引風(fēng)機振動(dòng)故障的診斷與分析
利用正向推理，在可能引起引風(fēng)機振動(dòng)故障的全部原因中，采取逐個(gè)排除的方法，找出引風(fēng)機軸向振動(dòng)故障所在，分析了振動(dòng)的機理，并從相位出發(fā)，就如何對此類(lèi)故障進(jìn)行診斷與分析進(jìn)行了討論。
一、概述
引風(fēng)機是電廠(chǎng)三大風(fēng)機之一，引風(fēng)機運行中出現的各種問(wèn)題，造成機組降低負荷，甚至被迫停機的現象時(shí)有發(fā)生，直接影響電廠(chǎng)的安全生產(chǎn)。引風(fēng)機運行中的故障特征有振動(dòng)、溫度、噪聲、潤滑油中的磨粒和形態(tài)、扭矩、扭振等，每個(gè)特征都從各自不同的角度反映運行的狀態(tài)，但由于現場(chǎng)條件和測試手段所限，有些特征的提取和分析不易實(shí)現，有些特征反映的情況不敏感。相對而言，引風(fēng)機的振動(dòng)信號中含有設備運行工況的豐富信息，這些信息在振動(dòng)的相位和譜圖中有所體現，從而可以推斷出振動(dòng)的原因。
Y4－2×60－IINo28.5F引風(fēng)機為雙吸、雙支撐、齒式聯(lián)軸器傳動(dòng)，其作用是將爐膛中產(chǎn)生的煙氣排入大氣中，其構成簡(jiǎn)圖及測點(diǎn)布置如圖1所示。該引風(fēng)機主要技術(shù)參數：轉子質(zhì)量4810kg，葉輪直徑2850mm，轉速740r/min，風(fēng)量749186m3/h，介質(zhì)溫度145℃，介質(zhì)密度：0.89kg/m3時(shí)；電機型號Y800－2－8，功率1400KW。
該引風(fēng)機于2002年7月份按計劃進(jìn)行檢修，由于自由端軸頸變細，在檢修期間利用可賽新技術(shù)實(shí)施了修復，并更換了自由端軸承及軸承座，在7月19日試運時(shí)，振動(dòng)嚴重超標，其振值和振動(dòng)譜圖分別如表1和圖2所示。
二、振動(dòng)分析
1．振動(dòng)特征
(1)測點(diǎn)1、測點(diǎn)2在水平、垂直、軸向三個(gè)方向的振動(dòng)均在30μm以下；
(2)測點(diǎn)3、測點(diǎn)4在水平、垂直兩個(gè)方向的振動(dòng)均不足30μm，但軸向振動(dòng)嚴重超標，最大振動(dòng)為測點(diǎn)4，高達204μm；
(3)振動(dòng)數據再現性差，往往不同時(shí)間測到的同一工況的振動(dòng)也有明顯差別；
(4)振動(dòng)不斷波動(dòng)，瞬間的變化范圍可達幾十微米；
(5)該引風(fēng)機在檢修以前，水平、垂直方向的振動(dòng)很小，軸向振動(dòng)偏大 (134μm)，但振值穩定，長(cháng)時(shí)間變化不大。
2．引風(fēng)機振動(dòng)的類(lèi)型
從振動(dòng)診斷的角度來(lái)看，①引風(fēng)機是一種旋轉機械因而有不平衡、不對中之類(lèi)的故障，②引風(fēng)機是一種流體機械，有旋轉失速、喘振的可能性存在，③引風(fēng)機受工作環(huán)境的影響，經(jīng)常造成葉片的磨損，介質(zhì)還可能粘附在轉子上形成隨機性變化的不平衡，④引風(fēng)機由電機驅動(dòng)，可能存在電磁振動(dòng)。為此，引風(fēng)機的振動(dòng)可歸結為8種類(lèi)型，見(jiàn)表2。
三、引風(fēng)機的振動(dòng)分析與故障診斷
對引風(fēng)機的故障診斷，采用正向推理的方法〔1〕，即在能夠引起引風(fēng)機振動(dòng)故障的全部原因中與引風(fēng)機實(shí)際存在的振動(dòng)特征、故障歷史，進(jìn)行搜索、比較、分析，采取逐個(gè)排除的方法，剩下不能排除的故障即為診斷結果。
1．軸承座動(dòng)剛度的檢測與分析
影響軸承座動(dòng)剛度的因素有連接剛度、共振和結構剛度。通過(guò)檢測認為動(dòng)態(tài)下連接部件之間的緊密程度良好、基礎牢固；引風(fēng)機的轉速為740r/min，遠遠低于共振轉速；引風(fēng)機為運行多年的老設備，結構剛度不存在什么問(wèn)題。因此，引風(fēng)機軸承座動(dòng)剛度沒(méi)問(wèn)題，可以排除風(fēng)機轉速接近臨界轉速和基礎不牢的故障。
2．氣流激振試驗
利用調閥門(mén)開(kāi)度對引風(fēng)機進(jìn)行氣流激振試驗，在閥門(mén)開(kāi)度0%、25%、50%、75%和100%的工況下，對各軸承的水平、垂直、軸向振動(dòng)進(jìn)行測試，目的是判別引風(fēng)機是否是由喘振引起的，但測量結果表明引風(fēng)機振動(dòng)與閥門(mén)的開(kāi)度大小無(wú)關(guān)；喘振引起的振動(dòng)是高頻，振動(dòng)方向為徑向，從頻譜上也未發(fā)現高頻振動(dòng)，且引風(fēng)機的振動(dòng)主要表現在軸向。因此，引風(fēng)機的振動(dòng)不是由于喘振引起的。
3．電機的啟停試驗
將簡(jiǎn)易測振表的傳感器置于電機地腳上，若在啟動(dòng)電機的瞬間，測振表的數值即刻上升到最大值；或在電機斷電后，數值迅速下降到零，則屬于電磁振動(dòng)。通過(guò)測試，振動(dòng)隨轉速的升高而逐漸增大，隨轉速的降低而逐漸下降。因此，引風(fēng)機的振動(dòng)不屬于電磁振動(dòng)。
4．不平衡振動(dòng)
該引風(fēng)機不平衡振動(dòng)最明顯的特征，一是徑向振動(dòng)大，二是諧波能量集中于基頻(12.33Hz)，而該引風(fēng)機的徑向振動(dòng)均在30μm以下；在圖2所示的徑向頻譜中，基頻振動(dòng)最大只有3.35mm/s。因此，引風(fēng)機的振動(dòng)并非由不平衡引起。
5．不對中故障
由不對中引起的振動(dòng)，主要有三個(gè)特點(diǎn)，一是表現在軸向振動(dòng)較大，二是靠近聯(lián)軸器的軸承振動(dòng)增大，三是不對中故障的特征頻率為2倍頻，常伴有3倍頻。
該引風(fēng)機振動(dòng)最明顯的特征是軸向振動(dòng)較大，由表1可知，靠近聯(lián)軸器的軸承軸向振動(dòng)為178μm，自由端軸承軸向振動(dòng)為204μm；由圖2b、d可知，軸向振動(dòng)的頻譜中除基頻外，有明顯的2倍頻和3倍頻，且2倍頻的幅值高達基頻的44%，盡管檢修人員一再強調對中沒(méi)有問(wèn)題，但是，如果聯(lián)軸器本身有問(wèn)題，檢修水平再高也無(wú)法排除不對中故障。這也與前面所述的振動(dòng)特征(5)相吻合。
6．部件松動(dòng)或配合不良
由圖2a、c可知，在測點(diǎn)3的水平方向，3倍頻的分量占基頻的37%；而測點(diǎn)4的水平方向，3倍頻的分量達到60%，且存在4、5倍頻的高次諧波。據資料介紹頻譜中出現3倍頻是由于軸與部件存在過(guò)盈不足，顯然，自由端軸承與軸配合不良，但也不能排除自由端軸承的松動(dòng)故障。
7．軸承故障
進(jìn)一步分析譜圖，未發(fā)現軸承的故障頻率〔2〕〔3〕，說(shuō)明軸承本身沒(méi)問(wèn)題。
綜上所述，引起引風(fēng)機軸向振動(dòng)故障的原因有兩個(gè)，一是自由端軸承與軸配合不良或者軸承松動(dòng)，二是聯(lián)軸器本身的故障。其中軸承與軸配合不良是振動(dòng)的根本原因，聯(lián)軸器本身的故障屬于次要原因，但它對軸承與軸配合不良產(chǎn)生的振動(dòng)起到了加劇作用。在7月20日至22日的搶修期間，經(jīng)檢查發(fā)現，自由端軸承扭振，聯(lián)軸器部分齒面有凹坑和麻點(diǎn)。
所謂軸承扭振是軸在旋轉狀態(tài)下，軸承對軸的承力中心點(diǎn)將隨轉速周期性地沿軸向變化。圖3a表示轉子在某一位置時(shí)，軸承承力中心點(diǎn)偏于A(yíng)側；圖3c表示轉子轉過(guò)180°后，軸承承力中心點(diǎn)偏于B側。若軸承座和基礎沒(méi)有彈性，則軸承承力中心點(diǎn)的變化始終在軸承座底邊AB范圍內，它不會(huì )引起軸承座的軸向振動(dòng)。實(shí)際上，軸承座和基礎組成的支承系統具有一定的彈性，在軸承承力中心點(diǎn)周期性變化的作用下，軸承座將沿某一底邊發(fā)生周期性的軸向振動(dòng)，且振值忽大忽小，極不穩定。即使軸承座固定螺栓很緊，這種現象也難以避免。
振動(dòng)的三個(gè)要素是幅值、頻率和相位，因此，該引風(fēng)機軸承扭振和不對中的故障也可以從相位的變化來(lái)判斷〔4〕〔5〕。
對于引風(fēng)機自由端軸承來(lái)講，可以對比圖4所示四個(gè)測點(diǎn)的相位來(lái)識別軸向振動(dòng)的故障源，如果四個(gè)測點(diǎn)的相位明顯不同，說(shuō)明軸承有扭振，是由于軸承在軸上或者在軸承座中翹起造成的。聯(lián)軸器兩側(圖1中測點(diǎn)2、3)徑向振動(dòng)的相位差如果基本上為180°，說(shuō)明齒式聯(lián)軸器屬于平行不對中；兩側軸向振動(dòng)相位差如果接近180°，說(shuō)明齒式聯(lián)軸器屬于角度不對中〔6〕。但是，遺憾的是當時(shí)沒(méi)有意識到這一點(diǎn)，只注重振動(dòng)的幅頻特性，否則，利用幅、頻、相進(jìn)行綜合診斷，會(huì )大大增強診斷的信心，提高診斷的準確性。
該引風(fēng)機更換了自由端軸承和齒式聯(lián)軸器后，振動(dòng)值正常(表1)，頻譜見(jiàn)圖5。運行狀況一直很好。
參考文獻
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