篦冷機風機故障的診斷研究

王偉　教傳艷

摘 要：風機設備故障造成整個生產線停產的事故在水泥廠時有發生，風機的故障是可以通過振動診斷技術來提前進行預防的，故障的振動信號是含有大量豐富重要的信息，通過這些信息來反映出故障所具有的振動特性。頻譜圖是頻譜分析法對診斷信息的一種表達方式。頻譜分析方法對水泥廠篦冷機及其他設備所用風機的管理與維修提供了科學根據。

關鍵詞：風機故障 頻譜分析 診斷研究

中圖分類號：TH432 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）10（c）-0065-01

離心式風機是水泥廠重要的工藝設備。由于風機故障造成整個生產線停產的事故在水泥廠時有發生。其運當中主要出現的故障有幾下幾種，軸不對中及葉片故障、轉子不平衡等，這些故障大約占風機故障的60%以上，通常的表現為高溫風機經常出現自由端軸承發熱繼而風機振動加劇、軸承燒毀的現象、篦冷機風機軸振動速度最大達21 mm/s以上，軸承座劇烈晃動，繼而葉輪端軸承損壞，嚴重影響生產。對水泥廠風機的故障可以通過振動診斷早期預防，有效防止風機故障造成的生產線停產損失。

頻譜分析是一種比較傳統的信號分析技術，在機械故障診斷中被廣泛使用，其特點是簡單、快速、直接，在很多工程機械故障分析中都體現出了不錯的效果。

1 風機典型故障的振動特性

水呢廠在生產中常用的風機，由于使用頻率較高，磨損大，在工作中常常會出現這樣那樣的機械故障，這些機械故障中又包含了大量的信息，通過這些信息反映出振動的運動情況，在風機的實際工作運行當中，比較有典型特點的是風機轉子不平衡、軸系不對中、基座松動及葉片故障。

轉子不平衡包括轉子系統的質量偏心和轉子部件出現損傷。轉子質量偏心是由轉子的制造誤差、裝配誤差、材質的非均勻性等原因造成的，稱為初始不平衡；轉子部件損傷是指轉子在運行中由于腐蝕、磨損、介質結垢及轉子在疲勞應力作用下，轉子的零部件（葉輪、葉片）點蝕、疲勞磨損與磨料磨損等，造成新的轉子不平衡。轉子質量偏心及轉子部件損傷是兩種不同的故障，但其不平衡振動機理卻是相同的。當出現轉子不平衡時，其振動特征頻率表現為振動的激振頻率主要為軸旋轉頻率，即工作頻率=軸轉速/60（Hz），伴生頻率為工作頻率的倍頻，振動方向為風機旋轉圓的徑向；當軸系不對中時，主要的影響因素為當出現不對中故障時，會產生一系列有害于設備的動態效應，如機器聯軸器偏轉、軸承早期損壞、油膜失穩和軸撓曲變形等，導致機器發生異常振動和噪聲。其振動特征的特征頻率為轉頻的2倍頻；伴生頻率為工作頻率的3、4、5、7倍頻等高次諧波；在徑向與軸向振動較大。基座松動和轉子不平衡相伴生，表現為非線性的振動特征。其振動形式以縱向振動為主。其振動的激振頻率除基頻成分外，還伴有高次諧波成分及分數諧波成分。

葉片的機械故障主要原因是風機在工作運行中受到了氣體動壓力的不斷沖擊，導致了葉片產生裂紋和斷裂，最終風機出現了不平衡的振動。風機的振動激振頻率主要是工作頻率乘以葉片數，伴生頻率為特征頻率周圍出現大量的以特征頻率為調制頻率的邊帶頻率，即葉片數加1，2，…n所得之和乘以工作頻率。主要的振動方向是以徑向振動為主。如果葉片變形特別嚴重的話，受到氣流影響較大，軸向的振動也就加大，同時伴有較大的雜聲。

2 振動信號的頻譜分析法

頻譜分析法的計算機實現為快速傅立葉變換（FFT）。頻譜診斷信息最有效的表現形式就是頻譜圖，頻譜圖可以較轉觀的進行表達，分為幅值譜、相位譜、功率譜等，其中比較常用的是幅值譜分析。

設X（f）為振動信號的傅立葉變換，即：

（1）振動信號中主要由哪些頻率成分及諧波分量所組成。

（2）組成的諧波分量中哪些成分的幅值最為突出。從而找出與主要故障的相關聯系。

3 FFT技術的工程應用

某水泥廠篦冷機所用的的一臺軸流風機，運行時振動大，噪聲高。為保證正常生產，沒有停機檢修，且由于測試條件所限，只能拾取聯軸器與電機之間軸承座的振動加速度信號。為保證診斷的準確性，拾取了垂直方向、軸向和水平三維方向的振動信號進行故障分析。

風機基本參數：型號：9-26NO10D；葉片數：第一級葉輪數與第二級葉輪數都為12。

電機基本參數：型號：Y250M-4；功率：55 kW；轉速：750 rpm。折換成特征頻率為12.5 Hz。

表1為垂直、水平、軸向的振動加速度信號頻率與幅值對照表。

振動故障分析。

由表1可知垂直方向振動頻率以2倍頻25.4 Hz為主，并伴有1倍頻12.65 Hz的工作頻率及其高階諧波成分。經分析出現了軸系不對中故障；水平振動頻率存在1、2、4倍頻，軸向頻率以2倍頻和5倍頻62.57 Hz為主。驗證了風機軸系出現不對中故障。

表1幅值譜數值有299.8 Hz振動頻率成分，為葉片故障特征頻率12×12.5=150 Hz的2倍頻。還有由于動輪葉片因空氣動力性能差異以及運轉部件靜、動態特性不一致而產生的以旋轉頻率為調制的邊頻帶，可以斷定葉片產生了外加激振力的振動。經檢修將電機軸與風機軸對中進行調整并對葉片質心進行調整后，故障消除。

利用頻譜分析的方式可以對振動加速度的信號很好的進行分析、比較，可以準確的診斷出見機的軸系不平衡的振動現象，實驗的調查結果可以為水泥廠篦冷機風機的維護、檢修提供了科學的指導，類為類似的機械故障問題診斷提供了一條切實可行的診斷方法。

參考文獻

[1] 莽克倫.現場設備故障診斷實例精選[M].湖南科學技術出版社，2009，8.

[2] 韓捷，張瑞林.旋轉機械故障機理及診斷技術[M].機械工業出版社，1997，8.