引風(fēng)機(jī)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(jī)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(jī)軸向振動(dòng)故障所在，分析了振動(dòng)的機(jī)理，并從相位出發(fā)，就如何對此類故障進(jìn)行診斷與分析進(jìn)行了討論。
一、概述
引風(fēng)機(jī)是電廠三大風(fēng)機(jī)之一，引風(fēng)機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)的各種問題，造成機(jī)組降低負(fù)荷，甚至被迫停機(jī)的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，直接影響電廠的安全生產(chǎn)。引風(fēng)機(jī)運(yùn)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(yùn)行的狀態(tài)，但由于現(xiàn)場條件和測試手段所限，有些特征的提取和分析不易實(shí)現(xiàn)，有些特征反映的情況不敏感。相對而言，引風(fēng)機(jī)的振動(dòng)信號中含有設(shè)備運(yùn)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(xiàn)，從而可以推斷出振動(dòng)的原因。
Y4－2×60－IINo28.5F引風(fēng)機(jī)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(gòu)成簡圖及測點(diǎn)布置如圖1所示。該引風(fēng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)：轉(zhuǎn)子質(zhì)量4810kg，葉輪直徑2850mm，轉(zhuǎn)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(jī)型號Y800－2－8，功率1400KW。
該引風(fēng)機(jī)于2002年7月份按計(jì)劃進(jìn)行檢修，由于自由端軸頸變細(xì)，在檢修期間利用可賽新技術(shù)實(shí)施了修復(fù)，并更換了自由端軸承及軸承座，在7月19日試運(yùn)時(shí)，振動(dòng)嚴(yán)重超標(biāo)，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(yán)重超標(biāo)，最大振動(dòng)為測點(diǎn)4，高達(dá)204μm；
(3)振動(dòng)數(shù)據(jù)再現(xiàn)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(dá)幾十微米；
(5)該引風(fēng)機(jī)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(wěn)定，長時(shí)間變化不大。
2．引風(fēng)機(jī)振動(dòng)的類型
從振動(dòng)診斷的角度來看，①引風(fēng)機(jī)是一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械因而有不平衡、不對中之類的故障，②引風(fēng)機(jī)是一種流體機(jī)械，有旋轉(zhuǎn)失速、喘振的可能性存在，③引風(fēng)機(jī)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(zhuǎn)子上形成隨機(jī)性變化的不平衡，④引風(fēng)機(jī)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可能存在電磁振動(dòng)。為此，引風(fēng)機(jī)的振動(dòng)可歸結(jié)為8種類型，見表2。
三、引風(fēng)機(jī)的振動(dòng)分析與故障診斷
對引風(fēng)機(jī)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(jī)振動(dòng)故障的全部原因中與引風(fēng)機(jī)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(jié)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(jié)構(gòu)剛度。通過檢測認(rèn)為動(dòng)態(tài)下連接部件之間的緊密程度良好、基礎(chǔ)牢固；引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為740r/min，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于共振轉(zhuǎn)速；引風(fēng)機(jī)為運(yùn)行多年的老設(shè)備，結(jié)構(gòu)剛度不存在什么問題。因此，引風(fēng)機(jī)軸承座動(dòng)剛度沒問題，可以排除風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近臨界轉(zhuǎn)速和基礎(chǔ)不牢的故障。
2．氣流激振試驗(yàn)
利用調(diào)閥門開度對引風(fēng)機(jī)進(jìn)行氣流激振試驗(yàn)，在閥門開度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(jī)是否是由喘振引起的，但測量結(jié)果表明引風(fēng)機(jī)振動(dòng)與閥門的開度大小無關(guān)；喘振引起的振動(dòng)是高頻，振動(dòng)方向?yàn)閺较颍瑥念l譜上也未發(fā)現(xiàn)高頻振動(dòng)，且引風(fēng)機(jī)的振動(dòng)主要表現(xiàn)在軸向。因此，引風(fēng)機(jī)的振動(dòng)不是由于喘振引起的。
3．電機(jī)的啟停試驗(yàn)
將簡易測振表的傳感器置于電機(jī)地腳上，若在啟動(dòng)電機(jī)的瞬間，測振表的數(shù)值即刻上升到最大值；或在電機(jī)斷電后，數(shù)值迅速下降到零，則屬于電磁振動(dòng)。通過測試，振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速的升高而逐漸增大，隨轉(zhuǎn)速的降低而逐漸下降。因此，引風(fēng)機(jī)的振動(dòng)不屬于電磁振動(dòng)。
4．不平衡振動(dòng)
該引風(fēng)機(jī)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(jī)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(jī)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(xiàn)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(jī)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(dá)基頻的44%，盡管檢修人員一再強(qiáng)調(diào)對中沒有問題，但是，如果聯(lián)軸器本身有問題，檢修水平再高也無法排除不對中故障。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(dá)到60%，且存在4、5倍頻的高次諧波。據(jù)資料介紹頻譜中出現(xiàn)3倍頻是由于軸與部件存在過盈不足，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(xiàn)軸承的故障頻率〔2〕〔3〕，說明軸承本身沒問題。
綜上所述，引起引風(fēng)機(jī)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(xiàn)，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(zhuǎn)狀態(tài)下，軸承對軸的承力中心點(diǎn)將隨轉(zhuǎn)速周期性地沿軸向變化。圖3a表示轉(zhuǎn)子在某一位置時(shí)，軸承承力中心點(diǎn)偏于A側(cè)；圖3c表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過180°后，軸承承力中心點(diǎn)偏于B側(cè)。若軸承座和基礎(chǔ)沒有彈性，則軸承承力中心點(diǎn)的變化始終在軸承座底邊AB范圍內(nèi)，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(chǔ)組成的支承系統(tǒng)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(wěn)定。即使軸承座固定螺栓很緊，這種現(xiàn)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(jī)軸承扭振和不對中的故障也可以從相位的變化來判斷〔4〕〔5〕。
對于引風(fēng)機(jī)自由端軸承來講，可以對比圖4所示四個(gè)測點(diǎn)的相位來識(shí)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(cè)(圖1中測點(diǎn)2、3)徑向振動(dòng)的相位差如果基本上為180°，說明齒式聯(lián)軸器屬于平行不對中；兩側(cè)軸向振動(dòng)相位差如果接近180°，說明齒式聯(lián)軸器屬于角度不對中〔6〕。但是，遺憾的是當(dāng)時(shí)沒有意識(shí)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(qiáng)診斷的信心，提高診斷的準(zhǔn)確性。
該引風(fēng)機(jī)更換了自由端軸承和齒式聯(lián)軸器后，振動(dòng)值正常(表1)，頻譜見圖5。運(yùn)行狀況一直很好。
參考文獻(xiàn)
1 施維新．汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)及事故．中國電力出版社
2 [日]豐田利夫．設(shè)備現(xiàn)場診斷的開展方法．機(jī)械工業(yè)出版社
3 韓捷，張瑞林．旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障機(jī)理及診斷技術(shù)．機(jī)械工業(yè)出版社
4 張正松，傅尚新，馮冠平，徐玉錚．旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)監(jiān)測及故障．機(jī)械工業(yè)出版社
5 沈慶根．化工機(jī)器故障振動(dòng)技術(shù)．浙江大學(xué)出版社
6 夏松波等．旋轉(zhuǎn)機(jī)械不對中故障研究綜述．振動(dòng)、測試與診斷
加入我們
