王偉　教傳艷

摘 要：風(fēng)機(jī)設(shè)備故障造成整個(gè)生產(chǎn)線停產(chǎn)的事故在水泥廠時(shí)有發(fā)生，風(fēng)機(jī)的故障是可以通過振動(dòng)診斷技術(shù)來提前進(jìn)行預(yù)防的，故障的振動(dòng)信號(hào)是含有大量豐富重要的信息，通過這些信息來反映出故障所具有的振動(dòng)特性。頻譜圖是頻譜分析法對(duì)診斷信息的一種表達(dá)方式。頻譜分析方法對(duì)水泥廠篦冷機(jī)及其他設(shè)備所用風(fēng)機(jī)的管理與維修提供了科學(xué)根據(jù)。

關(guān)鍵詞：風(fēng)機(jī)故障 頻譜分析 診斷研究

中圖分類號(hào)：TH432 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）10（c）-0065-01

離心式風(fēng)機(jī)是水泥廠重要的工藝設(shè)備。由于風(fēng)機(jī)故障造成整個(gè)生產(chǎn)線停產(chǎn)的事故在水泥廠時(shí)有發(fā)生。其運(yùn)當(dāng)中主要出現(xiàn)的故障有幾下幾種，軸不對(duì)中及葉片故障、轉(zhuǎn)子不平衡等，這些故障大約占風(fēng)機(jī)故障的60%以上，通常的表現(xiàn)為高溫風(fēng)機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)自由端軸承發(fā)熱繼而風(fēng)機(jī)振動(dòng)加劇、軸承燒毀的現(xiàn)象、篦冷機(jī)風(fēng)機(jī)軸振動(dòng)速度最大達(dá)21 mm/s以上，軸承座劇烈晃動(dòng)，繼而葉輪端軸承損壞，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。對(duì)水泥廠風(fēng)機(jī)的故障可以通過振動(dòng)診斷早期預(yù)防，有效防止風(fēng)機(jī)故障造成的生產(chǎn)線停產(chǎn)損失。

頻譜分析是一種比較傳統(tǒng)的信號(hào)分析技術(shù)，在機(jī)械故障診斷中被廣泛使用，其特點(diǎn)是簡單、快速、直接，在很多工程機(jī)械故障分析中都體現(xiàn)出了不錯(cuò)的效果。

1 風(fēng)機(jī)典型故障的振動(dòng)特性

水呢廠在生產(chǎn)中常用的風(fēng)機(jī)，由于使用頻率較高，磨損大，在工作中常常會(huì)出現(xiàn)這樣那樣的機(jī)械故障，這些機(jī)械故障中又包含了大量的信息，通過這些信息反映出振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)情況，在風(fēng)機(jī)的實(shí)際工作運(yùn)行當(dāng)中，比較有典型特點(diǎn)的是風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡、軸系不對(duì)中、基座松動(dòng)及葉片故障。

轉(zhuǎn)子不平衡包括轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的質(zhì)量偏心和轉(zhuǎn)子部件出現(xiàn)損傷。轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心是由轉(zhuǎn)子的制造誤差、裝配誤差、材質(zhì)的非均勻性等原因造成的，稱為初始不平衡；轉(zhuǎn)子部件損傷是指轉(zhuǎn)子在運(yùn)行中由于腐蝕、磨損、介質(zhì)結(jié)垢及轉(zhuǎn)子在疲勞應(yīng)力作用下，轉(zhuǎn)子的零部件（葉輪、葉片）點(diǎn)蝕、疲勞磨損與磨料磨損等，造成新的轉(zhuǎn)子不平衡。轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心及轉(zhuǎn)子部件損傷是兩種不同的故障，但其不平衡振動(dòng)機(jī)理卻是相同的。當(dāng)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子不平衡時(shí)，其振動(dòng)特征頻率表現(xiàn)為振動(dòng)的激振頻率主要為軸旋轉(zhuǎn)頻率，即工作頻率=軸轉(zhuǎn)速/60（Hz），伴生頻率為工作頻率的倍頻，振動(dòng)方向?yàn)轱L(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)圓的徑向；當(dāng)軸系不對(duì)中時(shí)，主要的影響因素為當(dāng)出現(xiàn)不對(duì)中故障時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一系列有害于設(shè)備的動(dòng)態(tài)效應(yīng)，如機(jī)器聯(lián)軸器偏轉(zhuǎn)、軸承早期損壞、油膜失穩(wěn)和軸撓曲變形等，導(dǎo)致機(jī)器發(fā)生異常振動(dòng)和噪聲。其振動(dòng)特征的特征頻率為轉(zhuǎn)頻的2倍頻；伴生頻率為工作頻率的3、4、5、7倍頻等高次諧波；在徑向與軸向振動(dòng)較大。基座松動(dòng)和轉(zhuǎn)子不平衡相伴生，表現(xiàn)為非線性的振動(dòng)特征。其振動(dòng)形式以縱向振動(dòng)為主。其振動(dòng)的激振頻率除基頻成分外，還伴有高次諧波成分及分?jǐn)?shù)諧波成分。

葉片的機(jī)械故障主要原因是風(fēng)機(jī)在工作運(yùn)行中受到了氣體動(dòng)壓力的不斷沖擊，導(dǎo)致了葉片產(chǎn)生裂紋和斷裂，最終風(fēng)機(jī)出現(xiàn)了不平衡的振動(dòng)。風(fēng)機(jī)的振動(dòng)激振頻率主要是工作頻率乘以葉片數(shù)，伴生頻率為特征頻率周圍出現(xiàn)大量的以特征頻率為調(diào)制頻率的邊帶頻率，即葉片數(shù)加1，2，…n所得之和乘以工作頻率。主要的振動(dòng)方向是以徑向振動(dòng)為主。如果葉片變形特別嚴(yán)重的話，受到氣流影響較大，軸向的振動(dòng)也就加大，同時(shí)伴有較大的雜聲。

2 振動(dòng)信號(hào)的頻譜分析法

頻譜分析法的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)為快速傅立葉變換（FFT）。頻譜診斷信息最有效的表現(xiàn)形式就是頻譜圖，頻譜圖可以較轉(zhuǎn)觀的進(jìn)行表達(dá)，分為幅值譜、相位譜、功率譜等，其中比較常用的是幅值譜分析。

設(shè)X（f）為振動(dòng)信號(hào)的傅立葉變換，即：

（1）振動(dòng)信號(hào)中主要由哪些頻率成分及諧波分量所組成。

（2）組成的諧波分量中哪些成分的幅值最為突出。從而找出與主要故障的相關(guān)聯(lián)系。

3 FFT技術(shù)的工程應(yīng)用

某水泥廠篦冷機(jī)所用的的一臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)，運(yùn)行時(shí)振動(dòng)大，噪聲高。為保證正常生產(chǎn)，沒有停機(jī)檢修，且由于測試條件所限，只能拾取聯(lián)軸器與電機(jī)之間軸承座的振動(dòng)加速度信號(hào)。為保證診斷的準(zhǔn)確性，拾取了垂直方向、軸向和水平三維方向的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行故障分析。

風(fēng)機(jī)基本參數(shù)：型號(hào)：9-26NO10D；葉片數(shù)：第一級(jí)葉輪數(shù)與第二級(jí)葉輪數(shù)都為12。

電機(jī)基本參數(shù)：型號(hào)：Y250M-4；功率：55 kW；轉(zhuǎn)速：750 rpm。折換成特征頻率為12.5 Hz。

表1為垂直、水平、軸向的振動(dòng)加速度信號(hào)頻率與幅值對(duì)照表。

振動(dòng)故障分析。

由表1可知垂直方向振動(dòng)頻率以2倍頻25.4 Hz為主，并伴有1倍頻12.65 Hz的工作頻率及其高階諧波成分。經(jīng)分析出現(xiàn)了軸系不對(duì)中故障；水平振動(dòng)頻率存在1、2、4倍頻，軸向頻率以2倍頻和5倍頻62.57 Hz為主。驗(yàn)證了風(fēng)機(jī)軸系出現(xiàn)不對(duì)中故障。

表1幅值譜數(shù)值有299.8 Hz振動(dòng)頻率成分，為葉片故障特征頻率12×12.5=150 Hz的2倍頻。還有由于動(dòng)輪葉片因空氣動(dòng)力性能差異以及運(yùn)轉(zhuǎn)部件靜、動(dòng)態(tài)特性不一致而產(chǎn)生的以旋轉(zhuǎn)頻率為調(diào)制的邊頻帶，可以斷定葉片產(chǎn)生了外加激振力的振動(dòng)。經(jīng)檢修將電機(jī)軸與風(fēng)機(jī)軸對(duì)中進(jìn)行調(diào)整并對(duì)葉片質(zhì)心進(jìn)行調(diào)整后，故障消除。

利用頻譜分析的方式可以對(duì)振動(dòng)加速度的信號(hào)很好的進(jìn)行分析、比較，可以準(zhǔn)確的診斷出見機(jī)的軸系不平衡的振動(dòng)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)的調(diào)查結(jié)果可以為水泥廠篦冷機(jī)風(fēng)機(jī)的維護(hù)、檢修提供了科學(xué)的指導(dǎo)，類為類似的機(jī)械故障問題診斷提供了一條切實(shí)可行的診斷方法。

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