0、引言
    高速離心式風(fēng)機(jī)是冶金、化工等行業(yè)的大型關(guān)鍵設(shè)備，其故障往往會(huì)造成較大的減產(chǎn)或停產(chǎn)損失，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)�造成重大設(shè)備事故。然而，產(chǎn)生離心式風(fēng)機(jī)異常振動(dòng)或響聲的原因一般是比較復(fù)雜的，特別是一些振動(dòng)現(xiàn)象極為相似的亞同步振動(dòng)，如果沒有有效的分析工具和手段，或者僅僅依靠一般的運(yùn)行、維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，有時(shí)很難準(zhǔn)確地診斷其故障產(chǎn)生的原因。本文結(jié)合我單位硫酸廠的D325二氧化硫轉(zhuǎn)化風(fēng)機(jī)，應(yīng)用西安交通大學(xué)機(jī)械監(jiān)測(cè)與診斷研究所研制的“大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷系統(tǒng)”，對(duì)其進(jìn)行長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)和敵障診斷，積累了一定的診斷依據(jù)，取得了較好的效果。
1、D325離心風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)
    我單位硫酸廠主要擔(dān)負(fù)著礦石除硫、脫硫后，利用SO2氣體來(lái)生產(chǎn)自用城外銷工業(yè)硫酸的任務(wù)．D325離心風(fēng)機(jī)的工作介質(zhì)為有一定溫度的二氧化硫氣體，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。該機(jī)采用削分式橢圓軸承，其它有關(guān)參數(shù)如下：
    電機(jī)轉(zhuǎn)速：    n=2961rpm轉(zhuǎn)頻f=48. 3Hz  采用彈性罔柱銷連軸節(jié)
    增速箱低速軸：    n=oa61rpm轉(zhuǎn)頻f=48. 3Hz
    增速箱高速軸：    n=7525rpm轉(zhuǎn)頻f=125. 4Hz
    增速箱大齒輪齒數(shù)：Z1=194
    增速箱小齒輪齒數(shù)：Z1=76
    圖中，1#、4#為端面止攤軸承，由于振動(dòng)通常表現(xiàn)在-I輪端，而低速軸運(yùn)行較好，故測(cè)試時(shí)將傳感器裝于4#軸承處。安裝的傳感器有兩種：電渦流位移傳感器和加速度傳感器。電渦流位移傳感器測(cè)量軸頸的相對(duì)振動(dòng)，加速度傳感器經(jīng)前端測(cè)試儀器的硬件積分后，輸出速度信號(hào)進(jìn)行采樣，測(cè)量軸承蓋的絕對(duì)振動(dòng)。
2  、D325離心風(fēng)機(jī)的振動(dòng)分析
    該機(jī)曾先后于1996年12月6日、1997年1月8日. 1997年7月15日發(fā)生間歇性振動(dòng)，同時(shí)伴有較大的吼聲，其間隔時(shí)間不等，但均有間隔時(shí)間逐漸拉長(zhǎng)直至最后消失的特征。另外，三次故障均發(fā)生在剛剛開機(jī)后的幾個(gè)小時(shí)內(nèi)。下面將分別對(duì)其進(jìn)行分析：
    (1)、第一次1996年12月6日，開機(jī)時(shí)出現(xiàn)間歇性振動(dòng)及吼聲。測(cè)得4#瓦水平方向的振動(dòng)值為Vrms=3. 8mm/s，垂直方向?yàn)閂rms=7, 8mm/s，出現(xiàn)吼聲時(shí)的撮值突然增大，引起振動(dòng)值嚴(yán)重超標(biāo)。3#瓦振動(dòng)值也較高，軸向振動(dòng)為Vrms=6. 2mm/s，亦屬異常。其中4#瓦水平方向的速度頻譜圖（如圖2所示）中，有以下較明顯的特征：含IX及各階高次諧波(呈衰減趨勢(shì))。較明顯的0. 39X頻率成份。垂直方向譜圖較簡(jiǎn)單（僅有IX成份），水平方向的時(shí)頻分布圖(圖3)上t 1X為基本穩(wěn)定的譜峰，0.39X則幅值不穩(wěn)定。3#瓦垂直方向譜圖（圖4）上，1X、2X、3X及高次諧波較明顯。
    (2)、第二次1997年1月8日，開機(jī)時(shí)出現(xiàn)同樣的異�，F(xiàn)象。測(cè)得4#瓦水平方向的振動(dòng)值為Vrms=3. Omm/s，垂直方向?yàn)閂rms=4. Omm/s，出現(xiàn)吼聲時(shí)振動(dòng)同樣也是增大，并嚴(yán)重超標(biāo)。4#瓦水平方向速度頻譜圖中仍以1X、2X、0.39X、0.79X及高次諧波組成。圖5為沒有吼聲時(shí)的水平方向譜圖，圖6為振動(dòng)吼聲增大時(shí)的水平方向譜圖（注：由于幅值過(guò)大，采樣時(shí)改變了信號(hào)增益，將其縮�。�，一經(jīng)比較，問(wèn)題顯然出在0. 39X、0.79X上，與上次不同的是多了一個(gè)0. 79X的頻率成份。圖7、圈8為沒有吼聲和振動(dòng)吼聲增大時(shí)水平方向的時(shí)頻分布圖，工頻上都出現(xiàn)約為0. 2X的調(diào)幅波，它顯然與0.79X的頻率成份有關(guān)，圖9、圖10為進(jìn)風(fēng)管的譜圖和頻分布圖，除1X、2X之外，明顯地存在0.39X及0.79X成份，而且時(shí)頻分布圖上表現(xiàn)為極不穩(wěn)定。很顯然，0. 39X及0.79X是主要振源之一。
    (3)第三次1997年7月15日t開機(jī)后很短的時(shí)間內(nèi)，伴隨一陣吼聲，從風(fēng)機(jī)的后氣封處冒出一股煙，隨即又出現(xiàn)間歇性的吼聲，振動(dòng)同時(shí)增大。大約持續(xù)了30分鐘后，機(jī)組恢復(fù)正常運(yùn)行。然而，經(jīng)過(guò)分析位移信號(hào)的譜圖上只有工頻成份，時(shí)域波形也非常簡(jiǎn)單。圖1 1、圖12為故障時(shí)的全息譜圖，圖上僅有偏心率較小、較扁的工頻橢圓，橢圓長(zhǎng)軸的方向表明轉(zhuǎn)子基本上受與垂直方向大約成304角的力的作用。除此之外，還有較小的3X成份存在。很顯然地，不可能是失衡類的故障。再看時(shí)域波形，圖13為故障時(shí)Y方向的時(shí)域波形，有削波現(xiàn)象（截頭余弦），圖14為正常時(shí)Y方向的時(shí)域波形，為比較標(biāo)準(zhǔn)的余弦（正弦）波。圖l6為正常時(shí)X方向的時(shí)域波形t圖15為故障時(shí)X方向的時(shí)域波形�？梢钥闯觯�故障時(shí)x方向的振動(dòng)很不穩(wěn)定，屬非穩(wěn)定性故障。然后再看看故障時(shí)的軸心軌跡（圖17），原始軸心軌跡的
上下兩端明顯存在著削波現(xiàn)象，濾出小于1X成份的信號(hào)，其軸心軌跡為水平方向晃動(dòng)的線團(tuán)，而正常運(yùn)行時(shí)的軸心軌跡如圖18所示。圖19為故障時(shí)Y方向的時(shí)頻分布圖，存在著較小的調(diào)幅( f=17. 8Hz)現(xiàn)象，估計(jì)為軸心晃動(dòng)的頻率。至于速度信號(hào)，圖20為4#瓦水平方向的速度譜圖，除1X外，明顯存在0.39X、3X成份，與第一次第二次測(cè)試的結(jié)果極為相似。
3 、 D325離心風(fēng)機(jī)的故障診斷
    第一次和第二次發(fā)生故障的情況較為相似．高次諧波說(shuō)明可能有摩擦類或松動(dòng)類的故降，垂直方向振動(dòng)較大，估計(jì)為軸瓦上蓋螺絲緊度不足。后來(lái)的檢修發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的前后氣封都有磨痕的存在。0. 39X則可能是流體激勵(lì)或管道激勵(lì)等自激振動(dòng)，該振動(dòng)還導(dǎo)致葉輪旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)，進(jìn)而引起高速軸運(yùn)行的不穩(wěn)定，造成不對(duì)中的故障（圖3、圖4、圖5、圖6、圖9中較明顯的2X成份）。至于第二次測(cè)試時(shí)出現(xiàn)的不穩(wěn)定的0. 79X成份，可能是屬于旋轉(zhuǎn)脫離。開機(jī)后可能由于工藝、管道、閥門等引起二氧化硫氣體進(jìn)氣的不穩(wěn)定性（流最、密度^）．鞋產(chǎn)生這些自激振動(dòng)的主要原因（特別是該機(jī)的進(jìn)氣閥門為一蝶閥，進(jìn)氣孔前面是一段錐管）。具體表現(xiàn)為振動(dòng)的非平穩(wěn)性；從風(fēng)機(jī)機(jī)殼內(nèi)傳出間歇性的吼聲，伴之以較大的振動(dòng)；振動(dòng)、吼聲增大時(shí)，電流表上的負(fù)荷電同時(shí)增大。增迭箱中齒輪嚙合的聲音忽大忽小，且很不穩(wěn)定，說(shuō)明齒輪嚙合狀況欠佳，可能是引起2X成份的根源之一。通過(guò)調(diào)整進(jìn)氣蝶閩及改j機(jī)組的工況后，振動(dòng)及吼聲消失，收緊軸瓦螺絲，垂直方向振動(dòng)降了下來(lái)，機(jī)紐運(yùn)行正常。
    第三次敵障時(shí)，時(shí)域波形、軸心軌跡中出現(xiàn)的削波現(xiàn)象都說(shuō)明存在摩擦類的故障，而全息譜圖上簡(jiǎn)單的工頻橢圓以及沒有亞斜波、高次諧波的存在說(shuō)明故障可能為全摩擦而非動(dòng)靜碰摩，囡發(fā)生全摩擦?xí)r會(huì)引起同頻振動(dòng)，引起工頻成份的增大，而全息譜上碰摩應(yīng)該有漸頻扁橢圓且軸心軌跡較為復(fù)雜并有突變點(diǎn)。這種振動(dòng)的特點(diǎn)是每旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生-次激h力，其頻率與轉(zhuǎn)速一致．表現(xiàn)為振動(dòng)的不穩(wěn)定性。這種全摩擦有害能蹙積累到一定程度，就會(huì)引起機(jī)器的強(qiáng)烈振動(dòng)（包括吼聲）a當(dāng)然，這里的全摩擦是指摩擦比較持續(xù)，接觸面較火、較長(zhǎng)而已，并非全部徑向都摩擦。再來(lái)看一下低頻濾波軸心軌跡圖和時(shí)頻分布圖，晃動(dòng)的軸心軌跡和低頻的調(diào)幅現(xiàn)象都說(shuō)明有一定程度的氣封磨損，調(diào)幅的頻率即為軸心晃動(dòng)的頻率。這一點(diǎn)，開機(jī)后從氣封處冒出的煙霧很能說(shuō)明問(wèn)題。最后，再來(lái)看看速度信號(hào)的譜圖：明顯的1X. 3X成份與前述的摩擦相吻合00. 39X成份說(shuō)明管道或機(jī)殼內(nèi)仍然有流體激勵(lì)等自激振動(dòng)，只不過(guò)它們的幅值小多了。那么為什么位移信號(hào)里沒有0. 39X頻率成份昵？第一，它主要產(chǎn)生T-進(jìn)風(fēng)管處，其能量還不足以使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生振動(dòng)，第二，風(fēng)管、機(jī)殼、增速箱在結(jié)構(gòu)上連成一體，因此速度信號(hào)里有0.3gX成份而測(cè)蹙相對(duì)振動(dòng)的位移信號(hào)里就沒有。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步測(cè)試機(jī)殼、風(fēng)管的速度信號(hào)，證實(shí)了這一點(diǎn)。
    當(dāng)然，引起摩擦振動(dòng)的原因有很多。但結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，我們認(rèn)為：產(chǎn)生這次磨擦振動(dòng)的根源是進(jìn)氣密度的變化（即工況的變化）。由于進(jìn)氣密度突然增人（受工藝、管道內(nèi)殘，酸泥以及流量等的影響），使得葉輪轉(zhuǎn)子負(fù)荷突然增大，并產(chǎn)生較大的吼聲及較火的電流負(fù)荷，稍有輕微的失衡或激振力的激勵(lì)，就會(huì)使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生較大的工頻振動(dòng)，進(jìn)而引起摩擦振動(dòng)。
    最終，在以后的揭蓋檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)，風(fēng)機(jī)的前后氣封、迷宮式密封都有磨痕且磨損量較大，說(shuō)明確實(shí)有摩擦的存在。
    事實(shí)上，該機(jī)組以前也出現(xiàn)過(guò)類似的故障。有一次培燒-批含鐵的硫化礦，致使二氧化硫煙氣中含塵量劇增，附著在靠葉輪后盤的機(jī)殼的內(nèi)壁上，形成堅(jiān)硬的氧化鐵塊。由于葉輪后盤與氧化鐵塊的摩擦，造成機(jī)紐間歇性振動(dòng)、吼聲增大，各密封處均被磨損，最后由于振動(dòng)過(guò)大而將軸瓦損壞。
4  、總結(jié)
    總結(jié)以上三次診斷，每次的故障均表現(xiàn)為冷態(tài)開機(jī)后的一段時(shí)間內(nèi)，且故障表現(xiàn)較為相似。因此，我們有理由認(rèn)為，冷態(tài)開機(jī)后風(fēng)機(jī)進(jìn)氣的不穩(wěn)定性是產(chǎn)生各種自激振動(dòng)、摩擦振動(dòng)的根本原因。這在以后的大檢修中均已得到了證實(shí)。
    通過(guò)這些實(shí)例，總結(jié)出以下幾點(diǎn)：
(1)、由于現(xiàn)代離心式風(fēng)機(jī)大多是通過(guò)提高轉(zhuǎn)速、增強(qiáng)密封性能來(lái)提高整機(jī)效率，這就給設(shè)備的運(yùn)行、維護(hù)增加了難度，因此也很容易發(fā)生摩擦類故障。
(2)、流體激勵(lì)等非穩(wěn)定性自激振動(dòng)與機(jī)器的結(jié)構(gòu)、工藝條仆、運(yùn)行工況等有著密切的關(guān)系，要區(qū)分這些振動(dòng)，需將診斷工作與機(jī)器的實(shí)際情況緊密聯(lián)系起來(lái)。
(3)、全息譜、軸心軌跡、時(shí)頻分布等一系列有效的診斷方法和診斷工具是進(jìn)行準(zhǔn)確診斷的
堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，否則很容易錯(cuò)診、漏診a
(4).現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行的聲響、溫度、結(jié)構(gòu)、工藝等，以及設(shè)備運(yùn)行、維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)是準(zhǔn)確診斷的重要因素，否則診斷就是不切實(shí)際。
( 5)只有將診斷理論和現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)踐緊密地結(jié)合起來(lái)，相互促進(jìn)、相互補(bǔ)償，診斷結(jié)果才真實(shí)、可靠。
    三門峽富通新能源銷售風(fēng)機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)、離心風(fēng)機(jī)等。

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