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（上海寶鋼工業(yè)技術(shù)服務(wù)有限公司 上海）

1.概述

2011年9月6日，冷卻循環(huán)除塵風(fēng)機(jī)在轉(zhuǎn)子現(xiàn)場動平衡后第7天，突然因振動增大觸發(fā)風(fēng)機(jī)在線振動監(jiān)控跳機(jī)保護(hù)，機(jī)組停機(jī)。該風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)為雙支撐雙吸離心式，主動力為三相異步電機(jī)，功率355 kW，轉(zhuǎn)速997 r/min。電機(jī)和風(fēng)機(jī)兩側(cè)軸承均為軸瓦式滑動軸承，電機(jī)與風(fēng)機(jī)通過彈性柱銷聯(lián)軸器連接。

對跳機(jī)保護(hù)動作后的除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行診斷測試，使用儀器為Telesen8823數(shù)采器、CSI2130振動測試分析儀、激光轉(zhuǎn)速表。機(jī)組測點(diǎn)布置見圖1。

2.故障分析與診斷

監(jiān)測風(fēng)機(jī)兩側(cè)軸承座水平方向振動，以振動速度有效值作為狀態(tài)報警和跳機(jī)保護(hù)參量，分別為狀態(tài)報警值4.5 mm/s和跳機(jī)保護(hù)值6 mm/s。由于在線振動監(jiān)測系統(tǒng)沒有數(shù)據(jù)記錄功能（僅有振動值實(shí)時顯示、振值超標(biāo)報警和跳機(jī)保護(hù)功能），不能確認(rèn)風(fēng)機(jī)跳機(jī)前后振動值變化情況，即不能確認(rèn)是監(jiān)測系統(tǒng)受到干擾或傳感器故障引發(fā)信號失真而誤動作，或是風(fēng)機(jī)振動烈度超標(biāo)而跳機(jī)保護(hù)。

圖1 機(jī)組測點(diǎn)布置

如果是風(fēng)機(jī)在線振動監(jiān)測系統(tǒng)受到干擾或傳感器故障引發(fā)信號失真而誤動作，只需使用離線振動測試儀器監(jiān)控風(fēng)機(jī)從啟動至額定轉(zhuǎn)速過程的振動值變化即可進(jìn)行排除；如果是風(fēng)機(jī)振動烈度超標(biāo)，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)振動大的可能原因有風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子和軸承、軸承座緊固及基礎(chǔ)、電機(jī)轉(zhuǎn)子和軸承、電機(jī)地腳緊固及基礎(chǔ)、機(jī)組聯(lián)軸器及對中出現(xiàn)了故障，根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)尺寸、運(yùn)行參數(shù)和檢修記錄，上述可能故障可逐項排除，最終確定故障原因。

首先，冷卻循環(huán)除塵風(fēng)機(jī)7天前（2011年8月30日）剛因風(fēng)機(jī)葉輪磨損進(jìn)行了補(bǔ)焊和轉(zhuǎn)子平衡校正，振動值符合絕對標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)良級別（表1，風(fēng)機(jī)在線儀表顯示的振動數(shù)據(jù)與離線儀表測試值相當(dāng)）。風(fēng)機(jī)軸承座緊固螺栓、電機(jī)地腳緊固螺栓不可能在機(jī)組振動很小的情況下自行松動；而電機(jī)、風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)也不可能在小振動、短時間里發(fā)生嚴(yán)重的沉降、開裂、松動的情況；最后，即使機(jī)組彈性柱銷聯(lián)軸器及對中存在問題，也不可能在7天內(nèi)嚴(yán)重劣化導(dǎo)致振動烈度超過6 mm/s。因此，風(fēng)機(jī)軸承座緊固及基礎(chǔ)故障、電機(jī)地腳緊固及基礎(chǔ)故障、機(jī)組聯(lián)軸器及對中故障等可以排除。

其次，在冷卻循環(huán)除塵風(fēng)機(jī)跳機(jī)前后，電機(jī)和風(fēng)機(jī)4個軸瓦的溫度一直保持穩(wěn)定，未出現(xiàn)波動?；瑒虞S承最嚴(yán)重、最常見的故障是潤滑油不足或缺失引起的瓦軸邊界摩擦和干摩擦，而風(fēng)機(jī)是在運(yùn)行7天后發(fā)生振動增大，即便是風(fēng)機(jī)因潤滑油缺失引起故障，也應(yīng)是一個漸變過程，即從潤滑油內(nèi)部液體摩擦到瓦軸邊界摩擦，再到瓦軸干摩擦。在此過程中，軸瓦的溫度首先上升，接著進(jìn)入瓦軸干摩擦狀態(tài)時，軸承振動才會迅速增大。故電機(jī)和風(fēng)機(jī)軸承發(fā)生故障引起機(jī)組振動大跳機(jī)可能性不大。

表1 機(jī)組振動值 mm/s

最后，異步電機(jī)轉(zhuǎn)子和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子相比，質(zhì)量、直徑、轉(zhuǎn)動慣量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于風(fēng)機(jī)，就是小質(zhì)量、小轉(zhuǎn)動慣量的電機(jī)轉(zhuǎn)子單獨(dú)發(fā)生故障，也很難在電機(jī)軸承的約束下通過彈性聯(lián)軸器將振動毫無損失地傳遞給風(fēng)機(jī)并造成大質(zhì)量、大轉(zhuǎn)動慣量的風(fēng)機(jī)振動烈度超過6 mm/s。只有大質(zhì)量、大轉(zhuǎn)動慣量的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子本身發(fā)生故障才有可能在風(fēng)機(jī)軸承座上產(chǎn)生如此強(qiáng)烈的振動。所以，如果風(fēng)機(jī)振動烈度確實(shí)超過跳機(jī)值，那么不管電機(jī)轉(zhuǎn)子是否存在故障，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子一定存在問題并引起風(fēng)機(jī)軸承座振動異常。查閱風(fēng)機(jī)檢修檔案，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡是風(fēng)機(jī)投運(yùn)至今常發(fā)且唯一的故障。結(jié)合此次風(fēng)機(jī)水平振動值7天內(nèi)從0.66 mm/s上升至6 mm/s以上的現(xiàn)象，認(rèn)為風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子部位有物體脫落或異物掛繞，導(dǎo)致其不平衡的可能性最大。據(jù)此，采用在線動平衡儀器，全程監(jiān)控和記錄風(fēng)機(jī)從啟動至額定轉(zhuǎn)速過程中轉(zhuǎn)頻振動值和相位的變化，通過風(fēng)機(jī)一次啟動，完成故障判定、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡參數(shù)獲取。

3.故障判斷與驗證

根據(jù)綜合分析，無論風(fēng)機(jī)故障是在線振動監(jiān)測系統(tǒng)受到干擾或傳感器故障引發(fā)信號失真而誤動作，還是振動烈度超過了跳機(jī)保護(hù)值，只需使用測振儀和動平衡儀全程監(jiān)控一次風(fēng)機(jī)從啟動至額定轉(zhuǎn)速過程中振動幅值和相位的變化即可確認(rèn)，同時為排除風(fēng)機(jī)不平衡故障獲取施工數(shù)據(jù)。

風(fēng)機(jī)重新啟動后監(jiān)測結(jié)果顯示，隨著風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高，風(fēng)機(jī)振動值（水平方向）不斷增大。當(dāng)接近997 r/min的額定轉(zhuǎn)速時，風(fēng)機(jī)振動達(dá)到30.5 mm/s高值后跳機(jī)。監(jiān)測過程中，在線振動監(jiān)測系統(tǒng)、離線測振儀Telesen8823和CSI2130動平衡儀三者的振動實(shí)時值相當(dāng)。因此，在線振動監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)生故障的可能性排除，而風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子本體存在故障引發(fā)風(fēng)機(jī)振動異常得以確認(rèn)。

進(jìn)一步分析，在線振動監(jiān)測系統(tǒng)和離線測振儀Telesen8823顯示的振動數(shù)值為0～1000 Hz頻率段所有振動的速度有效值的通頻值，而CSI2130動平衡儀顯示的僅僅是風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)頻振動的速度有效值，但三者的實(shí)時值基本相同，這說明在風(fēng)機(jī)啟動過程中，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)頻振動自始至終是能量占絕對地位的主振動，即風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)頻振動是唯一振動。符合轉(zhuǎn)頻振動為主、振動與轉(zhuǎn)速密切關(guān)聯(lián)特征的轉(zhuǎn)子故障有不平衡、共振等。

如果是風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子部位有物體脫落或異物掛繞導(dǎo)致其不平衡，根據(jù)該風(fēng)機(jī)7天前的動平衡經(jīng)驗系數(shù)（位置正確的情況下，在葉輪最外緣處加上700 g質(zhì)量的配重，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)頻振動從2 mm/s下降至0.05 mm/s），脫落或掛繞的物體折合在葉輪最外緣處的質(zhì)量約11 000 g，這是一個相當(dāng)大的質(zhì)量塊。風(fēng)機(jī)葉輪上所有平衡配重塊脫落也不過2800 g，而能被風(fēng)機(jī)吸入并掛繞在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子上的集塵布袋、紙張、抹布等異物也難達(dá)到這個質(zhì)量。因此有可能是風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子局部開裂脫落。

仔細(xì)查看從啟動至額定轉(zhuǎn)速過程中動平衡儀器記錄的轉(zhuǎn)頻振動值。記錄顯示，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速250 r/min時轉(zhuǎn)頻振動值0.38 mm/s，500 r/min時轉(zhuǎn)頻振動值1.62 mm/s，750 r/min時轉(zhuǎn)頻振動值3.93 mm/s，而當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)入900～997 r/min區(qū)間時，轉(zhuǎn)頻振動值迅速從5.86 mm/s上升至30.5 mm/s?？梢钥闯觯L(fēng)機(jī)在轉(zhuǎn)速0～900 r/min區(qū)間時，轉(zhuǎn)子屬于剛性轉(zhuǎn)子失衡狀態(tài)（高度符合風(fēng)機(jī)振幅與轉(zhuǎn)速的平方成正比的特性），而進(jìn)入900～997 r/min區(qū)間時已處于非剛性轉(zhuǎn)子失衡狀態(tài)（完全不符合剛性轉(zhuǎn)子失衡時振幅與轉(zhuǎn)速的平方成正比的變化關(guān)系），這與以往冷卻循環(huán)除塵風(fēng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速內(nèi)一直處于剛性狀態(tài)完全不同。

風(fēng)機(jī)在500 r/min時仍處于剛性轉(zhuǎn)子運(yùn)行狀態(tài)，此時轉(zhuǎn)頻振動值1.62 mm/s，故可推斷出風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子若能在剛性狀態(tài)下達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時的振動值約為6.44 mm/s，而風(fēng)機(jī)最終的振動值高達(dá)30.5mm/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了這一預(yù)期值，由此肯定風(fēng)機(jī)已進(jìn)入了一階臨界轉(zhuǎn)速的共振區(qū)間，據(jù)此認(rèn)為，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子一階固有頻率下移并接近原設(shè)計的額定工作頻率，引發(fā)共振。

分析造成轉(zhuǎn)子固有頻率下降的原因：影響轉(zhuǎn)子固有頻率的兩個參數(shù)是轉(zhuǎn)子剛度和轉(zhuǎn)子質(zhì)量，當(dāng)轉(zhuǎn)子剛度下降或者質(zhì)量增大時，轉(zhuǎn)子固有頻率就會下降。在轉(zhuǎn)子剛度不變的情況下，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子即使掛繞110 kg（按照11 000 g極限質(zhì)量的10倍估算）異物，相對12 000 kg的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子來說，增重還不足1%，其對風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子固有頻率的影響微乎其微。所以，一定是風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子剛度下降造成了冷卻循環(huán)除塵風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子固有頻率的下降。而風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸、中盤等轉(zhuǎn)子承重主架構(gòu)存在裂紋是引起轉(zhuǎn)子剛度下降的最可能原因。風(fēng)機(jī)存在巨大的故障隱患，不能繼續(xù)運(yùn)行，必須對風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行全面探傷檢查。

將風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子吊出檢查發(fā)現(xiàn)，風(fēng)機(jī)葉輪中盤在粉塵的長期磨損下厚度變薄，徑向截面積變小，承載能力下降，在原有的拉應(yīng)力作用下開裂，造成風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子剛度下降嚴(yán)重，這與上述診斷一致。