離心風機故障診斷與降噪技術研究進展

楊鵬(青海鹽湖鎂業有限公司，青海 格爾木 816099)

0 引言

離心風機是金屬冶煉行業中重要的流體傳輸設備，一般對其運行參數的監測包括：流量、壓力、振動等，利用這些監測指標只能簡單得地反饋設備的運行狀態，并不能提供設備故障的診斷信息。因此，探究離心風機故障診斷技術對迅速定位風機故障部位、提高設備的運行效率具有重要的工程實際意義。

隨著人們對安全生產理念和職業健康的深入理解，離心風機機組產生的氣動性噪聲逐漸受到普遍關注。當前對降噪離心風機的研發還處于實驗室研究階段，其研發的周期較長，對設計人員的經驗要求較高，并用于工程實際時受眾多因素影響。離心風機噪聲是流體振動和流體與部件之間的摩擦造成，如何降低離心風機的工作噪聲，改善風機的操作環境，降低部件之間的摩擦損失需要大量的研究工作。

針對離心風機故障的診斷與降噪的實際需要，對現有文獻進行總結，綜述了離心風機的故障診斷的技術、噪音的預測與控制技術，為離心風機的安全穩定運行提供參考。

1 離心風機故障診斷

離心風機是金屬冶煉行業中的基礎設備，它可以用于一次送風和二次冷卻送風、煙氣除塵抽風、離心壓縮送風等，具有風機故障中的共性，如滾動軸承、軸瓦、地腳等部件松動摩擦與剛度不足引起的故障，部件離心引起的轉子動不平衡和對中不良的故障。其中，離心風機故障以轉子動不平衡振動為主，約占所有故障總數的40%[1]。而轉子動不平衡的原因是金屬材料腐蝕導致的缺陷、轉子本身結構設計和制造的不合理、安裝誤差導致轉子質心偏離風機軸承等。

離心風機故障診斷分為三個部分：(1)采用高靈敏度傳感器對風機各參數指標進行采集。許峰[2]就采用壓電式與磁感應式等兩種方式耦合的傳感器用于風機參數的采集，大幅度提高了故障監測的靈明度。(2)利用計算機數據處理與分析技術進行編碼與信號提取。潘作為[3,4]等通過小波降噪與時頻分析對軸承摩擦故障響應數據進行計算，采用該分析方法提高了數據計算的可靠性。(3)根據故障特征進行數據模擬與計算，定位可能的故障部位。Hurault[5]等研究結果表明，風機外殼與轉子振動會引起轉子動不平衡，并采用雷諾應力三維模型對轉子振動響應數據進行模擬，消除噪聲與其他響應信號對故障的位置定位的干擾。離心風機故障的迅速解決取決于以上三個步驟的共同作用。例如，史慶余[6]等對低速運轉下的離心風機出現振動爬升的現象進行了研究，并對風機軸承在運轉全過程的振動響應進行了分析。根據風機軸承振動的變化并結合時域特征分析，發現風機軸承的振動是轉子與定子碰撞與摩擦造成。同時調整密封間隙后，機組運行情況大大改善。袁博[7]針對離心風機運行過程的振動圖譜數據，經過氣流流量與壓力性能曲線的計算與分析，認為氣流激勵會引起機組異常振動，氣流氣流激勵誘發振動的故障頻率在0.5～0.8倍頻區間。周云龍[8]等采用模態分解(EMD)對聯軸器振動響應進行分析，建立自回歸(AR)模型。結果表明，離心風機軸承不對中的故障頻率以2倍頻為主。

綜上所述，離心風機故障診斷的可靠性取決于數據采集方式的可靠性、數據算法與模型建立的準確性，由于離心風機的各參數指標的關聯性、計算的復雜性，以及如何采用云計算等智慧方法快速定位風機故障部位仍然是研究的熱點。

2 離心風機降噪技術

離心風機葉輪在輸送流體過程中，會導致流體無規律的振動產生噪聲。目前對離心風機噪聲的控制主要是通過改變風機的蝸殼結構與進口位置避免聲源的產生或者安裝消聲器等方法對聲能進行吸收。

2.1 噪聲源預測

研究者通過對風機噪聲產生機理的探究，發現離心風機的噪聲是由偶極子氣動噪聲源振動產生。通過消除風機噪聲源可以從源頭杜絕噪聲的產生，因此如何預測風機噪聲源研究者們亟待解決的問題。而對離心風機噪聲源的預測是通過以下途徑進行的，首先根據金屬冶煉行業實際工礦，采用fluent 等模擬計算軟件對離心風機內部流場的定常數值與非定常數值進行計算與建模，并仿真偶極子聲源，對原始風機的結構進行改造，驗證噪聲源的位置[9]。

2.2 降噪技術

離心風機降噪技術主要分為主動降噪與被動降噪，主動降噪是從源頭降低噪聲。劉紹輝[10]等就通過對風機內部加裝防渦圈和入口加裝仿真導流板，降低了風機內部流場湍流度，使噪聲升壓分別降低了0.7dB 和2dB。而被動降噪是指在傳播過程中吸收風機產生的噪聲，一般采用吸聲材料的多孔性消除風機噪聲，如采用多孔玻璃纖維吸音板可以使噪聲降低約1dB[10]。也可使兩種降噪方式結合，如朱志能[11]等結果表明離心風機的氣動噪聲源來源于蝸殼，在蝸殼內壁增加穿孔板和隔音棉等手段能夠有效降低風機的噪聲。王廣夫[12]等采用阻性消聲器與吸聲材料大幅度地降低了理性風機的噪聲污染。閆苗苗等[13]對7種風機降噪方案進行驗證，結果表明，隔聲罩的降噪效果優于消聲器，隔聲罩與消聲器共同用于風機，噪聲峰值降低到58dB。并且吸聲材料采用雙層結構并且表面加裝阻尼后，降噪效果明顯提高。盡管對金屬冶煉行業離心風機的主要噪聲源的研究較少，隔聲罩可能影響風機的散熱，采用消聲器和吸聲材料共同控制噪聲不乏為有效降噪手段。

3 結語

目前，研究者對離心風機故障診斷技術的探究主要關注在排除其他響應的干擾，提高故障振動響應的數據模擬與計算可靠性的難點方面。噪聲源預測過程中，風機內部流場可靠性模型的建立，主動降噪與被動降噪的兼容降噪方式探究仍然需要大量的研究工作。