機(jī)葉輪在輸送流體過程中，會導(dǎo)致流體無規(guī)律的振動產(chǎn)生噪聲。目前對離心風(fēng)機(jī)噪聲的控制主要是通過改變風(fēng)機(jī)的蝸殼結(jié)構(gòu)與進(jìn)口位置避免聲源的產(chǎn)生或者安裝消聲器等方法對聲能進(jìn)行吸收。

2.1 噪聲源預(yù)測

研究者通過對風(fēng)機(jī)噪聲產(chǎn)生機(jī)理的探究，發(fā)現(xiàn)離心風(fēng)機(jī)的噪聲是由偶極子氣動噪聲源振動產(chǎn)生。通過消除風(fēng)機(jī)噪聲源可以從源頭杜絕噪聲的產(chǎn)生，因此如何預(yù)測風(fēng)機(jī)噪聲源研究者們亟待解決的問題。而對離心風(fēng)機(jī)噪聲源的預(yù)測是通過以下途徑進(jìn)行的，首先根據(jù)金屬冶煉行業(yè)實(shí)際工礦，采用fluent 等模擬計算軟件對離心風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場的定常數(shù)值與非定常數(shù)值進(jìn)行計算與建模，并仿真偶極子聲源，對原始風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，驗(yàn)證噪聲源的位置[9]。

2.2 降噪技術(shù)

離心風(fēng)機(jī)降噪技術(shù)主要分為主動降噪與被動降噪，主動降噪是從源頭降低噪聲。劉紹輝[10]等就通過對風(fēng)機(jī)內(nèi)部加裝防渦圈和入口加裝仿真導(dǎo)流板，降低了風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場湍流度，使噪聲升壓分別降低了0.7dB 和2dB。而被動降噪是指在傳播過程中吸收風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲，一般采用吸聲材料的多孔性消除風(fēng)機(jī)噪聲，如采用多孔玻璃纖維吸音板可以使噪聲降低約1dB[10]。也可使兩種降噪方式結(jié)合，如朱志能[11]等結(jié)果表明離心風(fēng)機(jī)的氣動噪聲源來源于蝸殼，在蝸殼內(nèi)壁增加穿孔板和隔音棉等手段能夠有效降低風(fēng)機(jī)的噪聲。王廣夫[12]等采用阻性消聲器與吸聲材料大幅度地降低了理性風(fēng)機(jī)的噪聲污染。閆苗苗等[13]對7種風(fēng)機(jī)降噪方案進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明，隔聲罩的降噪效果優(yōu)于消聲器，隔聲罩與消聲器共同用于風(fēng)機(jī)，噪聲峰值降低到58dB。并且吸聲材料采用雙層結(jié)構(gòu)并且表面加裝阻尼后，降噪效果明顯提高。盡管對金屬冶煉行業(yè)離心風(fēng)機(jī)的主要噪聲源的研究較少，隔聲罩可能影響風(fēng)機(jī)的散熱，采用消聲器和吸聲材料共同控制噪聲不乏為有效降噪手段。

3 結(jié)語

目前，研究者對離心風(fēng)機(jī)故障診斷技術(shù)的探究主要關(guān)注在排除其他響應(yīng)的干擾，提高故障振動響應(yīng)的數(shù)據(jù)模擬與計算可靠性的難點(diǎn)方面。噪聲源預(yù)測過程中，風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場可靠性模型的建立，主動降噪與被動降噪的兼容降噪方式探究仍然需要大量的研究工作。