何湘岳

（江西銅業(yè)集團有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

風(fēng)機是輸送氣體的流體機械，風(fēng)機按作用原理一般分為離心式、軸流式、往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式等。離心通風(fēng)機廣泛用于工廠、礦井、車輛、船舶和建筑物的通風(fēng)冷卻、消煙除塵、氣流輸送。離心通風(fēng)機具有效率高、流量大、輸出流量均勻、結(jié)構(gòu)簡單、噪音小及操作簡便等優(yōu)點［1］。離心通風(fēng)機實物圖如圖1所示。

圖1 離心通風(fēng)機實物圖

2 離心通風(fēng)機工作原理及基本構(gòu)造

離心通風(fēng)機工作時，電機帶動葉輪旋轉(zhuǎn)，利用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪將氣體加速， 使葉輪葉片間的氣體在離心力的作用下由葉輪中心處向四周擴散運動，從而使氣體獲得一定壓力能和動能。當氣體通過蝸殼時，由于截面逐漸增大，流速減慢，部分動能轉(zhuǎn)化為壓力能，氣體從出風(fēng)口進入管道。在葉輪中心處，由于氣體被離心力甩出，形成一定的負壓，由于大氣壓的作用，從而使吸入口的空氣被吸入風(fēng)機，隨著電機的旋轉(zhuǎn)，空氣被不斷的吸入風(fēng)機，最后從排出口排出［2］。離心通風(fēng)機主要部件有葉輪、機殼、主軸、軸承和集流器等。離心通風(fēng)機內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 離心通風(fēng)機內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

3 機械振動的定義及分類

各種機械的運轉(zhuǎn)過程總是伴隨著各種各樣的振動，用測振儀器放在設(shè)備上可以測量到不同程度的振動。有時機器運行時發(fā)出的音響也是某些零部件振動的反應(yīng)。振動是一種特殊的運動形式，它是物體或質(zhì)點在其平衡位置附近所做的往復(fù)運動，如果振動物體是機械的零部件、整機或其它形式的機械結(jié)構(gòu)，這種振動稱為機械振動［3］。振動的強弱用振動量來衡量，振動量可以是振動體的位移、速度或加速度。

機械振動有不同的分類方法：按產(chǎn)生振動的原因分為自由振動、強迫振動、自激振動。如設(shè)備由于不平衡、不對中引起的振動屬于強迫振動；油膜渦動、振蕩屬于自激振動［4］。按振動的規(guī)律分為簡諧振動、非諧周期振動和隨機振動。大多數(shù)機械設(shè)備的振動是周期振動或準周期振動。按振動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的特性分為線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)。線性系統(tǒng)內(nèi)的恢復(fù)力、阻尼力和慣性力分別與位移、速度和加速度成線性關(guān)系，但隨著振幅的增大，有些線性系統(tǒng)將變成非線性系統(tǒng)。

4 離心通風(fēng)機振動偏大的主要原因及頻譜特征

引起離心風(fēng)機機械振動偏大的原因主要有：轉(zhuǎn)子不平衡，包含轉(zhuǎn)子本身出廠平衡未達標或運行時轉(zhuǎn)子受損、積灰引起的失衡；聯(lián)軸器和軸承安裝不對中，對中要求不達標；設(shè)備基礎(chǔ)不牢或緊固件松動；軸彎曲；設(shè)備動靜摩擦引起；軸承損壞；齒輪磨損、偏心或損壞；扭矩變化；電磁力或水動力引起等。旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備振動判定標準如圖3所示。旋轉(zhuǎn)機械大部分故障可以從振動中檢驗出來。測振，信號分析一直是預(yù)知維修的主要手段，利用振動信號對設(shè)備故障進行監(jiān)測和診斷具備普遍意義，大部分機器設(shè)備都適合采用測量振動來進行狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷。振動監(jiān)測和故障診斷技術(shù)就是一門對設(shè)備的振動信號進行檢測、分析處理、故障識別和預(yù)報的技術(shù)。頻譜分析法是最基本和最常用的方法，每種故障有其對應(yīng)的特征頻率，根據(jù)特征頻率及其變化可以確定機器的故障部位和嚴重程度［5］。轉(zhuǎn)動機械常見故障的頻率特征如表1所示。

圖3 旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備振動判定標準圖

表1 轉(zhuǎn)動機械常見故障的頻率特征

5 離心通風(fēng)機典型故障案例頻譜分析

5.1 不對中頻譜分析案例

某廠排煙離心通風(fēng)機大修后軸承溫度振動異常偏高，風(fēng)機轉(zhuǎn)速750r/min。增加冷卻風(fēng)扇后降溫效果不明顯，為了查找風(fēng)機運行異常的原因，用頻譜測振分析儀對設(shè)備進行數(shù)據(jù)采集。風(fēng)機聯(lián)軸器側(cè)軸承振動波形頻譜圖如圖4所示。

圖4 振動波形頻譜圖（測點信息OverAll值：5.058mm/sRMS值：3.400mm/s）

風(fēng)機聯(lián)軸器側(cè)軸承振動指標及峰值如表2所示。

表2 振動指標及主要峰值

診斷分析與驗證：從測量數(shù)據(jù)看，風(fēng)機聯(lián)軸器側(cè)軸承振動相對較大，該風(fēng)機轉(zhuǎn)速是750r/min，則轉(zhuǎn)頻為12.5Hz，從頻譜圖中顯示二倍頻25Hz對應(yīng)幅值4.9mm/s，從上判斷設(shè)備存在不對中缺陷，該廠隨即對風(fēng)機進行對中調(diào)整后，風(fēng)機軸承溫度振動達到正常水平。

5.2 不平衡頻譜分析案例

某廠一臺電機轉(zhuǎn)速為1500r/min的懸臂送風(fēng)機，運行時主要異常表現(xiàn)為軸承振動偏大，葉輪側(cè)軸承現(xiàn)場采集的波形頻譜圖如圖5所示。

圖5 風(fēng)機振動波形頻譜圖

風(fēng)機葉輪側(cè)軸承振動指標及峰值如表3所示。

表3 風(fēng)機振動指標及主要峰值

診斷分析與驗證：通過風(fēng)機運行轉(zhuǎn)速可以計算出其基頻為25Hz，從以上數(shù)據(jù)采集和頻譜圖可以看出在頻率為25Hz時，對應(yīng)的一個峰值為19.2mm/s，也就說送風(fēng)機運行時在1倍頻出現(xiàn)振動峰值。意味著振動偏大是由于轉(zhuǎn)子不平衡所引起，結(jié)合脈沖、裕度、歪度、帩度等各時域指標分析，判斷是由于風(fēng)機葉輪的不平衡所造成的水平振動偏大現(xiàn)象，安排檢修人員對風(fēng)機人孔拆卸，對葉輪進行清理及做動平衡后恢復(fù)正常。

5.3 軸承故障頻譜分析案例

某廠一臺除塵風(fēng)機運行時軸承振動突然增大，為了查找故障原因消除設(shè)備隱患，對其進行了振動數(shù)據(jù)采集。振動波形頻譜圖如圖6所示。

圖6 風(fēng)機波形頻譜圖

軸承振動指標及峰值如表4所示。

表4 風(fēng)機振動指標值及主要峰值

診斷分析與驗證：從時域波形圖中看，存在較強的沖擊信號；從指標參數(shù)看時域指標中的峭度值大于3，為5.58；從頻譜圖中看在機組運行過程中存在高頻振動信號，其頻率對應(yīng)峰值主要集中在200Hz附近。通過查找風(fēng)機軸承型號，計算出軸承滾動體特征頻率與故障頻率吻合，判斷為機組軸承滾動體故障［6］。對該風(fēng)機解體檢修,實際結(jié)果與診斷相符，通過更換軸承后運行正常。

6 結(jié)語

頻譜分析是機械設(shè)備故障診斷中用得最廣泛的信號處理方法，通過對離心通風(fēng)機采用頻譜分析是設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷中的一種方法，其同樣適用于其它機械旋轉(zhuǎn)設(shè)備，是預(yù)知維修的基礎(chǔ)和技術(shù)支撐，在不停機或基本不拆卸設(shè)備的情況下，能定量地掌握設(shè)備狀態(tài)，預(yù)知設(shè)備異?；蚬收系脑颉６ㄆ诨蜻B續(xù)地對設(shè)備進行狀態(tài)監(jiān)測，并根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的結(jié)果，查明設(shè)備有無劣化或故障征兆，再酌情安排檢修，對設(shè)備安全穩(wěn)定運行具有重要參考意義。