振動標(biāo)準(zhǔn)的解讀及其在干法水泥生產(chǎn)線的應(yīng)用

崔建學(xué)，董小明，緱建坤，李牛牛

振動標(biāo)準(zhǔn)的解讀及其在干法水泥生產(chǎn)線的應(yīng)用

Interpretation of the Vibration Standards and its Application in Cement Rotary Kiln Plants

崔建學(xué)，董小明，緱建坤，李牛牛

干法水泥生產(chǎn)線中的風(fēng)機(jī)①，只有在機(jī)械安全運行的基礎(chǔ)上才能給生產(chǎn)線提供所需的流量和壓力，機(jī)械振動值的大小是風(fēng)機(jī)安全運行重要的考核指標(biāo)之一；風(fēng)機(jī)振動值只有在特定的數(shù)值范圍內(nèi)，風(fēng)機(jī)的運行才是安全的。那么什么樣的振動值范圍是生產(chǎn)線風(fēng)機(jī)的安全運行值？本文針對種種振動標(biāo)準(zhǔn)，給出將怎樣理解和使用這些振動標(biāo)準(zhǔn)，怎樣確定生產(chǎn)線中風(fēng)機(jī)安全運行的振動值。

1 綜述

針對機(jī)械運轉(zhuǎn)，從人們的主觀意愿來講，振動值應(yīng)是越小越好，機(jī)械運轉(zhuǎn)起來既沒有振動也沒有聲音。然而，客觀上偌大的一個設(shè)備，其功率少則幾百千瓦，多則幾千千瓦，這么大的能量要在設(shè)備上進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，機(jī)械能量、聲音能量和熱能沒有是不可能的。振動標(biāo)準(zhǔn)的制訂只能是在設(shè)備不被損壞的前提下，設(shè)備的功耗越小越好，設(shè)備運行時間越長越好。設(shè)備運行時的振動、噪聲及熱量是永遠(yuǎn)存在的，從此意義上講，振動標(biāo)準(zhǔn)的制訂反映了一個時代、一個國家、一個工廠的加工制造水平。

同時，振動標(biāo)準(zhǔn)是設(shè)備運行和維護(hù)經(jīng)驗的積累，人們在長期的設(shè)備使用和維護(hù)中總結(jié)出許多實際經(jīng)驗，這些經(jīng)驗對設(shè)備的使用起到一定的作用。振動標(biāo)準(zhǔn)沒有優(yōu)劣之分，只有科學(xué)與不科學(xué)之別。

隨著技術(shù)、加工、制造、運行和維護(hù)水平的不斷提高，振動標(biāo)準(zhǔn)和其他事物一樣都在不斷發(fā)展和變化，不管在哪種情況下，振動標(biāo)準(zhǔn)都是運行設(shè)備的合理評價。

振動標(biāo)準(zhǔn)繁多，都有其應(yīng)用的對象與范圍。如果我們國家有自己的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該遵循自己的國家標(biāo)準(zhǔn)（GB國家標(biāo)準(zhǔn)；GB/T國家推薦標(biāo)準(zhǔn)），中國沒有的標(biāo)準(zhǔn)，那么中國是ISO（international organ of standard國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會）的會員，應(yīng)該遵循ISO的標(biāo)準(zhǔn)。

2 振動標(biāo)準(zhǔn)的變遷與選用

在上世紀(jì)70、80年代前后，人們對振動的理解很模糊，對振動只是一個定性的了解，振動沒有專業(yè)測量儀器和儀表,對振動沒有定量的認(rèn)識，振動的大小是以操作者的經(jīng)驗為準(zhǔn)。后期隨著國外設(shè)備的引進(jìn)，振動儀表與儀器也隨之引入，振動才有定量的概念，這時就有一些部級標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在中國，振動知識的全面應(yīng)用是在電力行業(yè)和石化行業(yè)，這兩個行業(yè)對設(shè)備運行要求很嚴(yán)格。在風(fēng)機(jī)行業(yè)振動概念的全面應(yīng)用是在上世紀(jì)90年代后，這時風(fēng)機(jī)行業(yè)開始真正地使用振動的概念。

國際標(biāo)準(zhǔn)組織（ISO）是世界上公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)制訂機(jī)構(gòu)。ISO在1986年制定軸振（振動位移）的測量標(biāo)準(zhǔn)，ISO7919-1986《回轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)軸振動測量和評價》，在1996年修改為《旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)軸徑向振動的測量和評價》，這些標(biāo)準(zhǔn)中對轉(zhuǎn)軸振動的相關(guān)知識都有較為詳細(xì)的描述。簡稱為ISO7919-1996。1997年中國將這一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了移植，等效移植為GB/T11348-1997。

ISO在1977年制定了以烈度為準(zhǔn)的軸承座振動標(biāo)準(zhǔn)，ISO3945-1977，即《在非轉(zhuǎn)動部件上測量和評價機(jī)器的機(jī)械振動》，在1985年對此作了修改，成為ISO3945-1985，在1989年對此再做修改，成為ISO10816-1996。我國于2001年做等效移植，即為我國的GB/T6075-2001，即《在非轉(zhuǎn)動部件上測量和評價機(jī)器的機(jī)械振動》，簡稱為GB/T6075。

風(fēng)機(jī)（風(fēng)機(jī)種類多，它們以出口壓力來區(qū)分，包括通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和離心壓縮機(jī)，本文所講的風(fēng)機(jī)是嚴(yán)格意義上的通風(fēng)機(jī)）一般都是測量軸承座的振動值，所以對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是GB/T6075（也是筆者推薦的風(fēng)機(jī)振動測量標(biāo)準(zhǔn)）。

表1 GB/T6075對振動值的規(guī)定

3 振動標(biāo)準(zhǔn)解讀

在6075（本文中所提到的振動標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是GB/T6075.3-2001，為敘述方便簡稱為6075）中，把振動機(jī)器分成四類，新型干法水泥生產(chǎn)線（后簡稱為生產(chǎn)線）風(fēng)機(jī)屬于第三振動機(jī)器；在6075中對振動值的規(guī)定如下：

生產(chǎn)線的風(fēng)機(jī)都可按柔性支撐處理，對應(yīng)的柔支座振動區(qū)域如下：

A區(qū)值：≤3.5

B區(qū)值：3.5＜，≤7.1

C區(qū)值：7.1＜，≤11.2

D區(qū)值：＞11.2

在早期的標(biāo)準(zhǔn)中振動值（烈度）的階梯值是按1.61倍的關(guān)系給出的（單位：mm/s）：

0.28→0 .45→0.71→1.12→1.8→2.8→4.5

→7.1→11.2→18.0→28.0→45.0

在6075-2001中出現(xiàn)的2.3和3.5階梯值，在以前的振動標(biāo)準(zhǔn)中是2.8和4.5階梯值。對此可以這樣理解，隨著機(jī)械加工技術(shù)的提高，標(biāo)準(zhǔn)中振動值的變小是正常的，但是對加工手段沒有改變的機(jī)械設(shè)備，用原來的振動階梯值仍然是正確的，生產(chǎn)線風(fēng)機(jī)就屬于此種情況。

在6075中，對四個區(qū)域的振動值有三種解釋。按照新產(chǎn)品的解釋（設(shè)備出廠前機(jī)械運轉(zhuǎn)試驗）是：A區(qū)是良好，B區(qū)是合格，C區(qū)是不合格，D區(qū)是不允許。按照現(xiàn)場運行的解釋是：A區(qū)是新交付使用機(jī)器的振動值，可以長期運行；B區(qū)是機(jī)器可以長期運行的振動值，不會對機(jī)器造成損壞；C區(qū)的是機(jī)器短期運行的振動值，D區(qū)是機(jī)器運行是危險的振動值，會對機(jī)組造成破壞。按照是否需要做振動處理的解釋分別是：A區(qū)是不需要處理；B區(qū)是可以長期運行，但在下次的檢修中要進(jìn)行振動處理；C區(qū)是可以短期運行，但要在近期安排振動處理；D區(qū)是必須立即停機(jī)進(jìn)行振動值處理。

4 風(fēng)機(jī)振動的報警值和停機(jī)值

在6075約定，報警值為B/C區(qū)的25%，用振動烈度表示為8.9mm/s；停機(jī)值為C/D區(qū)的25%，用烈度表示為：14.8mm/s。根據(jù)實際經(jīng)驗這兩個百分比可以放大，可取：50%～70%，和60%～80%，這一點要根據(jù)基準(zhǔn)振動值選用，使用時須慎重。

以基準(zhǔn)振動值（在下面的討論中有定義）為準(zhǔn)的報警值，標(biāo)準(zhǔn)中也有約定，振動值超過基準(zhǔn)振動值的25%就是報警值；超過50%為停機(jī)值。在有些場合為了避免機(jī)械重大事故的出現(xiàn)，還規(guī)定軸承座振動值突然超過30μm或軸振動值突然超過50μm就應(yīng)停機(jī)。

5 風(fēng)機(jī)振動值的討論

5.1 風(fēng)機(jī)振動值

在振動標(biāo)準(zhǔn)中，有基準(zhǔn)振動值的概念，基準(zhǔn)振動值是指某一旋轉(zhuǎn)機(jī)械在實際的運行過程中，振動沒有引起機(jī)械損壞且機(jī)械運行了相當(dāng)長一段時間的振動值，該值叫基準(zhǔn)振動值，它與振動標(biāo)準(zhǔn)中涉及振動值大小無關(guān)。該值是旋轉(zhuǎn)機(jī)械實際運行值，在沒有機(jī)械運行之前此值是不存在的。因為該值產(chǎn)生于機(jī)械的實際運行，是經(jīng)驗值，所以該值對機(jī)械運行具有重要的指導(dǎo)意義，用它衡量機(jī)械運行時就顯得更為重要，大多數(shù)實際操作者所指的振動大小就是以此值為準(zhǔn)，在振動標(biāo)準(zhǔn)中也認(rèn)可基準(zhǔn)振動值。

雖然振動大，但機(jī)器已經(jīng)運行了相當(dāng)一段時間，振動也對機(jī)器沒有造成損壞，這與振動標(biāo)準(zhǔn)不矛盾，只能說設(shè)備的強(qiáng)度大，是超強(qiáng)度設(shè)計，即通俗說的機(jī)器“結(jié)實”。

雖然振動不大，但是機(jī)器運行總是不穩(wěn)定，甚至振動還造成機(jī)器損壞，但振動值卻在振動標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)，這與振動標(biāo)準(zhǔn)也不矛盾，只能說設(shè)備的設(shè)計強(qiáng)度差。

通常說的振動大，有兩層含義：一是按標(biāo)準(zhǔn)中所講的振動值大；二是基準(zhǔn)振動值報警，標(biāo)準(zhǔn)中對此有約定，基準(zhǔn)振動值超過基準(zhǔn)值的25%就是報警值。

5.2 機(jī)械振動的度量方式

振動值是機(jī)械運行好壞的度量，是機(jī)械振動的大小的反映。振動值有三種度量量綱，振動加速度、振動烈度（速度）和振動位移。很明顯加速度是振動激振力的度量，加速度乘以質(zhì)量就是振動力；烈度是振動對機(jī)械破壞程度的度量，是單位時間內(nèi)被測物體移動的距離大小；振動位移是被測物體離開靜態(tài)位置的大小。三種度量側(cè)重點各異，在實際中都在使用，最佳測量單位的選擇是：加速度傳感器以加速度為單位，速度傳感器以速度為單位，電渦流傳感器以位移為單位，這樣可以減小換算誤差。由于測量方法的不同，烈度和加速度可以直接換算（這里的振動值是機(jī)器相對大地的振動，是絕對振動值），而它們和位移（相對振動）之間的換算比較復(fù)雜，一般都認(rèn)為烈度測量是位移的3～5倍，這和軸承座的剛度有關(guān)，沒有精確值。

5.3 振動值和轉(zhuǎn)速的關(guān)系

對風(fēng)機(jī)而言，轉(zhuǎn)速為3000r/min都稱高速風(fēng)機(jī)，生產(chǎn)線使用的風(fēng)機(jī)（不包括其他小風(fēng)機(jī)）都在此轉(zhuǎn)速以下，這樣的風(fēng)機(jī)都稱低速風(fēng)機(jī)。

振動標(biāo)準(zhǔn)中，只約定了兩個轉(zhuǎn)速的振動標(biāo)準(zhǔn)，而實際上風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有各種各樣的，風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速很隨意，從這種意義上講振動標(biāo)準(zhǔn)是不完善的。所以用6075度量的風(fēng)機(jī)振動是有誤差的。

5.4 振動值和軸承的關(guān)系

常用的滾動軸承有滾珠軸承、滾柱軸承等，常用的滑動軸承有圓柱瓦、橢圓瓦、可傾瓦軸承等，這些軸承的工作原理不一樣，技術(shù)參數(shù)差異很大，但在振動標(biāo)準(zhǔn)中這些差異沒有區(qū)分，都以振動值的大小來統(tǒng)一。

事實上，軸承聯(lián)接著機(jī)器動靜部分，它的參數(shù)對軸系的對中、對轉(zhuǎn)子的作用力是不同的，這些在振動標(biāo)準(zhǔn)中沒有體現(xiàn)出來。

5.5 振動值的突變

振動值的突變是機(jī)械運轉(zhuǎn)中振動一個量變到質(zhì)變的過程，突變值是要損壞機(jī)械或者說是損壞機(jī)械的開始，設(shè)備可以在振動大一點的情況下運行，但是不能在振動值突變下運行。振動的突變不管幅度大小，都要進(jìn)行處理，對突變必須查明原因，引起足夠的重視；在振動值突變后，還要繼續(xù)運行要擔(dān)破壞設(shè)備的風(fēng)險。

6 風(fēng)機(jī)振動標(biāo)準(zhǔn)的正確理解與運用

生產(chǎn)線風(fēng)機(jī)的運行平穩(wěn)與否與各個廠家的設(shè)計加工水平相關(guān)聯(lián)，主要體現(xiàn)在風(fēng)機(jī)選用的傳動組（軸承座）上，而傳動組的設(shè)計不做強(qiáng)度計算，是根據(jù)風(fēng)機(jī)型號大小選用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)傳動組，受選用經(jīng)驗支配，而生產(chǎn)線風(fēng)機(jī)振動值與軸承座的剛度系數(shù)成反比。

風(fēng)機(jī)的振動有兩種情況:

風(fēng)機(jī)安裝后，振動值小（比振動標(biāo)準(zhǔn)值小），使用者有一個錯誤概念，風(fēng)機(jī)的振動本來就是這樣，風(fēng)機(jī)的振動變大一點（比振動標(biāo)準(zhǔn)值小）他們就認(rèn)為風(fēng)機(jī)振動值大，對振動值大很敏感。

風(fēng)機(jī)安裝后，振動就很大（比振動標(biāo)準(zhǔn)值大），使用者也有一個錯誤的概念，風(fēng)機(jī)的振動本來就這樣，風(fēng)機(jī)振動再大一點（比振動標(biāo)準(zhǔn)值大得多）使用者認(rèn)為振動值在容忍范圍內(nèi)，對振動值大麻木。

以上兩種振動觀點都是錯誤的，應(yīng)該重新認(rèn)識風(fēng)機(jī)的振動，正確的風(fēng)機(jī)振動概念是以風(fēng)機(jī)振動標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)理解振動、看待振動。不管風(fēng)機(jī)安裝后還是在運行中，以風(fēng)機(jī)的振動標(biāo)準(zhǔn)來衡量風(fēng)機(jī)的振動，對風(fēng)機(jī)的振動有一個正確的認(rèn)識，對振動把握有度，正確地對待風(fēng)機(jī)振動的大小，正確地處理振動值。

7 振動標(biāo)準(zhǔn)使用實例

生產(chǎn)線中的窯頭風(fēng)機(jī)是一種高效風(fēng)機(jī)，它的葉片是機(jī)翼型，這種風(fēng)機(jī)使用介質(zhì)有粉塵，磨損易造成振動大。下面是某窯頭風(fēng)機(jī)運行時振動數(shù)據(jù)（∥表示水平振動，⊥表示垂直振動，→表示軸向振動。）：

驅(qū)動端：∥8.2mm/s⊥6.1mm/s→4.3mm/s

自由端：∥7.3mm/s⊥7.0mm/s→3.3mm/s

這樣的風(fēng)機(jī)運行數(shù)據(jù)，振動值是8.2mm/s，已經(jīng)大于7.1mm/s，是應(yīng)該處理的范圍，短時間運行可以，絕對不能長時間運行；經(jīng)現(xiàn)場平衡后振動值為：

驅(qū)動端：∥2.8mm/s⊥1.2mm/s→2.6mm/s

自由端：∥2.3mm/s⊥0.9mm/s→1.9mm/s

對此的解釋是：風(fēng)機(jī)的振動確實是轉(zhuǎn)子不平衡引起，窯頭風(fēng)機(jī)的介質(zhì)含有一定量的粉塵，粉塵對葉輪的磨損是不可能避免的，由于磨損的不均勻造成轉(zhuǎn)子不平衡；平衡后的振動數(shù)據(jù)使風(fēng)機(jī)可以長期運行；平衡后的振動數(shù)據(jù)軸承向振動大（2.6mm/s），可能是對中不太好或者葉輪漂擺大。

生產(chǎn)線中的循環(huán)風(fēng)機(jī)由于工藝上的特殊性，葉輪易粘塵，在停機(jī)時在其葉片的非工作面都有一定的積塵。下面是某循環(huán)風(fēng)機(jī)運行時振動數(shù)據(jù)：

驅(qū)動端：∥2.2mm/s⊥1.2mm/s→2.3mm/s

自由端：∥5.2mm/s⊥4.3mm/s→2.5mm/s

該振動值長期運行也可以，因為循環(huán)風(fēng)機(jī)磨損不確定，也有顆粒物，運行中的平衡不固定，可能運行一段時間振動會下降，但是如果振動值增加就要處理。由于風(fēng)機(jī)處于檢修，清理葉片的積塵后，又做了現(xiàn)場動平衡，之后振動值如下：

驅(qū)動端：∥0.9mm/s⊥0.5mm/s→1.3mm/s

自由端：∥2.1mm/s⊥1.8mm/s→1.8mm/s

這樣的振動值完全滿足長期運行的要求，前面的振動是由于積塵和不平衡引起。對于葉輪積塵有兩點，一是積塵是均勻的，不可能一個部位特多，一個部位特少，整體來講轉(zhuǎn)子是相對平衡的，積塵振動會增大，但不可能一直增大；二是積塵使風(fēng)機(jī)的振動大，風(fēng)機(jī)不可能在一個很理想的振動值下運行，振動值在一定范圍內(nèi)變化。徹底解決積塵的方法有兩種：一是改變水泥流程工藝；二是改變風(fēng)機(jī)的葉片形狀，這兩點都是以付出成本為前提的。

[1] 李慶宜.通風(fēng)機(jī)[M].北京：機(jī)械出版社,1981.

[2] 冠勝利.汽輪發(fā)電機(jī)組的振動及現(xiàn)場平衡[M].北京：中國電力出版社,2007.

[3] 崔建學(xué).離心壓機(jī)的臨界轉(zhuǎn)速監(jiān)測[J].技術(shù)通訊,1997,(1).

[4] 崔建學(xué),許飛.劉浩.振動分析儀現(xiàn)場應(yīng)用探討[J].工程師,1997,(1).

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1001-6171（2012）03-0085-03