振動測量技術在風機故障診斷方面的應用

李俊峰，李　超，陳曉峰，韓克鴻，衣晨光

（鞍鋼股份公司冷軋廠，遼寧鞍山114021）

振動測量技術在風機故障診斷方面的應用

李俊峰，李超，陳曉峰，韓克鴻，衣晨光

（鞍鋼股份公司冷軋廠，遼寧鞍山114021）

介紹了酸洗除塵風機在冷軋生產工藝的作用，設備維護人員定期對風機振動測量，及時發現設備隱患。根據風機基本參數、時域波形和頻譜，對風機故障進行分析診斷，判斷出故障類型并及時處理故障，最后對故障形成的原因進行分析，為今后設備改進優化提供依據。不僅保障了設備正常穩定運行，而且為類似風機的振動診斷和處理提供參考。

風機；振動；不平衡

風機作為一種旋轉機械，在冶金、化工、電力等行業應用廣泛。由于風機的轉動速度較高，導致振動和噪聲較大，容易發生故障。風機發生故障后，經常會造成生產線上主要設備停機，甚至造成整個生產線停產，從而發生嚴重經濟損失。工廠的除塵風機和排煙風機如果停機損壞沒有及時發現，會發生廠區環境污染；如果高速旋轉的風機發生故障，有時會對周圍的人員安全造成很大威脅。因此使用振動測量儀器按周期對風機振動測量點進行數據采集，再將測量數據上傳至計算機，然后使用專用的振動分析軟件對測量數據進行統計分析，判斷風機運行狀態，掌握風機劣化的趨勢，保障風機可靠運行，可以獲得很大的經濟效益和社會效益［1］。

酸洗除塵風機是冷軋廠的關鍵設備，它在運轉過程中不斷地將酸洗七輥矯直機和拉矯機矯直鋼板過程中產生的鐵粉抽出，在生產過程中此風機一旦發生異常停機，會導致矯直過程中大量的鐵粉吸附在鋼板表面，嚴重影響鋼板外觀質量，產生大量廢品。因此，為掌控風機運轉狀態，避免鋼板大批量質量事故出現，降低廢品率，設備人員需要按周期對風機振動進行測量分析，及時發現并查找設備隱患部位，避免發生重大質量事故。本文對風機故障進行了詳細的診斷分析，判斷出風機故障類型及部位，及時處理并避免事故發生，最后對故障形成的原因進行分析，為今后設備改進優化提供依據。

1　振動故障原因分析

風機在轉動過程中都會發生振動，造成風機振動的原因大致有不平衡、不對中、松動等等，具體原因很多也很復雜，有時是幾種原因導致風機振動加劇，因此分析現場風機故障時不能簡單機械地套用風機故障特征波形和頻譜來判斷，必須具體原因具體分析，綜合各方面故障信息特征，多方面驗證具體故障原因。風機不平衡是風機振動的主要原因，風機轉子系統約有30%的振動來源于不平衡。風機不平衡會引起風機轉子的彎曲應力，這種反復彎曲應力會導致轉子疲勞破壞［2］。冷軋廠設備人員每月使用振動分析儀對除塵風機進行振動測量，發現風機振動值異常增大，因此對除塵風機振動異常的原因進行了詳細的故障診斷分析。

1.1風機基本結構及參數

酸洗除塵風機屬于離心式通風機，主要由主軸、葉輪、葉片、前盤、后盤、集流器、軸向導流器及外殼等組成［3］。某酸洗除塵風機基本結構見圖1，風機由電機、聯軸器、軸承箱、風機轉軸、葉片、風機底座和減震彈簧構成。在風機工作過程中電機轉子通過聯軸器帶動風機轉軸和葉片旋轉，從而不斷將含有鐵粉的空氣排出。其電機參數為：運轉速度1 500 r/min，功率315 kW.風機參數為：軸承類型3624，風機葉輪10個葉片。

圖1　酸洗除塵風機結構示意圖

1.2風機振動測量點振動值分析

為確定該風機振動部位，分析風機振動類型及原因，在風機上共選取了5個測量部位（見圖1），在風機工作中使用振動測量儀器對5個測量部位的徑向振動速度有效值進行測量，振動測量傳感器采用加速度傳感器，傳感器通過磁性吸座牢固吸附在測量部位。測量結果見表1.

表1　酸洗除塵風機振動測量結果

根據ISO10186標準，參考風機電機功率及電機運轉速度，振動測量值如果超過18 mm/s，說明此時設備處在危險狀態區域。表1中電機軸承部位振動處于良好狀態，而測量部位2-5的振動測量值已經遠遠高于18 mm/s.對風機各測量部位振動值大小比較分析，初步判斷風機故障應該發生在機械結構部分。

1.3風機振動測量點時域及頻域分析

除塵風機故障頻率計算如下：

轉子轉動頻率=轉動速度/60=25 Hz

葉片轉動頻率=轉子轉動頻率*葉片數量=250 Hz.

非傳動側軸承部位時域及頻域圖如圖2及圖3所示。

表2中風機非傳動側軸承的峭度指標值小于3，從圖3上沒有發現風機軸承故障特征頻率，判斷軸承沒有損壞。

觀察圖2中風機非傳動側軸承測點時域波形，振動波形呈現非常有規律的周期正弦波，正弦波頻率25 Hz，與風機轉子轉動頻率完全一致。觀察風機非傳動側軸承測點頻譜圖3及主要頻率表3，轉子轉動頻率處具有特別明顯的最大幅值，風機葉片故障頻率250 Hz峰值沒有出現。

圖2　風機非傳動側軸承測量點時域波形圖

表2　風機非傳動側軸承測量點時域波形指標

圖3　風機非傳動側軸承測量點頻譜圖

表3　風機非傳動側軸承測量點主要幅值對應頻率表

對風機傳動側軸承、軸承箱底座、底座支撐架測點部位的頻譜圖進行分析，頻譜圖和時域波形與風機非傳動側軸承部位基本相同。

不平衡的頻率特征：在頻譜圖中，諧波能量集中于基頻，2倍頻、3倍頻較小，甚至沒有，這也是轉子不平衡與基礎松動的重要區別。

根據以上綜合分析，排除了底座松動、葉片損壞、軸承損傷的可能性。判斷風機振動異常增大的原因為轉子不平衡故障。

2　風機振動故障處理

根據振動分析診斷結論，酸洗除塵風機振動狀態處于危險區域，繼續連續運行風機必將使電機負載增大、電流過大導致燒損電機及風機軸承研損等嚴重事故。因此決定先讓風機停止運轉，同時組織人員對除塵風機及軸承座裝配進行整體更換。

3　故障處理效果驗證

更換后立即對風機振動重新進行測量（如圖4），振動測量結果如表4所示。

圖4　更換轉子后風機非傳動側軸承測量點時域波形圖

表4　酸洗除塵風機更換轉子后振動測量結果

根據以上圖表中的數據，表2中更換轉子前風機非傳動側軸承振動值為35.78 mm/s，表5中更換轉子后振動值下降到6.89 mm/s；表3中更換轉子前風機非傳動側軸承轉子轉動頻率25 Hz處的振動值為50.05 mm/s，表6中更換轉子后振動值下降到9.38 mm/s.觀察圖4中時域波形幅值比圖2下降3倍以上，圖5中頻譜幅值比圖3下降4倍以上。參照ISO10186標準判定，酸洗除塵風機狀態良好。風機經過一周時間運行后對風機上述測量部位重新進行測量分析，發現振動值一直很穩定，說明風機故障已經排除。

表5　更換轉子后風機非傳動側軸承測量點時域波形指標

圖5　更換轉子后風機非傳動側軸承測量點頻譜圖

表6　更換轉子后風機非傳動側軸承測量點主要幅值對應頻率表

4　風機轉子不平衡原因分析

風機故障排除后，為查找轉子不平衡具體原因，對損壞后下線的風機葉輪進行仔細檢查，發現輻板與葉片焊接部位之間焊肉存在很多裂縫，造成葉輪外形尺寸產生一定變化，除塵風機運轉后導致轉子不平衡現象，證明對除塵風機振動故障診斷分析和處理方案是正確的（如圖6所示）。

圖6　葉輪葉片與輻板部位焊肉開裂照片

根據故障部位現象并結合風機實際使用環境進行分析，得出風機葉輪輻板焊接部位焊肉開裂的原因：風機葉輪輻板與葉片完成焊接后，沒有對葉輪進行去除應力工序處理，造成焊肉部分焊接應力很大；焊接人員在選擇焊條進行焊接時，沒有考慮焊條材質要與葉片和輻板材質匹配，直接造成焊接部位連接不牢固；除塵風機使用環境惡劣，葉輪在高速旋轉過程中長期受到氧化鐵粉和空氣動力不斷沖擊，葉片和焊肉部分磨損嚴重。以上幾種原因最終會造成焊肉開裂故障發生。

5　避免故障創造的效益

對酸洗除塵風機按周期進行振動數據采集分析，及時發現風機振動異常，根據專業分析軟件對振動數據時域及頻域的統計結果，正確分析出風機故障類型、部位及原因，及時采取措施排除事故隱患，防止了電機燒損、軸承損壞、葉輪變形等重大事故。創造的效益：修復葉輪節約費用50 000元。

6　結束語

使用振動測量儀器對風機定期定點進行振動狀態監測，當振動值發生異常后，首先要正確選擇測量點和測量參數，根據測量點的振動值大小判斷振動產生的部位，然后根據振動的時域波形、波形指標、頻譜峰值等多種測量特征值綜合分析判斷風機故障類型和原因。每臺風機由于設備工藝、工作環境、運行條件不完全相同，并且由于風機振動原因各不相同，有的是一種故障原因造成風機振動，有的是兩種以上故障原因造成風機振動，所以在進行風機振動監測和故障診斷時，應該具體情況具體分析，綜合各方面故障信息多角度求證［4］。

［1］汪光陽，周義蓮.風機振動故障診斷綜述［J］.機械工程學報，2006，23（1）:64-68.

［2］王瑾輝，孔建益，孔平，等.風機不平衡研究［J］.冶金設備，2006，（2）:40-42.

［3］陳虹微，王榮杰.風機振動分析與處理［J］.噪聲與振動控制，2007，27（2）:49-52.

［4］王軍.淺談大型風機振動狀態監測與故障診斷［J］.建筑工程技術與設計，2015，（6）：1373-1377.

The App lication of Vibration Measurement Technology in the FaultDiagnosis of Fan

LIJun-feng，LIChao，CHEN Xiao-feng，HAN Ke-hong，YIChen-guang
（The Cold Rolling Plant of Ansteel Co.，Ltd.，Anshan Liaoning 114021，China）

The effect of acid cleaning and dust removing fan in cold rolling process is introduced in this paper. Equipmentmaintainersmeasured the vibration on a regular cycle for fans，and discovered the hidden trouble of equipment in time.They analyzed and diagnosed the fault of fan according to the basic parameters of fan，timedomain waveform and spectrum.They determined the type of fault and dealt with the fault in time，and finally analyzed the reasons for the failure，and provided the basis for the improvement of the equipment in the future.It not only ensures the normal and stable operation of the equipment，but also provides reference for vibration diagnosis and treatment of similar fans.

fan；vibration；unbalance

TH432.1

A

1672-545X（2016）05-0191-04

2016-02-14

李俊峰（1971-），男，遼寧長海人，工學碩士，工程師，從事冶金設備維護工作。