引風(fēng)機振動故障的診斷與分析
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
1 施維新．汽輪發(fā)電機組振動及事故．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．機械工業(yè)出版社
3 韓捷，張瑞林．旋轉(zhuǎn)機械故障機理及診斷技術(shù)．機械工業(yè)出版社
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
6 夏松波等．旋轉(zhuǎn)機械不對中故障研究綜述．振動、測試與診斷
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