機械轉動設備振動特性的研究*

許冬梅

(萊蕪鋼鐵集團粉末冶金有限公司，山東萊蕪 271104)

0 引言

設備狀態監測和故障診斷技術，是在機械運行中或不拆卸的情況下，對機械技術狀態進行定量測定，通過對所測信號的處理和分析，并結合診斷對象的歷史狀況，來定量識別機械設備及其零、部件的技術性能狀態，預測設備的異常及未來運行狀態，并對故障部位、原因進行分析和判斷，及時確定必要對策和最適宜的修理時間［1－2］。

轉車檢測避免了機械設備的突發故障，從而避免了被迫停機而影響生產，機械狀態分析為預制機械設備的維修期提供了可靠依據，克服了定期維修帶來的不必要的經濟損失和設備性能的下降［3－4］。設備狀態監測故障診斷技術有利于企業是向現代設備管理，克服維修工作中“過剩維修”現象，從而達到設備壽命周期內實現修理費用最為經濟和設備綜合效率最高的目標［5］。

故障診斷技術和狀態信息管理是設備綜合管理，特別是點檢丁秀基礎管理工作的重要組成部分，在設備管理中起著舉足輕重的核心作用。萊蕪鋼鐵集團粉末冶金有限公司故障診斷工作已開展多年，并在故障診斷分析、現場檢修技術服務等方面做了大量的工作，對疑難雜癥進行攻關，改善設備運行特性，確保設備安全穩定運行。

1 設備故障簡介

萊蕪鋼鐵集團粉末冶金有限公司LF爐風機采用法蘭連接一延長軸，并多了一個輔助軸承，從投運以來一直出現水平、垂直振動的現象。運行中出現過延長軸連接法蘭螺栓松動的設備隱患，嚴重影響到機組的安全穩定運行。生產廠家及安裝單位曾進行過多次的調整消缺，均達不到滿意的效果。轉子返廠維修葉片后，重新運行振動又進一步增加。輔助支撐、發電機后軸承各方面振動較以前有明顯增加。

2 裝配試驗與特性分析

通過跟蹤監測發現輔助支撐各方向成分均為一倍頻，尤其是水平方向嚴重超標。機組在起機過程中特性不穩定，臨界區域寬，臨界和錠速時振動均較高。長假現場平衡沒有改善振動狀況，勵磁機輔助支撐水平振動速度14.031 mm/s，振動位移 122.871 N·m，軸向振動速度 5.805 mm/s，振動位移 52.618 μm。

2.1 裝配試驗

在風機停止運行后，檢查動葉與機殼內徑的間隙，發現圓周偏差較大，最大處達到9.68 mm，葉輪呈現“低頭”狀態。軸承箱與下機殼裝配，兩者的軸向間隙達到3 mm。經研究，重新加墊片復裝試運，風機轉子振動的較為平穩。軸承箱水平和垂直方向振動分別為3.2 mm/s和2.0 mm/s，但機殼的振動情況沒有改善。

通過振動分析可知，更換轉子后整個軸系的平衡發生了變化，由于現場平衡難處理，機組不是簡單的平衡問題。風機延長軸本身存在安裝缺陷。從工程學角度看，延長軸與發電機軸為剛性連接且較短、質輕，可視為一個軸，而采用了不常見的三支撐結構。存在明顯的過定位現象，設計不合理。

2.2 振動特性分析

風機輔助軸承與軸承箱的振動幅值差距較大，在線監測軸承箱的振動在3.2 mm/s時，殼體中分面水平方向的振動達16.2 mm/s，且軸向振動更大。兩個振動值說明風機的殼體和軸承座間可能存在松動。

3 解決措施

利用停機檢修機會，進行了一系列的啟、停機實驗，驗證機組的運行特征。

首先對延長軸進行檢查，經檢查該延長軸的軸徑橢圓，且端面與中心線不垂直。廠家采用端面加墊子來調整軸頸的跳動值，實測跳動0.16 mm。解體發現端面凸臺不能可靠定位，由6個螺栓直接緊固，三個不均勻分布的徑向騎縫銷定位。發電機廠家為減小軸頸的跳動值而加的偏墊子達到0.4 mm之后。從連接形式看不是原設計就有的，是由于某種原因過后加裝的，定位精度根本無法保證。

為驗證機組轉子特性，去掉接長短軸后開機試驗，機組跳車值設為200 mm，機組跳車時2 606 r/min。

按照說明書，機組一階臨界在1 200～1 600 r/min之間，二階應在4 000 r/min以上，但現在去除連接長軸后試機情況看，值特圖中過臨界時，機組各方向的振動相位趨于相同，有明顯的共振現象，這也是機組臨界點的明顯特征。在2 600 r/min時，后軸承的水平、垂直振動相位也趨于同相，明顯具有臨界的特征。

通過基礎加固、現場動平衡均不能有效地改變這一特征。最后只能回復延長軸，對延長軸加工精度校驗合格后，進行了精心的對中，對中精度達到了0.04 mm以內(廠家標準0.08 mm)，并進行了可靠的防松處理。

起機實驗發現，2 600 r/min可以通過，然后，對機組進行現場動平衡，機組振動得到了可靠控制。運行一段時間后，機組運行趨于平穩。一階臨界已顯得不太明顯。工作轉速時可以穩定運行。勵磁機輔助支撐水平、軸向振動6 mm/s以下，振動位移50 μm左右。機組其它軸承振動正常。

4 結論

(1)該機組存在嚴重的設計缺陷，轉子特性不能滿足技術要求。轉子存在第二臨界過低的現象，在2 600 r/min左右，接近轉子工作轉速。為了避開工作轉速，廠家加裝了接長軸，從而使機組能夠在3 000 r/min運行。

(2)通過一系列實驗，了解了機組的工作特性。擦去了延長軸對中、可靠地防松、基礎的加固措施，明顯提高機組運行穩定型。

［1］ 陳敏生.動靜結合可調軸流風機高倍頻振動特性分析［J］.中國電力，2013(11):36－39.

［2］ 王 正.導流罩對冰箱冷凝風機噪聲的影響［J］.機械工程學報，2013(11):36－39.

［3］ 田文龍.一種新型垂直軸式風機葉輪的數值仿真［J］.機械工程學報，2013(18):52－55.

［4］ 萬劍峰.風機葉片表面分離渦與寬頻噪聲輻射特性的分析［J］.動力工程學報，2013(18):14－17.

［5］ 廖高華.風機葉片旋轉疲勞加載系統研究［J］.機械設計與制造，2013(18):62－65.