利用正向推理,在可能引起引風機振動故障的全部原因中,采取逐個排除的方法,找出引風機軸向振動故障所在,分析了振動的機理,并從相位出發,就如何對此類故障進行診斷與分析進行了討論。
        一、概述
        引風機是電廠三大風機之一,引風機運行中出現的各種問題,造成機組降低負荷,甚至被迫停機的現象時有發生,直接影響電廠的安全生產。引風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、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,但由于現場條件和測試手段所限,有些特征的提取和分析不易實現,有些特征反映的情況不敏感。相對而言,引風機的振動信號中含有設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,從而可以推斷出振動的原因。
        Y4-2×60-IINo28.5F引風機為雙吸、雙支撐、齒式聯軸器傳動,其作用是將爐膛中產生的煙氣排入大氣中,其構成簡圖及測點布置如圖1所示。該引風機主要技術參數:轉子質量4810kg,葉輪直徑2850mm,轉速740r/min,風量749186m3/h,介質溫度145℃,介質密度:0.89kg/m3時;電機型號Y800-2-8,功率1400KW。
        該引風機于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實施了修復,并更換了自由端軸承及軸承座,在7月19日試運時,振動嚴重超標,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,但軸向振動嚴重超標,最大振動為測點4,高達204μm;
        (3)振動數據再現性差,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),但振值穩定,長時間變化不大。
        2.引風機振動的類型
        從振動診斷的角度來看,①引風機是一種旋轉機械因而有不平衡、不對中之類的故障,②引風機是一種流體機械,有旋轉失速、喘振的可能性存在,③引風機受工作環境的影響,經常造成葉片的磨損,介質還可能粘附在轉子上形成隨機性變化的不平衡,④引風機由電機驅動,可能存在電磁振動。為此,引風機的振動可歸結為8種類型,見表2。
 
        三、引風機的振動分析與故障診斷
        對引風機的故障診斷,采用正向推理的方法〔1〕,即在能夠引起引風機振動故障的全部原因中與引風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、共振和結構剛度。通過檢測認為動態下連接部件之間的緊密程度良好、基礎牢固;引風機的轉速為740r/min,遠遠低于共振轉速;引風機為運行多年的老設備,結構剛度不存在什么問題。因此,引風機軸承座動剛度沒問題,可以排除風機轉速接近臨界轉速和基礎不牢的故障。
        2.氣流激振試驗
        利用調閥門開度對引風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,目的是判別引風機是否是由喘振引起的,但測量結果表明引風機振動與閥門的開度大小無關;喘振引起的振動是高頻,振動方向為徑向,從頻譜上也未發現高頻振動,且引風機的振動主要表現在軸向。因此,引風機的振動不是由于喘振引起的。
        3.電機的啟停試驗
大满贯55555电子游戏网址         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。通過測試,振動隨轉速的升高而逐漸增大,隨轉速的降低而逐漸下降。因此,引風機的振動不屬于電磁振動。

4.不平衡振動
        該引風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,一是表現在軸向振動較大,二是靠近聯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。
        該引風機振動最明顯的特征是軸向振動較大,由表1可知,靠近聯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對中沒有問題,但是,如果聯軸器本身有問題,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。據資料介紹頻譜中出現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,未發現軸承的故障頻率〔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,經檢查發現,自由端軸承扭振,聯軸器部分齒面有凹坑和麻點。
        所謂軸承扭振是軸在旋轉狀態下,軸承對軸的承力中心點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,軸承承力中心點偏于A側;圖3c表示轉子轉過180°后,軸承承力中心點偏于B側。若軸承座和基礎沒有彈性,則軸承承力中心點的變化始終在軸承座底邊AB范圍內,它不會引起軸承座的軸向振動。實際上,軸承座和基礎組成的支承系統具有一定的彈性,在軸承承力中心點周期性變化的作用下,軸承座將沿某一底邊發生周期性的軸向振動,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。
       

        振動的三個要素是幅值、頻率和相位,因此,該引風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。聯軸器兩側(圖1中測點2、3)徑向振動的相位差如果基本上為180°,說明齒式聯軸器屬于平行不對中;兩側軸向振動相位差如果接近180°,說明齒式聯軸器屬于角度不對中〔6〕。但是,遺憾的是當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,提高診斷的準確性。
        該引風機更換了自由端軸承和齒式聯軸器后,振動值正常(表1),頻譜見圖5。運行狀況一直很好。
 
 

參考文獻
1  施維新.汽輪發電機組振動及事故.中國電力出版社
2  [日]豐田利夫.設備現場診斷的開展方法.機械工業出版社
3  韓捷,張瑞林.旋轉機械故障機理及診斷技術.機械工業出版社
4  張正松,傅尚新,馮冠平,徐玉錚.旋轉機械振動監測及故障.機械工業出版社
5  沈慶根.化工機器故障振動技術.浙江大學出版社
大满贯55555电子游戏网址 6  夏松波等.旋轉機械不對中故障研究綜述.振動、測試與診斷

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