李海強(qiáng) 黃建華 李曉配

（1.江蘇徐工國重實驗室科技有限公司，徐州 221004；2.江蘇徐工工程機(jī)械研究院有限公司，徐州 221004）

離心通風(fēng)機(jī)在出廠期、安裝調(diào)試期及運(yùn)行維保期等階段會出現(xiàn)各種各樣的故障。風(fēng)機(jī)在不同階段的故障表現(xiàn)形式不同，相應(yīng)的解決措施也不同。離心通風(fēng)機(jī)故障的原因復(fù)雜，僅靠耳聽、手摸和觀察的方法，很難全面準(zhǔn)確判斷故障原因，往往需要采用先進(jìn)的設(shè)備檢測和診斷技術(shù)進(jìn)行綜合分析。為避免突發(fā)性故障造成的經(jīng)濟(jì)損失，合理安排通風(fēng)機(jī)的維保計劃顯得尤為重要[1]。

文章總結(jié)歸納了離心通風(fēng)機(jī)在不同階段的常見故障，主要分為振動過大、軸承溫升過高和電機(jī)電流過大或溫升過高3類。實際生產(chǎn)中，離心通風(fēng)機(jī)振動過大是最常見的故障，也是影響最大的故障，其次是軸承溫升過高。下面具體分析這3類風(fēng)機(jī)故障，并提出相應(yīng)的解決措施。

1 離心通風(fēng)機(jī)振動過大

離心通風(fēng)機(jī)的技術(shù)條件中規(guī)定，風(fēng)機(jī)振動速度剛性支承有效值不得超過4.6 mm·s-1，撓性支承不得超過7.1 mm·s-1[2]。在出廠期和安裝調(diào)試期產(chǎn)生的振動過大，通常開機(jī)后可以發(fā)現(xiàn)，振動原因相對易判斷，主要為動靜部件之間的干涉、轉(zhuǎn)子的不平衡以及軸不對中等。在運(yùn)行維保期發(fā)生的振動往往開始時振動較小，隨著運(yùn)行時間的推移，振動越來越大。振動的原因錯綜復(fù)雜、難以判斷，往往需要借助先進(jìn)的檢測設(shè)備和診斷技術(shù)才能全面準(zhǔn)確地分析故障原因。

1.1 轉(zhuǎn)子不平衡

轉(zhuǎn)子不平衡是離心通風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中引起振動過大的最常見原因[3]。通常由于出廠前沒有做好葉輪動靜平衡，使用時葉片表面積灰、葉片腐蝕或磨損、主軸彎曲以及葉輪連接件松動等導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不平衡。它的典型特征表現(xiàn)為振動值水平方向最大、軸向較小，且振動值隨轉(zhuǎn)速升高而增大，如圖1所示。圖1中1倍頻處幅值最大，時域波形呈正弦曲線，此時轉(zhuǎn)子需要重新運(yùn)動來保持平衡。

1.2 軸不對中

采用電機(jī)直連通風(fēng)機(jī)或通過聯(lián)軸器連接通風(fēng)機(jī)時，通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸線和電機(jī)轉(zhuǎn)子軸線不重合稱為軸不對中，可分為平行不對中、角度不對中、平行和角度不對中3種情況。在實際安裝運(yùn)行時，機(jī)組若未考慮軸向位移的補(bǔ)償量，將會引起通風(fēng)機(jī)和電機(jī)的振動。通常徑向振動較大有可能出現(xiàn)高次諧波，導(dǎo)致振動不穩(wěn)定，同時負(fù)荷變化會導(dǎo)致振動值變化[4]。軸不對中故障產(chǎn)生的頻譜圖和時域波形圖，如圖2所示。

（1）轉(zhuǎn)子徑向振動出現(xiàn)2倍頻，以1倍頻和2倍頻分量為主。不對中越嚴(yán)重，2倍頻所占比例越大。

（2）轉(zhuǎn)子軸向振動在1倍頻、2倍頻甚至3倍頻處存在穩(wěn)定的高峰，一般達(dá)到徑向振動的50%以上。若與徑向振動一樣大或更大，表明軸不對中情況嚴(yán)重，應(yīng)及時處理。一般4～10倍頻分量較小。

（3）時域波形穩(wěn)定，每轉(zhuǎn)出現(xiàn)1個、2個或3個峰值。

若檢測發(fā)現(xiàn)軸不對中情況，需要停機(jī)檢查電機(jī)、聯(lián)軸器和風(fēng)機(jī)之間的同軸度。只有保證同軸度，合理預(yù)留風(fēng)機(jī)、電機(jī)和聯(lián)軸器之間的間隙，才能有效減小軸不對中引起的振動[5]。

1.3 軸承箱基礎(chǔ)剛度弱

機(jī)座連接不牢固、地基不穩(wěn)以及地腳螺栓松動等，都將引起劇烈的振動現(xiàn)象。它的振動特征為在松動的地腳螺栓處軸承座的振動最大，以徑向分量最大，振動頻率為轉(zhuǎn)速的1、3、5等奇數(shù)倍頻率組合，其中3倍頻的分量值最高。因此，相關(guān)人員需要定期檢查，緊固軸承座和地腳螺栓螺母等。

1.4 滾動軸承異常

滾動軸承異常主要包括軸承裝配不良和滾動軸承損壞。軸承裝配不良的主要原因包括軸彎曲、軸承安裝傾斜、軸承內(nèi)圈裝配后與軸心線不重合以及兩端支撐的軸承座同軸度差。振動特征為振動值軸向最大，振動頻率與旋轉(zhuǎn)速度相等。需要檢查主軸和軸承座的同軸度等并分析故障原因，再根據(jù)具體原因采取相應(yīng)的解決措施[6]。

滾動軸承損壞的原因主要包括滾動軸承制造質(zhì)量差、潤滑不良、異物進(jìn)入、與軸承箱的配合不符合標(biāo)準(zhǔn)以及長期超負(fù)荷運(yùn)行等，導(dǎo)致軸承表面損壞、滾珠磨損變形、滾道表面金屬剝落以及保持架碎裂等，從而引起軸承座產(chǎn)生振動。這種振動穩(wěn)定性差，可檢測高頻沖擊振動信號。振動的振幅在水平、垂直、軸向3個方向均有可能最大，軸承箱在損壞軸承處會出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象。如果發(fā)現(xiàn)軸承損壞，應(yīng)立刻停機(jī)并及時更換合格的軸承，同時需采用正確的安裝和潤滑方式減少此類故障發(fā)生的頻次。

1.5 工作轉(zhuǎn)速接近轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速

當(dāng)通風(fēng)機(jī)的工作轉(zhuǎn)速接近通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速時，發(fā)生共振，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的振動急劇增加。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于或高于這一轉(zhuǎn)速時，通風(fēng)機(jī)可平穩(wěn)運(yùn)行。因此，在實際工作中應(yīng)避免在轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速處工作。

1.6 風(fēng)道系統(tǒng)振動

風(fēng)道系統(tǒng)中氣流的壓力脈動與擾動引起的振動，主要包括進(jìn)氣箱渦流脈動、風(fēng)道局部渦流、機(jī)殼和風(fēng)道壁剛度不夠以及旋轉(zhuǎn)失速等。這種振動常常沒有規(guī)律，振幅隨風(fēng)量增加而增大，需要優(yōu)化設(shè)計進(jìn)氣箱和流道結(jié)構(gòu)、加固蝸殼和管道等，以減小氣流脈動和擾動引起的振動。

1.7 動靜部件之間干涉

集流器與葉輪干涉、葉輪與機(jī)殼干涉、主軸與密封干涉等都會引起振動增加。轉(zhuǎn)速較低時，通常能聽見因干涉而引起的摩擦聲音。高轉(zhuǎn)速時，摩擦聲音可能會被氣流聲淹沒，但此時振動較大。此時，可停機(jī)檢查動靜部件之間的間隙，同時撥動轉(zhuǎn)子找出具體干涉的位置，并采取打磨和重新裝配等方式消除干涉。

2 軸承溫升過高

離心通風(fēng)機(jī)的技術(shù)條件中規(guī)定，軸承溫度一般不得高于環(huán)境溫度40 ℃[7]。據(jù)不完全統(tǒng)計，風(fēng)機(jī)故障40%由軸承引起，既與軸承本身的質(zhì)量有關(guān)，又與軸系的設(shè)計、軸承的安裝和維護(hù)有關(guān)。

2.1 潤滑或冷卻不良

相關(guān)人員不按規(guī)定加注或更換潤滑劑、潤滑劑變質(zhì)、雜質(zhì)進(jìn)入潤滑系統(tǒng)以及冷卻系統(tǒng)功能異常等，都會導(dǎo)致軸承溫升過高和軸承損壞，從而引起大的振動，因此需要經(jīng)常檢查軸承潤滑供油與冷卻情況。軸承的潤滑油正常使用時，至少半年更換一次。首次使用時，需在1～2個月檢驗潤滑油油質(zhì)，并根據(jù)油質(zhì)判斷是否換油。換油時，應(yīng)將舊油徹底放干凈后才能加入新油。定期加注潤滑脂時，保證端蓋內(nèi)的潤滑脂容積占端蓋內(nèi)容積的1/3～2/3。加注過滿不利于散熱，而加注過少需要增加加油頻次，容易出現(xiàn)加油不及時導(dǎo)致潤滑不良的問題。

2.2 前后兩軸承安裝不同心

當(dāng)前后兩軸承安裝不同心時，會使軸承受力不均勻，加速滾子與滾道間的摩擦，導(dǎo)致軸承溫度升高。因此，需要保證軸承座本身的同軸度和兩個軸承座安裝的同軸度，以優(yōu)化加工工藝，借助工裝、焊后加工以及采用基準(zhǔn)統(tǒng)一原則加工座孔等方式保證同軸度。

2.3 軸承外圈相對軸承座轉(zhuǎn)動或者內(nèi)圈相對軸轉(zhuǎn)動

軸承外圈相對軸承座轉(zhuǎn)動或者內(nèi)圈相對軸轉(zhuǎn)動，會因摩擦生熱長時間高度運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致軸承外圈與軸承座孔的間隙加大，造成溫升加速和振動加大。此時，需要根據(jù)使用條件合理設(shè)計軸承內(nèi)外圈與軸承座孔、軸的配合尺寸，以保證軸承的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.4 軸承游隙設(shè)計不合理

根據(jù)風(fēng)機(jī)使用情況選擇合適的軸承游隙至關(guān)重要。游隙選擇過大會導(dǎo)致通風(fēng)機(jī)振動加大，久而久之軸承溫度升高，加速軸承損壞；游隙選擇過小會導(dǎo)致軸承滾子與滾道間磨損加劇，長時間運(yùn)轉(zhuǎn)會導(dǎo)致軸承溫升過高，縮短軸承壽命。因此，需要根據(jù)通風(fēng)機(jī)的使用情況選擇合適的軸承游隙。通常軸承手冊或者軸承樣本中都有專門介紹如何選擇軸承游隙的內(nèi)容。

2.5 軸承箱劇烈振動

軸承箱劇烈振動會增加軸承所受的徑向力，進(jìn)而增加滾子與滾道的摩擦力。在軸承高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，摩擦生熱會導(dǎo)致軸承溫升過高。因此，當(dāng)發(fā)現(xiàn)軸承箱劇烈振動時，必須停機(jī)檢查振動原因，待解決振動問題后方可開機(jī)運(yùn)行。

2.6 軸承損壞或主軸彎曲

軸承損壞后若繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，勢必會造成軸承溫升和振動加劇，甚至出現(xiàn)飛車現(xiàn)象。因此，軸承損壞后一定要及時更換。更換軸承前，需將軸承箱清洗干凈，保持軸承清潔，并將軸承加熱到70～80 ℃后再裝入軸上，不得強(qiáng)行裝配，以避免傷及軸承和主軸。主軸彎曲會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子振動加劇，加大軸承所受載荷和軸承滾子與滾道間的摩擦力，導(dǎo)致軸承溫升加劇，縮短軸承壽命，因此當(dāng)主軸彎曲時需要及時更換主軸。

3 電機(jī)電流過大或溫升過高

3.1 電機(jī)超載

電機(jī)儲備系數(shù)選擇不合理、未考慮冬季和夏季的溫差對風(fēng)機(jī)性能的影響、未考慮海拔對風(fēng)機(jī)性能的影響等，都會導(dǎo)致電機(jī)功率不匹配。冬季比夏季氣溫較低，氣體密度加大，所需壓力升高會導(dǎo)致風(fēng)機(jī)所需功率增加，進(jìn)而引起電機(jī)超載。高海拔比低海拔空氣稀薄，氣壓低，氣體密度小，因此低海拔的運(yùn)行工況無法滿足高海拔的工作需求。此時，需要提高轉(zhuǎn)速或加大調(diào)節(jié)門開度以提高風(fēng)量風(fēng)壓，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)所需功率增加，引起電機(jī)超載。因此，需要根據(jù)風(fēng)機(jī)使用環(huán)境和工況條件選擇合適的電機(jī)儲備系數(shù)。通常情況下，一般用途的通風(fēng)機(jī)電機(jī)儲備系數(shù)按表1選擇，電機(jī)額定功率P電機(jī)≥P風(fēng)機(jī)f。在非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，運(yùn)行的壓力和密度換算可按照式（1）和式（2）計算。

表1 電機(jī)儲備系數(shù)

式中：Pm為tm=20 ℃時的壓強(qiáng)，Pa；P為實際使用溫度t時的壓強(qiáng)，Pa；P0為大氣壓強(qiáng)，Pa；ρ為實際使用溫度t時的密度，kg·m-3。

3.2 啟動時，調(diào)節(jié)門未關(guān)閉

根據(jù)離心通風(fēng)機(jī)的特性曲線可知，通風(fēng)機(jī)機(jī)軸功率隨著風(fēng)量增加而增加。如果調(diào)節(jié)門全開，啟動電機(jī)會造成啟動負(fù)荷過大而燒壞電機(jī)。為了安全啟動，離心通風(fēng)機(jī)需在啟動時關(guān)閉調(diào)節(jié)門，待風(fēng)機(jī)達(dá)到正常工作轉(zhuǎn)速后，再逐步打開調(diào)節(jié)門。

3.3 電機(jī)輸入電壓過低或電源單相斷電

電機(jī)輸入電壓過低或電源單相斷電會引起電機(jī)供電不足，導(dǎo)致電機(jī)輸出功率下降，引起電機(jī)超載甚至燒毀電機(jī)。此時，應(yīng)根據(jù)控制柜上的電流電壓表顯示的情況分析具體的原因。

3.4 通風(fēng)機(jī)性能與系統(tǒng)不匹配

通常情況下，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜會導(dǎo)致難以精確計算系統(tǒng)阻力。如果系統(tǒng)實際阻力比設(shè)計阻力小很多，會導(dǎo)致通風(fēng)機(jī)的富余量過大，造成通風(fēng)機(jī)在低壓力、大流量區(qū)域運(yùn)行。通風(fēng)機(jī)功率會隨著流量的增加而增加，容易引起電機(jī)超載，因此需要在設(shè)備調(diào)試階段調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)門開度或電機(jī)轉(zhuǎn)速使通風(fēng)機(jī)性能與系統(tǒng)阻力匹配，切不可直接按照設(shè)計轉(zhuǎn)速或者調(diào)節(jié)門開度直接運(yùn)行。

4 結(jié)語

離心通風(fēng)機(jī)的故障原因較多，分析總結(jié)常見故障原因，主要分為振動過大、軸承溫升過高和電機(jī)電流過大或溫升過高3類。文章分析這3類故障的表現(xiàn)特征，提出了相應(yīng)的解決措施。在實際使用過程中，有些故障不是一種原因造成的，需要綜合分析故障原因，必要時采用先進(jìn)的檢測設(shè)備和診斷技術(shù)全面準(zhǔn)確找出故障原因，以便及時采取有效的解決措施。