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引風(fēng)機振動故障的診斷與分析


2023-02-09 09:47:23 605

利用正向推理,在可能引起引風(fēng)機振動故障的全部原因中,采取逐個排除的方法,找出引風(fēng)機軸向振動故障所在,分析了振動的機理,并從相位出發(fā),就如何對此類故障進行診斷與分析進行了討論。
        一、概述
        引風(fēng)機是電廠三大風(fēng)機之一,引風(fēng)機運行中出現(xiàn)的各種問題,造成機組降低負(fù)荷,甚至被迫停機的現(xiàn)象時有發(fā)生,直接影響電廠的安全生產(chǎn)。引風(fēng)機運行中的故障特征有振動、溫度、噪聲、潤滑油中的磨粒和形態(tài)、扭矩、扭振等,每個特征都從各自不同的角度反映運行的狀態(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現(xiàn),有些特征反映的情況不敏感。相對而言,引風(fēng)機的振動信號中含有設(shè)備運行工況的豐富信息,這些信息在振動的相位和譜圖中有所體現(xiàn),從而可以推斷出振動的原因。
        Y4-2×60-IINo28.5F引風(fēng)機為雙吸、雙支撐、齒式聯(lián)軸器傳動,其作用是將爐膛中產(chǎn)生的煙氣排入大氣中,其構(gòu)成簡圖及測點布置如圖1所示。該引風(fēng)機主要技術(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;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日試運時,振動嚴(yán)重超標(biāo),其振值和振動譜圖分別如表1和圖2所示。
 
       

        二、振動分析
        1.振動特征
        (1)測點1、測點2在水平、垂直、軸向三個方向的振動均在30μm以下;
        (2)測點3、測點4在水平、垂直兩個方向的振動均不足30μm,但軸向振動嚴(yán)重超標(biāo),最大振動為測點4,高達204μm;
        (3)振動數(shù)據(jù)再現(xiàn)性差,往往不同時間測到的同一工況的振動也有明顯差別;
        (4)振動不斷波動,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、垂直方向的振動很小,軸向振動偏大 (134μm),但振值穩(wěn)定,長時間變化不大。
        2.引風(fēng)機振動的類型
        從振動診斷的角度來看,①引風(fēng)機是一種旋轉(zhuǎn)機械因而有不平衡、不對中之類的故障,②引風(fēng)機是一種流體機械,有旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子上形成隨機性變化的不平衡,④引風(fēng)機由電機驅(qū)動,可能存在電磁振動。為此,引風(fēng)機的振動可歸結(jié)為8種類型,見表2。
 
        三、引風(fēng)機的振動分析與故障診斷
        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)機振動故障的全部原因中與引風(fēng)機實際存在的振動特征、故障歷史,進行搜索、比較、分析,采取逐個排除的方法,剩下不能排除的故障即為診斷結(jié)果。
        1.軸承座動剛度的檢測與分析
        影響軸承座動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)機的轉(zhuǎn)速為740r/min,遠遠低于共振轉(zhuǎn)速;引風(fēng)機為運行多年的老設(shè)備,結(jié)構(gòu)剛度不存在什么問題。因此,引風(fēng)機軸承座動剛度沒問題,可以排除風(fēng)機轉(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
        利用調(diào)閥門開度對引風(fēng)機進行氣流激振試驗,在閥門開度0%、25%、50%、75%和100%的工況下,對各軸承的水平、垂直、軸向振動進行測試,目的是判別引風(fēng)機是否是由喘振引起的,但測量結(jié)果表明引風(fēng)機振動與閥門的開度大小無關(guān);喘振引起的振動是高頻,振動方向為徑向,從頻譜上也未發(fā)現(xiàn)高頻振動,且引風(fēng)機的振動主要表現(xiàn)在軸向。因此,引風(fēng)機的振動不是由于喘振引起的。
        3.電機的啟停試驗
        將簡易測振表的傳感器置于電機地腳上,若在啟動電機的瞬間,測振表的數(shù)值即刻上升到最大值;或在電機斷電后,數(shù)值迅速下降到零,則屬于電磁振動。通過測試,振動隨轉(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)機的振動不屬于電磁振動。

4.不平衡振動
        該引風(fēng)機不平衡振動最明顯的特征,一是徑向振動大,二是諧波能量集中于基頻(12.33Hz),而該引風(fēng)機的徑向振動均在30μm以下;在圖2所示的徑向頻譜中,基頻振動最大只有3.35mm/s。因此,引風(fēng)機的振動并非由不平衡引起。
        

 

        5.不對中故障
        由不對中引起的振動,主要有三個特點,一是表現(xiàn)在軸向振動較大,二是靠近聯(lián)軸器的軸承振動增大,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)機振動最明顯的特征是軸向振動較大,由表1可知,靠近聯(lián)軸器的軸承軸向振動為178μm,自由端軸承軸向振動為204μm;由圖2b、d可知,軸向振動的頻譜中除基頻外,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(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特征(5)相吻合。
        6.部件松動或配合不良
        由圖2a、c可知,在測點3的水平方向,3倍頻的分量占基頻的37%;而測點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(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故障。
        7.軸承故障
        進一步分析譜圖,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)機軸向振動故障的原因有兩個,一是自由端軸承與軸配合不良或者軸承松動,二是聯(lián)軸器本身的故障。其中軸承與軸配合不良是振動的根本原因,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。
        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,軸承承力中心點偏于A側(cè);圖3c表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過180°后,軸承承力中心點偏于B側(cè)。若軸承座和基礎(chǔ)沒有彈性,則軸承承力中心點的變化始終在軸承座底邊AB范圍內(nèi),它不會引起軸承座的軸向振動。實際上,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,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。
       

        振動的三個要素是幅值、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判斷〔4〕〔5〕。
       

         對于引風(fēng)機自由端軸承來講,可以對比圖4所示四個測點的相位來識別軸向振動的故障源,如果四個測點的相位明顯不同,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2、3)徑向振動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)時沒有意識到這一點,只注重振動的幅頻特性,否則,利用幅、頻、相進行綜合診斷,會大大增強診斷的信心,提高診斷的準(zhǔn)確性。
        該引風(fēng)機更換了自由端軸承和齒式聯(lián)軸器后,振動值正常(表1),頻譜見圖5。運行狀況一直很好。
 

 

參考文獻
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2  [日]豐田利夫.設(shè)備現(xiàn)場診斷的開展方法.機械工業(yè)出版社
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4  張正松,傅尚新,馮冠平,徐玉錚.旋轉(zhuǎn)機械振動監(jiān)測及故障.機械工業(yè)出版社
5  沈慶根.化工機器故障振動技術(shù).浙江大學(xué)出版社
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