大型風機故障的檢測分析與診斷

摘　要　針對青島鋼鐵集團銀鋼燒結(jié)有限公司大型風機故障的檢測，用類比法圖文并茂地從時域上進行了波形特征和振動幅值對比分析，并進行了自相關(guān)圖譜特征對比分析；從頻域上用幅值譜呈現(xiàn)的頻譜特征進行了對比分析。通過時頻域分析結(jié)果，診斷出風機產(chǎn)生了轉(zhuǎn)子不平衡和不對中的綜合性故障。并結(jié)合風機機組實際狀況，做出了監(jiān)護運行的決策。

        兩臺型號為ST4500-1.047/0.889的大型風機，是青島鋼鐵集團銀鋼燒結(jié)有限公司流水線作業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，對公司生產(chǎn)起著極其重要的作用。從2004年9月初起，1＃風機就產(chǎn)生了異常振動，其振動值呈上升趨勢，逐步接近或超過了風機制造廠家制定的振動速度有效值（門限值）標準。Vrms=6.3mm/s。為確保生產(chǎn)的正常進行，及時診斷出風機故障，進而決定對設(shè)備是立即停機檢修還是監(jiān)護運行處理，河南獅鼎股份有限公司對該機進行了檢測診斷，取得了滿意效果。
一、機組有關(guān)參數(shù)及測點布置圖
        風機為雙吸式，兩組葉片各為16片，轉(zhuǎn)速1500r/min，風量4500m3/min，轉(zhuǎn)子長5m，葉輪直徑2.5m。
電機為同步式，轉(zhuǎn)速1500r/min，功率2000kW。
        風機機組測點布置見圖1。使用河南獅鼎股份有限公司的DCPS-08B數(shù)據(jù)采集與分析處理系統(tǒng)，測量參數(shù)為振動速度有效值。如圖1所示，在各滑動軸承座的水平、垂直、軸向三個方向上，分別對同型號（ST4500）的l＃和2＃風機機組進行了檢測，以便進行對比分析。
 

圖1　機組測點布置圖

二、1＃風機機組故障的檢測分析與故障診斷
        在檢測分析過程中，由于2＃風機機組運行正常且與振動異常的1＃風機機組型號相同。因此，應用了類比法在同工況、同測點、同方向的前提下，進行了檢測對比分析。
        經(jīng)對兩臺風機機組檢測后對比發(fā)現(xiàn)：1＃風機機組振動變化率，從大到小按測點4、3、2、1排列；對同一測點而言，在水平方向測得的振動速度有效值，均大于垂直方向和軸向。鑒于在電機兩側(cè)的測點1和測點2處所測振動值變化率較小，說明電機無故障，應是風機產(chǎn)生了故障。
        為此，分別選取測點3和測點4的水平振動譜圖進行了對比分析。因測點3(南瓦）水平振動譜圖特征較測點4的更為明顯，故對測點3水平方向的頻譜特征進行分析。
1．時域圖分析
  　　　　　　　　　　　　　　　　
        用1＃2＃風機測點3水平方向處所測得的時域圖（圖2、3)對比可見：1＃風機時域振動譜峰比較平齊，有明顯的周期性波形，而2＃風機時域圖上無此特征。1＃風機的振動速度有效值vrms=6.183mm/s， 2＃風機的振動速度效值為vrms＝1.58mm/s，1＃風機的振動速度有效值是2＃風機的3.9倍，由此可推斷 1＃風機的確產(chǎn)生了故障。
2．時基圖分析
        用圖4、圖5的時基圖對比可見：2＃風機時基圖呈多頻率疊加特征，通頻振幅為12.41mm/s：而1＃風機時基圖上可看到通頻振幅為22.54mm/s，它是2＃風機的1.82倍，其時基波形呈現(xiàn)出M形和正弦波組合的疊加波形，高倍頻分量疊加、振值高，導致單邊摩擦削波。由此可初步推斷：1＃風機產(chǎn)生了不平衡和不對中的綜合性故障，且振值較高，已產(chǎn)生碰彈摩擦。
          
                      圖4  1＃風機南瓦時基圖　　　　　　　　　               圖5  2＃風機南瓦時基圖
3．自相關(guān)圖分析
        用圖6、圖7的自相關(guān)圖對比可見：2＃風機的譜峰全部在0.567以下，且譜峰高低不等；而l＃風機的譜峰間隔均勻，均為40ms，譜峰高，基本一致且達到0.994。由此可進一步推斷：l＃風機產(chǎn)生了轉(zhuǎn)子不平衡和不對中的綜合性故障，且以不平衡故障為主。
  　　　　　　　　　　　　　　　
4.幅值譜分析
        由圖8、圖9的幅值譜對比可見：2＃風機軸頻25Hz的振值為vrms＝1.79mm/s，轉(zhuǎn)子軸振的各階倍頻振動很?。欢?＃風機轉(zhuǎn)子軸頻25Hz處有顯著的高值譜峰，其振值為vrms＝6.47mm/s，它是2＃風機的3.6倍；其頻譜圖基本上呈“樅樹形”，它呈現(xiàn)出轉(zhuǎn)子不平衡的頻譜特征。此外，在轉(zhuǎn)子軸振各階倍頻處也有顯著的譜峰，除轉(zhuǎn)子軸頻的1倍頻、4倍頻的振動有效值增加幾倍外，以2倍頻為首的3、5、6倍頻處振動有效值增大更多；轉(zhuǎn)子2倍頻增大許多倍，則表明有轉(zhuǎn)子不對中故障。由此可更進一步推斷出：1＃風機產(chǎn)生了以不平衡為主的轉(zhuǎn)子不平衡和不對中的綜合性故障。

  
                            圖8  1＃風機南瓦幅值譜圖　　　　　　　　　　　　　　　圖9  2＃風機南瓦幅值譜圖
三、結(jié)論
        綜合以上時域和頻域分析，結(jié)合風機機組的實際運行狀況，對青鋼集團1＃風機機組確診為：風機轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了以不平衡為主的轉(zhuǎn)子不平衡和不對中的綜合性故障。結(jié)合類比判斷和IS02372-1974(E）振動烈度評定標準，根據(jù)不平衡、不對中故障短期內(nèi)不會迅速發(fā)展、惡化的特點，做出了目前1＃風機機組仍可維持運行的結(jié)論。建議該公司在使用的同時，對該風機機組加強監(jiān)測，待測得的風機轉(zhuǎn)子兩端的振動速度有效值超過11.2mm/s時，再停機進行檢修。

參考文獻
1.盛兆順，尹琦嶺．設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)及應用．化學工業(yè)出版社,2003
2.王殿武．機械振動與故障診斷．洛陽機車廠,2002