呂杰明

（山東華魯恒升化工股份有限公司，山東 德州 253000）

風(fēng)機(jī)廣泛應(yīng)用于天然氣、石油、化工、冶金等能源和工業(yè)領(lǐng)域，是這些領(lǐng)域的核心設(shè)備之一，其運(yùn)行狀態(tài)不僅影響經(jīng)濟(jì)效益，也涉及人身安全。尤其在化工中的尼龍行業(yè)，國(guó)外進(jìn)口風(fēng)機(jī)占據(jù)大多數(shù)。某廠在2020年全年某進(jìn)口冷卻風(fēng)機(jī)多次出現(xiàn)無(wú)規(guī)則波動(dòng)，一度逼近停車(chē)值，但往往加注潤(rùn)滑脂后振值有所下降，這種異?，F(xiàn)象對(duì)尼龍的冷卻不夠穩(wěn)定，對(duì)尼龍的安全生產(chǎn)危害很大。為此，在大修工作中提前聯(lián)系廠家，采取了有效的手段，避免了事故的擴(kuò)大化。

1 風(fēng)機(jī)簡(jiǎn)介

該風(fēng)機(jī)是某廠尼龍裝置中，國(guó)外進(jìn)口用于輸送冷卻料倉(cāng)的氮?dú)庋h(huán)風(fēng)機(jī)。其壓差為10.2kPa，入口溫度為95℃，總重量為1.32T，進(jìn)口介質(zhì)為氮?dú)猓L(fēng)機(jī)的軸功率為40.5kW，流量為3.309m3/s，一級(jí)壓縮，懸臂式風(fēng)機(jī)，由2950r/min的電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)。該風(fēng)機(jī)有2個(gè)軸承，均為深溝球軸承，用于承擔(dān)徑向力。

2 風(fēng)機(jī)事故現(xiàn)象

該風(fēng)機(jī)在過(guò)去長(zhǎng)達(dá)一年時(shí)間內(nèi)，多次出現(xiàn)震動(dòng)異常。如圖1中第二條線，波動(dòng)并不規(guī)律，有時(shí)三天一波動(dòng)，有時(shí)半個(gè)月一波動(dòng)，最高振值為4.9mm/s，該風(fēng)機(jī)高爆值就是4.5mm/s，日常波動(dòng)接近高爆值。但每次風(fēng)機(jī)一出現(xiàn)波動(dòng)，如果往軸承油嘴注射潤(rùn)滑脂，效果往往有好轉(zhuǎn)，隨即下降。該風(fēng)機(jī)日常測(cè)溫，前后2個(gè)軸承溫度均正常在53℃左右。圖1中第一條線代表電流，可見(jiàn)電流與振動(dòng)并無(wú)直接關(guān)系。頻率一直維持在53Hz，振值和頻率也無(wú)太大關(guān)系。為防止由于振動(dòng)導(dǎo)致的跳車(chē)，這次借系統(tǒng)停車(chē)機(jī)會(huì)，聯(lián)系廠家，準(zhǔn)備拆檢風(fēng)機(jī)，徹底消除這一隱患。

圖1

3 風(fēng)機(jī)事故原因分析

3.1 葉輪結(jié)垢造成動(dòng)不平衡故障

首先拆掉進(jìn)口膨脹節(jié)和葉輪前蓋，發(fā)現(xiàn)葉輪底部排液口內(nèi)白色粉末較多，應(yīng)該是在氣體輸送過(guò)程中介質(zhì)不夠干凈，有某些低聚物的匯集。仔細(xì)查看葉輪，在閉式葉輪上未發(fā)現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，可以排除是葉輪結(jié)垢導(dǎo)致的動(dòng)不平衡現(xiàn)象。

3.2 聯(lián)軸器松動(dòng)導(dǎo)致質(zhì)量偏心進(jìn)而動(dòng)不平衡故障

拆檢中發(fā)現(xiàn)，風(fēng)機(jī)聯(lián)軸器所用的形式是LLA型輪胎式聯(lián)軸器，其聯(lián)軸器是開(kāi)口的，且開(kāi)口較大，約2cm的開(kāi)口，而正常裝配的輪胎式聯(lián)軸器開(kāi)口處應(yīng)緊緊聯(lián)在一起，懷疑聯(lián)軸器上緊固的螺栓也未完全拔緊，試緊固，發(fā)現(xiàn)所有螺栓均松動(dòng)。取下聯(lián)軸器后，發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器上橡膠有裂紋，如圖2?？梢哉J(rèn)為是聯(lián)軸器松動(dòng)導(dǎo)致質(zhì)量有所偏心進(jìn)而動(dòng)不平衡故障或聯(lián)軸器出現(xiàn)裂紋導(dǎo)致對(duì)中差進(jìn)而不對(duì)中故障。

圖2 輪胎式聯(lián)軸器橡膠裂紋圖

3.3 軸承損壞導(dǎo)致的振動(dòng)高故障

取下驅(qū)動(dòng)端、非驅(qū)動(dòng)端軸承時(shí)，發(fā)現(xiàn)軸承室內(nèi)部潤(rùn)滑脂較多，且靠近非驅(qū)動(dòng)端的軸承潤(rùn)滑脂有大面積發(fā)黑現(xiàn)象，正常來(lái)說(shuō)，前后軸承應(yīng)全部是黃色，出現(xiàn)發(fā)黑現(xiàn)象證明是高溫下導(dǎo)致的潤(rùn)滑脂變質(zhì)，潤(rùn)滑脂中出現(xiàn)積碳。從圖3中看靠近軸承的軸承壓蓋處黃油對(duì)比可得出非驅(qū)動(dòng)端軸承存在高溫摩擦現(xiàn)象。軸承室和軸承之間采用的是間隙配合，可輕易從軸承室內(nèi)取下軸及軸承。取下后，發(fā)現(xiàn)非驅(qū)動(dòng)段軸承外軌有摩擦劃痕，軸承室內(nèi)部和軸承接觸部分有明顯摩擦粗糙感如圖4。然后從軸上拆卸非驅(qū)動(dòng)端軸承和驅(qū)動(dòng)端軸承時(shí)，用了氣焊加熱，再用銅棒敲打軸承再下落的辦法，拆卸下來(lái)的軸承內(nèi)軌和滾珠普遍有高溫變色的痕跡，無(wú)法判斷是由于氣焊加熱還是軸承在正常滾動(dòng)中造成的痕跡。但非驅(qū)動(dòng)端軸承外軌損壞應(yīng)該是導(dǎo)致的振動(dòng)高的直接原因。

圖3 前后軸承壓蓋黃油對(duì)比圖

圖4 軸承室內(nèi)部與外軌接觸面存在劃痕

經(jīng)以上信息判斷，可能是聯(lián)軸器松動(dòng)導(dǎo)致的不平衡或不對(duì)中造成軸的跳動(dòng)，軸和軸承一起跳動(dòng)，導(dǎo)致非驅(qū)動(dòng)端軸承與軸承室內(nèi)壁摩擦現(xiàn)象。之所以每次出現(xiàn)異常，加注工業(yè)黃油管用，主要是因?yàn)樘畛涞狞S油卡在了軸承外軌和軸承室內(nèi)壁之間，增加了阻抗，降低了振動(dòng)。軸承監(jiān)測(cè)溫度未有異常，也有可能是黃油太多，熱量未完全傳遞到測(cè)溫元件上。

4 風(fēng)機(jī)試車(chē)后異常狀況

準(zhǔn)備回裝，將前后2個(gè)軸承及聯(lián)軸器全部更換后，試車(chē)，測(cè)量非驅(qū)動(dòng)端的軸承振動(dòng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電機(jī)頻率為49Hz時(shí)，振動(dòng)速度為1.2mm/s左右，但是，當(dāng)頻率增大到50Hz時(shí)，振動(dòng)速度陡然變?yōu)?.27mm/s左右，當(dāng)頻率再增大到51Hz時(shí)，振動(dòng)速度就下降為2.9mm/s。當(dāng)頻率再增大到53Hz時(shí)，振動(dòng)速度就下降為2.5mm/s。多次嘗試調(diào)整轉(zhuǎn)速，均出現(xiàn)此特征，就是50Hz是個(gè)臨界轉(zhuǎn)速的頻率，低于50Hz或高于50Hz振動(dòng)都減少。查看其頻譜圖，發(fā)現(xiàn)一倍頻額外高，且主要是一倍頻。此風(fēng)機(jī)使用的是撓性軸，撓性軸的工作轉(zhuǎn)速應(yīng)在第一臨界轉(zhuǎn)速的1.3倍以上，再仔細(xì)查看銘牌上風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為3530r/min中，而工藝人員為滿(mǎn)足生產(chǎn)需求，日常開(kāi)車(chē)中未將轉(zhuǎn)速提到3530r/min上，常用的頻率是53Hz，也就是3180r/min，3180r/min和3000r/min較為接近，且振值較高。結(jié)合一倍頻高和振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速敏感的信息，懷疑是動(dòng)不平衡的因素較多，準(zhǔn)備進(jìn)行在線動(dòng)平衡。

5 動(dòng)平衡理論及試驗(yàn)

5.1 現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡理論及方法

旋轉(zhuǎn)中質(zhì)量不平衡的轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)中會(huì)產(chǎn)生不平衡力。會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的升高，不平衡力會(huì)越來(lái)越大，并通過(guò)振動(dòng)的形式表現(xiàn)出來(lái)，嚴(yán)重的會(huì)造成圖4中軸承損壞的后果。質(zhì)量不平衡的轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的不平衡量疊加起來(lái)可視作在一個(gè)點(diǎn)上的矢量。而現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡要做的就是通過(guò)配重或減重的方法重新讓這個(gè)點(diǎn)上的矢量平衡起來(lái)。

現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡常用的方法有三元法現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡和矢量法現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡。三元現(xiàn)場(chǎng)法較為復(fù)雜，需要啟停多次，在圓周方向上均分3處，在每處分別加等量配重并計(jì)算配重對(duì)振幅的影響，然后根據(jù)振幅的變化算出理論上位置的輕點(diǎn)，在輕點(diǎn)位置施加配重來(lái)平衡轉(zhuǎn)子。但三元法只適合剛性轉(zhuǎn)子的單面動(dòng)平衡，即單盤(pán)和中低速轉(zhuǎn)子，不適合精密儀器尋找動(dòng)平衡。三元法若是碰上對(duì)加上配重振動(dòng)不明顯的轉(zhuǎn)子，那么，這種平衡精度較低，導(dǎo)致失敗的案例也有很多。而矢量法相對(duì)來(lái)說(shuō)較為簡(jiǎn)單，適合精密儀器，可以通過(guò)一次配重計(jì)算出理論重點(diǎn)，可以在短時(shí)間內(nèi)提高動(dòng)平衡的效率。

5.2 現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡試驗(yàn)

廠家采用的是矢量圖平衡法來(lái)處理轉(zhuǎn)子不平衡故障。廠家通過(guò)在軸承上裝傳感器，把采集的信號(hào)進(jìn)行處理，確定轉(zhuǎn)子校正面上的振值和相位，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡儀增加重量消除不平衡量。具體操作手法是：（1）啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，在50HZ時(shí)，測(cè)量原始速度矢量A，OA為3.27mm/s，角度為50°，并將OA畫(huà)在極坐標(biāo)上。（2）根據(jù)動(dòng)平衡儀嘗試安裝試加重質(zhì)量13.2g，角度為α（葉輪上作動(dòng)平衡提前打孔裝配重的只有每隔90°有一個(gè)孔，共4個(gè)孔），并畫(huà)出試加后的速度矢量B，OB為4.44mm/s，角度為94°，并將OB畫(huà)在極坐標(biāo)上。（3）得出矢量AB為試加質(zhì)量所引起的振動(dòng)。（4）采用去除原試加件，另加新件重量的方法。根據(jù)振動(dòng)速度與不平衡量成正比，得出應(yīng)該要校正的質(zhì)量為（OA/AB）×13.2g=14.1g，角度應(yīng)為α+∠OAB等于OA的反方向。（5）但廠家考慮到在OA的反方向重新配重需要鉆眼攻絲，因?yàn)槿~輪上作動(dòng)平衡提前打孔裝配重的只有每隔90°只有一個(gè)孔，所以決定不完全消除平衡量，只消除大部分平衡量的辦法來(lái)改進(jìn)。所以要校正的質(zhì)量為DA線，也就是OA的反方向在α+90°線上作投影線，質(zhì)量為13.6g，要校正的方向也是在α+90°的葉輪上，具體如圖6。

圖5 風(fēng)機(jī)平衡矢量圖圖

圖6 風(fēng)機(jī)部分平衡矢量圖

風(fēng)機(jī)經(jīng)過(guò)在線動(dòng)平衡，測(cè)振發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)端軸承和非驅(qū)動(dòng)端軸承在50HZ時(shí)，振動(dòng)速度均明顯下降，分別為1.5mm/s、1.3mm/s。驅(qū)動(dòng)端軸承和非驅(qū)動(dòng)端軸承在53Hz時(shí)，振動(dòng)速度分別為1.33mm/s、1.1mm/s，符合JBT8689中有關(guān)速度有效值的規(guī)定，可以認(rèn)為這種能夠平衡大部分矢量的方法是可取的。從本文得出風(fēng)機(jī)動(dòng)不平衡的可能的幾個(gè)特征：一是頻譜圖以一倍頻為主，且隨轉(zhuǎn)速變化明顯；二是聯(lián)軸器明顯質(zhì)量偏心；三是非驅(qū)動(dòng)端軸承率先損壞，有可能是外軌與軸承室發(fā)生摩擦。

6 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)尼龍項(xiàng)目某國(guó)外進(jìn)口風(fēng)機(jī)事故仔細(xì)分析原因，排除了葉輪結(jié)垢的可能性，懷疑是聯(lián)軸器松動(dòng)導(dǎo)致的不平衡或不對(duì)中造成軸和軸承一起跳動(dòng)，再導(dǎo)致非驅(qū)動(dòng)端軸承與軸承室內(nèi)壁摩擦現(xiàn)象。又經(jīng)過(guò)試車(chē)，最終判斷為動(dòng)不平衡的原因?qū)е嘛L(fēng)機(jī)振動(dòng)大，并協(xié)同廠家一并用矢量圖平衡法進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)，在短時(shí)間內(nèi)就完成了動(dòng)平衡試驗(yàn)，取得了明顯效果。在用矢量圖平衡法進(jìn)行計(jì)算時(shí)，廠家并未嚴(yán)格完全消除不平衡量，這種做法只能作為借鑒，不能作為指導(dǎo)工作。好在最后測(cè)振得出的結(jié)論是合格。工藝人員在不了解設(shè)備基本情況時(shí)，盲目降低轉(zhuǎn)速維持生產(chǎn)是不可行的，風(fēng)機(jī)設(shè)備的基本參數(shù)都是有其設(shè)計(jì)依據(jù)的，因此必須在實(shí)踐中認(rèn)真摸索并進(jìn)行改進(jìn)。希望本文對(duì)風(fēng)機(jī)管理工作者有啟發(fā)作用。