船用某型通風(fēng)機(jī)振動(dòng)故障診斷及修理

張瑜芳，邵偉晨

(4805工廠，上海 200135)

0 前言

某船No.1吸氣風(fēng)機(jī)出現(xiàn)異常的振動(dòng)與噪聲，若不及時(shí)修理會(huì)嚴(yán)重影響到電機(jī)的正常運(yùn)行，危害到船員身體健康和船舶的工作效率和安全性［1］。影響風(fēng)機(jī)振動(dòng)產(chǎn)生噪聲的原因有很多，不同原因反映出的信息也不一樣，一般需要借助先進(jìn)的診斷分析儀器，結(jié)合實(shí)際工況，對(duì)風(fēng)機(jī)傳達(dá)出來(lái)的特有的信息，進(jìn)行全面地分析。

機(jī)組在旋轉(zhuǎn)運(yùn)行過(guò)程中會(huì)引起振動(dòng)類型可分為徑向振動(dòng)、軸向振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)3類，其中徑向振動(dòng)過(guò)大是造成機(jī)械故障的主要原因［2］，也是狀態(tài)監(jiān)測(cè)的主要參數(shù)和進(jìn)行故障診斷的主要依據(jù)。利用振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)可以發(fā)現(xiàn)和識(shí)別這些異常振動(dòng)傳達(dá)出來(lái)的信息，因此，應(yīng)用振動(dòng)參數(shù)進(jìn)行故障診斷，通過(guò)數(shù)據(jù)觀測(cè)分析，對(duì)故障及時(shí)診斷和修理，避免發(fā)生重大事故，是十分必要的，本文利用EX1－3000測(cè)振儀對(duì)該風(fēng)機(jī)進(jìn)行了故障分析，成功解決了設(shè)備振動(dòng)過(guò)大的問(wèn)題。

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

吸氣風(fēng)機(jī)為柴油機(jī)艙室用的關(guān)鍵設(shè)備，配用п24－M72型電機(jī)，轉(zhuǎn)速，3000 r/min;功率，15.0/30.8kW;葉輪直徑，360mm，葉輪厚度，107mm。測(cè)振儀型號(hào)為:EX1－3000，儀器設(shè)置頻率 1.4kHz。

評(píng)估標(biāo)準(zhǔn):GB/T 16301－2008船舶機(jī)艙輔機(jī)振動(dòng)烈度的測(cè)量和評(píng)價(jià)。

圖1為風(fēng)機(jī)測(cè)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖1 某風(fēng)機(jī)測(cè)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2 風(fēng)機(jī)故障診斷

2.1 故障現(xiàn)象

從某船各等級(jí)修理中對(duì)柴油機(jī)艙室吸氣風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行跟蹤檢測(cè)，建立該風(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)對(duì)比數(shù)據(jù)庫(kù)中風(fēng)機(jī)各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)烈度，發(fā)現(xiàn)其振動(dòng)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。其中葉輪端 (測(cè)點(diǎn)2)振動(dòng)烈度從2007年4月的1.15mm/s到2012年5月達(dá)12.4mm/s，超出標(biāo)準(zhǔn)范圍。該風(fēng)機(jī)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)烈度值生成振動(dòng)趨勢(shì)如圖2所示。

圖2 振動(dòng)烈度趨勢(shì)圖

2.2 診斷分析

2.2.1 測(cè)點(diǎn)振動(dòng)值分析

采用EX1－3000型測(cè)振儀對(duì)該吸氣風(fēng)機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)振，在自由端 (測(cè)點(diǎn)1)和葉輪端 (測(cè)點(diǎn)2)2個(gè)部位各選取水平、垂直、軸向3個(gè)方向。3個(gè)方向振動(dòng)速度有效值見(jiàn)表1。

表1 振動(dòng)速度有效值 mm/s

從表1中數(shù)值可以看出:風(fēng)機(jī)整體振動(dòng)比較大，葉輪端 (測(cè)點(diǎn)2)各方向振動(dòng)有效值均比自由端 (測(cè)點(diǎn)1)高，軸向振動(dòng)相對(duì)于水平和垂直方向較小，其振動(dòng)主要集中在水平方向上，振動(dòng)最大點(diǎn)為風(fēng)機(jī)葉輪端 (測(cè)點(diǎn)2)的水平方向，速度有效值達(dá)10.4mm/s。將表1中2個(gè)測(cè)點(diǎn)3方向有效值代入設(shè)備振動(dòng)烈度計(jì)算公式 (1)，算出該風(fēng)機(jī)振動(dòng)烈度Vs為10.78mm/s，按振動(dòng)烈度標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重超標(biāo)，屬于不允許范圍，繼續(xù)運(yùn)行將會(huì)對(duì)風(fēng)機(jī)噪聲進(jìn)一步的損壞。

式中:Vx、Vy、Vz為x、y、z 3個(gè)方向上各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)速度均方根值 (有效值)，mm/s;Nx、Ny、Nz為x、y、z 3個(gè)方向上測(cè)點(diǎn)數(shù)。

2.2.2 測(cè)點(diǎn)頻譜分析

比較風(fēng)機(jī)設(shè)備2個(gè)測(cè)點(diǎn)3個(gè)方向上各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)速度有效值及頻譜圖后，決定把關(guān)注重點(diǎn)放在葉輪端 (測(cè)點(diǎn)2)進(jìn)行分析。葉輪端 (測(cè)點(diǎn)2)垂直、水平、軸向3個(gè)方向振動(dòng)頻譜見(jiàn)圖3。

從圖3可以看出。頻譜圖中振動(dòng)分量集中于工作頻率1倍頻上，3個(gè)方向都有穩(wěn)定的高峰，其他倍頻幅值很小;軸向振動(dòng)比徑向 (水平、垂直)振動(dòng)小的多，水平方向振動(dòng)值顯著。

圖3 葉輪端 (測(cè)點(diǎn)2)頻譜圖

2.2.3 測(cè)點(diǎn)時(shí)域波形分析

選擇振動(dòng)最大的水平方向，進(jìn)行振動(dòng)時(shí)域波形分析。葉輪端 (測(cè)點(diǎn)2)水平方向時(shí)域波形顯示結(jié)果如圖4，圖4所顯示持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度為1 s和100ms。

從圖4可以看出:轉(zhuǎn)子振動(dòng)水平時(shí)域圖譜整波形呈現(xiàn)周期性，明顯為正弦波形，波形沖擊不大。

2.2.4 綜合判斷及診斷意見(jiàn)

綜合以上特征診斷分析［3－4］:①?gòu)较蛘駝?dòng)峰值大于軸向2～3倍，主要峰值集中在1倍工頻上，是典型的不平衡特征;②時(shí)域波形中未發(fā)現(xiàn)明顯的沖擊，可基本排除軸承故障，時(shí)域圖譜成正弦波形，綜合判斷為風(fēng)機(jī)存在轉(zhuǎn)子不平衡，需對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡校正。

圖4 葉輪端 (測(cè)點(diǎn)2)水平方向時(shí)域波形

3 風(fēng)機(jī)的檢修及效果

結(jié)合運(yùn)行狀態(tài)來(lái)分析，造成風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡的原因有很多，如:風(fēng)機(jī)固定松脫、轉(zhuǎn)子質(zhì)量磨損、軸承磨損、各部件殘余不平衡量的累積、工作葉輪不平衡等，需要逐一判斷區(qū)分。

根據(jù)診斷結(jié)論，拆開設(shè)備檢查發(fā)現(xiàn):軸承無(wú)明顯缺陷;轉(zhuǎn)子葉輪無(wú)積灰，排除因積灰部分脫落造成風(fēng)機(jī)振動(dòng)，對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡校正，測(cè)試發(fā)現(xiàn)振動(dòng)沒(méi)有改善，頻譜顯示風(fēng)機(jī)振動(dòng)還是1倍工頻為主，不平衡問(wèn)題仍沒(méi)有解決。為了徹底解決該風(fēng)機(jī)的不平衡問(wèn)題，決定對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡校驗(yàn)，找出葉輪輕點(diǎn)位置，以確定所加平衡質(zhì)量。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及動(dòng)平衡校正采用VIBXpert設(shè)備，操作步驟如下:①停機(jī)，做測(cè)試準(zhǔn)備，在風(fēng)機(jī)軸上貼反光條，架設(shè)測(cè)試儀器探頭;②啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)后，測(cè)量初始振動(dòng)值，包括相位角、通頻振幅、工頻振幅，記錄數(shù)值;③停機(jī)，在選定的角度上加試重;④開機(jī)，測(cè)得加試重后振動(dòng)值，相位角、通頻振幅、工頻振幅;⑤利用動(dòng)平衡原理計(jì)算配重重量及相位角;⑥停機(jī)，加配重，重新開機(jī)，測(cè)量振動(dòng)值，如做完動(dòng)平衡的風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后振動(dòng)值仍超標(biāo)，可重復(fù)第④步以后操作，直至風(fēng)機(jī)振動(dòng)值在允許范圍內(nèi)。

加配重塊后，進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試，從頻譜圖發(fā)現(xiàn)工頻的峰值大大降低，各個(gè)測(cè)點(diǎn)3個(gè)方向振動(dòng)有效值均減小，風(fēng)機(jī)振動(dòng)得到徹底改善。測(cè)試結(jié)果如表2。將表2中2個(gè)測(cè)點(diǎn)3方向有效值代入設(shè)備振動(dòng)烈度計(jì)算公式 (1)，算出該風(fēng)機(jī)振動(dòng)烈度Vs為2.91mm/s，比修理前振動(dòng)烈度降低了7.87mm/s。

表2 振動(dòng)速度有效值 mm/s

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)頻譜分析技術(shù)，準(zhǔn)確診斷風(fēng)機(jī)故障原因，并采取相應(yīng)措施，快速、高效地排除了風(fēng)機(jī)不平衡振動(dòng)故障，保證了設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡是一種簡(jiǎn)便、快捷的處理方法，打破了傳統(tǒng)修理模式，無(wú)需對(duì)設(shè)備進(jìn)行解體，減少維修工時(shí)和維修成本，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

頻譜分析準(zhǔn)確地診斷出關(guān)鍵設(shè)備故障，使故障定位，為制定合理修理計(jì)劃提供了技術(shù)支持，避免了誤診和不必要的檢修，降低了設(shè)備全壽命周期的費(fèi)用。

［1］袁東紅，謝軍龍.船用通風(fēng)機(jī)減振降噪的探討和實(shí)驗(yàn)研究 ［J］.中國(guó)艦船研究，2009，4(3):49－51.

［2］徐立，王小武.船用旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)特征故障診斷［J］.中國(guó)修船，2009，22(6):41－42.

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