煤氣風機的故障診斷及動平衡處理

麻玉東

（寶鋼集團八鋼公司 烏魯木齊 830022）

煤氣風機的故障診斷及動平衡處理

麻玉東

（寶鋼集團八鋼公司 烏魯木齊 830022）

通過介紹八鋼能源中心煤氣風機的故障診斷及現場動平衡校驗過程，對風機出現的特殊頻譜圖進行分析，及平衡校驗過程中的試配重選擇、影響系數法數學矢量圖應用，最后與實際檢修后的結果進行驗證，以說明此類風機的故障特性和更好的理解現場動平衡技術的理論，為以后風機檢修及動平衡校驗過程中出現的各項復雜問題的方案制定提供依據和參考。

煤氣風機 故障診斷 現場動平衡 試配重

1 前言

八鋼能源中心動調的煤氣風機主要負責為各分廠提供燃燒煤氣，用于鍋爐燃燒、鋼材切割及鋼水冶煉等生產主線。能源中心動調共有此類風機6臺，此次選用的為2～3#風機。電機型號YB450S2-2，功率355 kW，轉速為2 980 r/min；偶合器為調速型液力偶合器，調速范圍為1 700～2 920 r/min；風機轉子D700-11,葉輪質量300 kg，最高轉速2 920 r/min。設備結構分布，見圖1。設備自投產以來，運行平穩，各項參數正常。2013年10月，風機軸承振動值逐漸上升，已達到機組報警值，由于該風機介質為煤氣，須嚴格控制振動幅值，故針對風機進行周期監測，分析故障原因，準備實施檢修。

圖1 煤氣風機測點分布圖

表1 煤氣風機檢修前各測點振動幅值

2 故障診斷分析

由表1可知，電機和偶合器各測點振動幅值都在設備正常運行標準范圍（4.5 mm/s）以內，主要以風機自由端（6號點）軸向和垂直振動幅值超標。接著將通過分析風機的故障頻率（圖2和圖3），來做出最終判斷。

由風機自由端（6號點）垂直方向的頻譜圖和時域波形，其振動幅值的最大值出現在頻率47.5 Hz，也就是風機的轉動頻率，且其它倍頻不明顯，同時在時域波形中，波形規整，類似于正弦波形。初步診斷為風機葉輪不平衡或基礎強度不夠。

圖2 風機自由端（6V）頻譜圖

圖3 風機自由端（6V）時域波形

轉子不平衡常見頻譜圖和時域波形都與圖2、圖3相似，但常以水平方向振動最明顯。此風機為懸臂風機，軸向方向較大可以理解，但查看表1發現其主要是垂直方向振動最大，軸向次之，而水平方向卻在正常范圍，這一特征給設備故障診斷帶來了一些疑問。通過測量其底座位移，發現數據與其軸承座位移量相近。隨后停機對風機底座進行加固，焊接加強筋，并對風機底座及外殼中分面螺栓進行堅固，后再次開機到工作轉速，振動幅值下降了1.2 mm/s，效果不明顯，故排除底座強度不夠的原因。

通過總結該類風機的歷史維護經驗，最終判斷風機振動報警是由其葉輪動不平衡故障引起。停機對風機葉輪表面進行清理，同時安排技術人員準備進行葉輪動平衡校驗。

3 現場動平衡校驗

由于年末生產需求，不能安排充裕時間進行風機轉子離線動平衡校驗，只好考慮對風機進行現場動平衡校驗。在充分保證安全的前提下，用眼鏡閥隔斷風機進出口煤氣，并按相關工藝要求對管道用空氣進行吹掃置換，煤氣濃度檢測合格后方可作業。

對設備進行現場動平衡校驗，當前動平衡理論已經相當成熟，現代動平衡儀普遍采用影響系數法，又稱測相平衡法，其步驟為(以單面平衡為例):①首先測轉頻的振幅和相位;②加試重;③測取加試重后的振幅和相位;④計算出應加的重量和位置。下面著重對配重計算及相位確定兩個關鍵點進行說明。

3.1 選擇試配

⑴試配重是在現場動平衡中臨時加在轉子校正平面上的配重，用來確定不平衡和振動的關系。試配重選擇十分關鍵，不僅關系現場動平衡工作的順利進行，而且直接關系到動平衡校驗的成功與否。

試配重過小，角度及振動影響不明顯，顯示的各項參數可信度不高，導致校重配重計算的誤差；試配重過大，可能導致不可接受的不平衡振動，使轉子難以達到平衡轉速并安全運行，就算達到，也可能會導致后續儀器顯示出來的實際配重較小。

⑵試配重的大小與轉子質量、加重半徑及平衡轉速有關，計算公式：

式中:M為轉子的質量（300 kg）；n為轉子轉速（2 920 r/min）；R為轉子加重位置的半徑（630 mm）。

代入相關數據計算，試配重為5.03 g

式中：M為轉子的質量（300 kg）；Α0為原始振動幅值（81 μm）；g為重力加速度（9.81 m/s2）；ω為轉子角速度（rad/s）；R為轉子加重位置的半徑（0.63 mm）；S為靈敏系數取100（經驗數值100～300），代入計算公式，試配重為40 g。

現場實際操作中，綜合考慮，最終此次試配重選用32 g。試配重加固后，啟動設備。①發現振動幅值由81 μm下降到70 μm。振動幅值變化率為13.6，超過10%；②振動相位由初始的124°到103°，變換角度為21°，＞15°，（兩者滿足其一即可）說明試配重選擇符合要求。

3.2 相位確定

⑴相位通常是指振動信號上某點與轉軸上某一標記之間的相位差。目前，國內、外比較通用的相位定義是標準脈沖信號前沿導前振動信號第一個正峰值的角度，即脈沖信號在前，振動信號正峰值在后。試配重相位的選擇原則上無明確規定，需技術人員憑相關經驗進行選擇。

⑵配重相位確定的基本步驟:首先,轉子不加重,啟動轉子至工作轉速,測量轉子軸承或轉軸處的原始振幅值和相位,其矢量用A0（81μm）表示。將試重m加至轉子上,然后重新啟動至與第1次相同的轉速時,測量加試重后的振動和相位,其矢量用A1（70 μm）表示。則轉子上應加平衡重量Q為：

式中:A01為加重效應,表示轉子上加了試重m所產生的振動矢量。

由圖4可知,要平衡A0,必須把A01移動ɑ角,即把試重m移動ɑ角,而m的移動方向則由平衡儀測量振動相位原理來決定。若平衡儀振動相位讀數減小表示不平衡方向超前,則m需順轉向移動ɑ角,才能平衡A0。

3.3 效果驗證

通過現場動平衡校正，最終將配重65 g放置在12°(儀器顯示72 g/55°，相對于試配重），設備振動幅值明顯下降，達到了良好狀態，現場動平衡效果見表2。通過后期對設備振動數據監測，發現與檢修前數據對比，圖5中明顯看出振動幅值大幅下降，尤其是6號測點有垂直和軸向振動幅值都降到2.5 mm/s以內，且風機已達到最高轉速，充分證明此次現場動平衡校驗效果良好。

表2 平衡后風機前后軸承振動數據

4 結語

⑶將數學矢量線性特性充分應用到影響系數法實踐過程中，可為現場動平衡校驗提供理論依據，簡化校驗過程中出現復雜問題。

以上現場實踐數據及經驗，可供大家參考，以更好的診斷相似設備故障。

⑴現場動平衡必須先判斷設備為不平衡故障，而此類煤氣風機的水平振動小，垂直和軸向卻振動大，為不常見故障特征，給設備診斷帶來了一定難度。

⑵現場動平衡校驗中試配重選擇必須滿足：加重前后振動幅值變化率超過10%或振動相位變化＞15°。

[1]楊國安.轉子動平衡實用技術.中國石化出版社，2012.

[2]林英志.設備狀態監測與故障診斷技術[M].北京：北京大學出版社,2007.

[3]韓捷.旋轉設備故障機理及診斷技術[M].北京：機械工業出版社,1997.

[4]安勝利,楊黎明.轉子現場動平衡技術[M].北京：國防工業出版社，2007.

[5]邵澤波,王海波.風機維修手冊.機械工業出版社，2010.

[6]賓光富,趙慶亮,等.基于影響系數和滯后角的相位測定含義分析法[J].振動、測試與診斷,2012,32（3）：380-383.

收稿：2013-12-24