孟 斌

（晉煤集團(tuán)長(zhǎng)平公司， 山西 晉城 048000）

引言

隨著煤礦企業(yè)不斷向大中型企業(yè)發(fā)展，大型軸流式通風(fēng)機(jī)得到廣泛應(yīng)用。軸流式通風(fēng)機(jī)的流量大、啟動(dòng)力矩小、對(duì)風(fēng)道系統(tǒng)變化適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)正逐步取代離心式風(fēng)機(jī)。軸流式通風(fēng)機(jī)通過(guò)改變?nèi)~片的工作角度來(lái)改變工況點(diǎn)，不僅沒(méi)有截流損失，還可以避免小流量工況下出現(xiàn)的不穩(wěn)定現(xiàn)象。尤其是雙級(jí)軸流式通風(fēng)機(jī)，效率比單級(jí)軸流式通風(fēng)機(jī)有顯著提高，但是引起風(fēng)機(jī)異常振動(dòng)的因素也相對(duì)更加復(fù)雜。本文通過(guò)對(duì)雙級(jí)軸流式通風(fēng)機(jī)異常振動(dòng)的故障進(jìn)行分析研究，成功地解決了蘆家峪主通風(fēng)機(jī)在投運(yùn)初期產(chǎn)生的異常振動(dòng)問(wèn)題。

1 項(xiàng)目研究立項(xiàng)背景

蘆家峪回風(fēng)立井安裝有兩臺(tái)上海鼓風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的GAF40-21.1-2型雙級(jí)軸流式通風(fēng)機(jī)，選用YKK1000-10型風(fēng)機(jī)電機(jī)，電機(jī)功率4 000 kW，轉(zhuǎn)速596 r/min。蘆家峪主扇于2017年9月安裝完畢，設(shè)備進(jìn)入最后調(diào)試和試運(yùn)行階段。試運(yùn)行時(shí)，1號(hào)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，2號(hào)通風(fēng)機(jī)出現(xiàn)風(fēng)機(jī)異常振動(dòng)。2號(hào)通風(fēng)機(jī)在剛啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)振動(dòng)值并不大，電腦后臺(tái)監(jiān)控顯示風(fēng)機(jī)水平振動(dòng)為2.9 mm/s，垂直振動(dòng)達(dá)到1.5 mm/s，是符合風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行要求的振動(dòng)范圍的。但是隨著通風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間的加長(zhǎng)振動(dòng)值逐漸增大，2號(hào)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行至第二天，電腦后臺(tái)監(jiān)控顯示風(fēng)機(jī)水平振動(dòng)達(dá)到4.5 mm/s，垂直振動(dòng)達(dá)到3.1 mm/s。2號(hào)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行至第三天，振動(dòng)值進(jìn)一步增大，而且一直處于上升趨勢(shì)，沒(méi)有趨于穩(wěn)定，電腦后臺(tái)監(jiān)控顯示風(fēng)機(jī)水平振動(dòng)達(dá)到9.8 mm/s，垂直振動(dòng)達(dá)到6.3 mm/s?，F(xiàn)場(chǎng)使用點(diǎn)檢儀檢測(cè)2號(hào)通風(fēng)機(jī)水平振動(dòng)達(dá)到9.3 mm/s，垂直振動(dòng)達(dá)到5.6 mm/s。水平振動(dòng)和垂直振動(dòng)都大于風(fēng)機(jī)振速系統(tǒng)報(bào)警值4.6 mm/s，嚴(yán)重影響到通風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行，立即執(zhí)行了倒機(jī)操作，運(yùn)至1號(hào)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行。

2 初步分析研究

技術(shù)人員經(jīng)過(guò)初步判斷，出現(xiàn)振動(dòng)異常的原因有以下四點(diǎn)：風(fēng)機(jī)內(nèi)部轉(zhuǎn)子安裝偏心、電機(jī)軸與風(fēng)機(jī)主軸同心度偏差、風(fēng)機(jī)動(dòng)平衡不好、風(fēng)機(jī)安裝基礎(chǔ)不牢。

2.1 風(fēng)機(jī)內(nèi)部轉(zhuǎn)子安裝偏心

風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子安裝偏心會(huì)造成風(fēng)葉頂部與機(jī)殼的間隙不均勻，風(fēng)機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生不穩(wěn)定的偏心力導(dǎo)致風(fēng)機(jī)異常振動(dòng)。

通過(guò)檢查風(fēng)機(jī)葉片頂部與機(jī)殼之間的間隙，測(cè)量8個(gè)方向上每一片葉片頂部與機(jī)殼的間隙，測(cè)量結(jié)果間隙均勻，且間隙值都在4～8 mm規(guī)定范圍內(nèi)（見(jiàn)表1），符合通風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行要求的間隙范圍。通過(guò)測(cè)量分析，可以排除風(fēng)機(jī)內(nèi)部轉(zhuǎn)子安裝偏心是導(dǎo)致2號(hào)通風(fēng)機(jī)異常振動(dòng)的原因。

表1 葉片與機(jī)殼間隙檢查結(jié)果 mm

2.2 電機(jī)軸與風(fēng)機(jī)主軸同心度偏差

當(dāng)軸系出現(xiàn)不對(duì)中時(shí)，主動(dòng)軸角速度與從動(dòng)軸角速度不同，當(dāng)主動(dòng)軸等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速將發(fā)生變化，產(chǎn)生一定的角加速度，由此引起動(dòng)載荷并發(fā)生振動(dòng)[1]。通過(guò)主從動(dòng)軸打百分表的方法，檢查電機(jī)軸與風(fēng)機(jī)主軸的同心度，檢查結(jié)果同心度最大差值為0.1 mm（見(jiàn)下頁(yè)表2），符合風(fēng)機(jī)安裝≤0.25 mm要求。綜上測(cè)量分析，可以排除電機(jī)軸與風(fēng)機(jī)主軸同心度偏差是導(dǎo)致2號(hào)通風(fēng)機(jī)異常振動(dòng)的原因。

2.3 風(fēng)機(jī)動(dòng)平衡不好

風(fēng)機(jī)動(dòng)平衡不好最主要的原因是轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡，由于原始制造誤差或葉片安裝不均勻?qū)е碌馁|(zhì)量不平衡使轉(zhuǎn)子的重心有所偏離，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不平衡的離心力，發(fā)生橫向轉(zhuǎn)動(dòng)的振動(dòng)，并通過(guò)軸承傳播，引起整個(gè)風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生振動(dòng)的問(wèn)題。其質(zhì)量不平衡的原因主要有：其葉片的磨損或者由于腐蝕導(dǎo)致質(zhì)量不均勻；葉輪上的零件沒(méi)有固定，局部松動(dòng)，導(dǎo)致出現(xiàn)質(zhì)量不平衡[2]。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查2號(hào)通風(fēng)機(jī)的每一片葉片，發(fā)現(xiàn)所有葉片完好，緊固螺栓牢固可靠，沒(méi)有任何磨損現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)多次手動(dòng)盤(pán)車(chē)試驗(yàn)，風(fēng)機(jī)內(nèi)部轉(zhuǎn)子可以在任意位置穩(wěn)定停車(chē)，而且風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子在出廠時(shí)候出具的動(dòng)平衡試驗(yàn)報(bào)告是滿(mǎn)足風(fēng)機(jī)動(dòng)平衡要求的。

綜上檢查試驗(yàn)，可以排除風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡不好是導(dǎo)致2號(hào)通風(fēng)機(jī)異常振動(dòng)的原因。

經(jīng)過(guò)以上各種分析研究檢查，最后只剩下風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)不牢的原因可能導(dǎo)致2號(hào)通風(fēng)機(jī)異常振動(dòng)，但是為了進(jìn)一步確定是否由于風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)不牢引起的通風(fēng)機(jī)異常振動(dòng)，需要由專(zhuān)業(yè)的頻譜分析儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)后根據(jù)振幅頻率曲線來(lái)確定。

表2 電機(jī)軸與風(fēng)機(jī)主軸同心度檢查結(jié)果 mm

3 頻譜分析儀檢測(cè)

經(jīng)過(guò)初步分析研究后，遂與通風(fēng)機(jī)廠家聯(lián)系，廠家安排專(zhuān)業(yè)技術(shù)工程師，使用專(zhuān)業(yè)的頻譜分析儀對(duì)2號(hào)通風(fēng)機(jī)振動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)。經(jīng)測(cè)量，2號(hào)主通風(fēng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行3 d期間風(fēng)機(jī)整體振動(dòng)逐漸增大，停機(jī)時(shí)水平振動(dòng)9.8 mm/s，垂直振動(dòng)4.8 mm/s。

經(jīng)過(guò)對(duì)2號(hào)通風(fēng)機(jī)的振幅頻率進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，2號(hào)通風(fēng)機(jī)異常振動(dòng)不是由于風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)不牢造成的。如果是基礎(chǔ)不牢導(dǎo)致的異常振動(dòng)往往導(dǎo)致殼體固有頻譜偏移，產(chǎn)生共振，振動(dòng)被進(jìn)一步放大，甚至可以出現(xiàn)1個(gè)數(shù)量級(jí)的振動(dòng)差別，在振幅頻率圖與數(shù)字的表現(xiàn)上應(yīng)該是在垂直方向上的振動(dòng)，而且振動(dòng)頻率在一倍頻左右，圖1為基礎(chǔ)不牢振幅頻率圖。

圖1 基礎(chǔ)不牢振幅頻率圖

2號(hào)通風(fēng)機(jī)實(shí)測(cè)的振幅頻率圖為10倍頻和20倍頻的振幅，異常振動(dòng)應(yīng)該是由于風(fēng)機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的氣流擾動(dòng)造成的。對(duì)于雙級(jí)軸流式通風(fēng)機(jī)而言，存在兩級(jí)葉片角度配合不同步的問(wèn)題，特別是單電機(jī)長(zhǎng)軸雙級(jí)軸流式通風(fēng)機(jī)，由于兩級(jí)葉片固定在同一長(zhǎng)軸上，葉輪轉(zhuǎn)速相同，兩級(jí)葉片旋轉(zhuǎn)角度差固定不變，如果兩級(jí)葉片角度配合不同步，一級(jí)葉片出風(fēng)量遠(yuǎn)大于二級(jí)葉片所需進(jìn)風(fēng)量，導(dǎo)致一級(jí)葉片的排氣量不能順利通過(guò)二級(jí)葉片排出，在機(jī)殼內(nèi)產(chǎn)生氣流擾動(dòng)現(xiàn)象，引起風(fēng)機(jī)整體振動(dòng)異常[3]。

氣流擾動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)一般具有以下特點(diǎn)：

1）振動(dòng)與機(jī)殼的剛性有一定的關(guān)系，氣流擾動(dòng)帶動(dòng)機(jī)殼振動(dòng)，機(jī)殼振動(dòng)影響氣流的流動(dòng)，氣流擾動(dòng)的振動(dòng)頻率與機(jī)殼的固有振動(dòng)頻率產(chǎn)生共振，因而，氣流擾動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)隨著通風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間加長(zhǎng)會(huì)逐漸增大。

2）氣流擾動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)主要表現(xiàn)在水平方向上，水平方向振動(dòng)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于垂直方向振動(dòng)值，而且在10倍頻或者20倍頻等高頻振幅表現(xiàn)比較明顯。

3）對(duì)于軸流式通風(fēng)機(jī)，氣流擾動(dòng)多引起風(fēng)機(jī)機(jī)殼、進(jìn)出氣口及機(jī)殼基礎(chǔ)振動(dòng)，對(duì)軸承及轉(zhuǎn)子機(jī)械振動(dòng)的影響較小。

4）對(duì)于雙級(jí)軸流式通風(fēng)機(jī)的葉片角度冗余度較大，兩級(jí)葉片角度的偏差容易導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)落入不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域，產(chǎn)生氣流擾動(dòng)帶動(dòng)風(fēng)機(jī)振動(dòng)異常甚至產(chǎn)生喘振。

4 處理工藝及方案

1）檢查兩級(jí)風(fēng)葉角度，并將2號(hào)風(fēng)機(jī)二級(jí)風(fēng)葉角度由-15°調(diào)整為-14.2°。二級(jí)風(fēng)葉角度比一級(jí)風(fēng)葉角度偏大0.2°。試運(yùn)行后振動(dòng)數(shù)據(jù)：水平振動(dòng)6.9 mm/s，垂直振動(dòng) 4.2 mm/s。

2）將2號(hào)風(fēng)機(jī)二級(jí)風(fēng)葉角度由-15°調(diào)整為-14.4°。二級(jí)風(fēng)葉角度比一級(jí)風(fēng)葉角度偏大0.4°。試運(yùn)行后振動(dòng)數(shù)據(jù)：水平振動(dòng)3.9 mm/s，垂直振動(dòng)2.8 mm/s。

3）將2號(hào)風(fēng)機(jī)二級(jí)風(fēng)葉角度由-15°調(diào)整為-14°。二級(jí)風(fēng)葉角度比一級(jí)風(fēng)葉角度偏大1°。試運(yùn)行后振動(dòng)數(shù)據(jù)：水平振動(dòng)5.0 mm/s，垂直振動(dòng)3.1mm/s。

4）將2號(hào)風(fēng)機(jī)二級(jí)風(fēng)葉角度由-15°調(diào)整為-14.5°。二級(jí)風(fēng)葉角度比一級(jí)風(fēng)葉角度偏大0.5°。試運(yùn)行后振動(dòng)數(shù)據(jù)：水平振動(dòng)2.19 mm/s，垂直振動(dòng)1.56 mm/s。

最終確定蘆家峪2號(hào)主通風(fēng)機(jī)振動(dòng)異常是由于風(fēng)機(jī)內(nèi)部氣流擾動(dòng)造成的。將二級(jí)葉片角度進(jìn)行微調(diào)，比一級(jí)葉片角度大0.5°時(shí)，通風(fēng)機(jī)整體振動(dòng)最小，并且趨于穩(wěn)定水平，滿(mǎn)足通風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行條件。蘆家峪2號(hào)通風(fēng)機(jī)在微調(diào)風(fēng)葉角度后，運(yùn)行平穩(wěn)正常，沒(méi)有再次出現(xiàn)振動(dòng)異常現(xiàn)象，從根本上解決了振動(dòng)異常問(wèn)題。

5 結(jié)論

氣流擾動(dòng)引起軸流式通風(fēng)機(jī)振動(dòng)總是存在的，當(dāng)氣流擾動(dòng)較小，風(fēng)機(jī)機(jī)體強(qiáng)度能夠抵御氣流擾動(dòng)時(shí)，振動(dòng)就不能構(gòu)成隱患。所以，蘆家峪1號(hào)通風(fēng)機(jī)沒(méi)有異常振動(dòng)，但2號(hào)通風(fēng)機(jī)由于制造的個(gè)體差異及兩級(jí)葉片出廠精度的原因?qū)е庐a(chǎn)生很大的氣流擾動(dòng)，而且氣流擾動(dòng)是極不穩(wěn)定且動(dòng)態(tài)變化的，當(dāng)氣流擾動(dòng)的振動(dòng)頻率與機(jī)體的固有振動(dòng)頻率產(chǎn)生共振時(shí)將達(dá)到最嚴(yán)重的后果。對(duì)于雙級(jí)軸流式通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的異常振動(dòng)要充分考慮氣流擾動(dòng)的影響因素。

通過(guò)對(duì)蘆家峪雙級(jí)軸流式通風(fēng)機(jī)出現(xiàn)振動(dòng)異常后進(jìn)行各種分析研究檢測(cè)，診斷結(jié)果是由于兩級(jí)葉片角度配合不同步產(chǎn)生氣流擾動(dòng)引起的振動(dòng)問(wèn)題，由此提出了具體有效的風(fēng)機(jī)振動(dòng)故障的處理原則和方法，處理措施實(shí)施后從根本上解決了蘆家峪主通風(fēng)機(jī)的振動(dòng)異常問(wèn)題。

通過(guò)本例還可以認(rèn)為，同時(shí)應(yīng)用多種檢測(cè)和分析方法互為補(bǔ)充對(duì)診斷和處理比較復(fù)雜的振動(dòng)問(wèn)題是十分有效的，特別是頻譜分析儀對(duì)大型設(shè)備的振動(dòng)分析檢測(cè)更為直接直觀，可以使工作人員在第一時(shí)間判斷出振動(dòng)問(wèn)題的根本原因，具體處理措施應(yīng)該多從設(shè)計(jì)方面和工藝方面入手可以保證徹底解決振動(dòng)問(wèn)題。

雙級(jí)軸流式通風(fēng)機(jī)振動(dòng)故障分析與診斷是一項(xiàng)實(shí)踐性很強(qiáng)的技術(shù)，如果不采用專(zhuān)用的檢測(cè)設(shè)備很難查找出根本原因。使用頻譜分析儀對(duì)雙級(jí)軸流式通風(fēng)機(jī)進(jìn)行振動(dòng)分析診斷，并采取針對(duì)性解決措施和工藝，對(duì)今后大型軸流式風(fēng)機(jī)的安裝調(diào)試起到了關(guān)鍵性作用。