振動標準的解讀及其在干法水泥生產線的應用

崔建學，董小明，緱建坤，李牛牛

振動標準的解讀及其在干法水泥生產線的應用

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

崔建學，董小明，緱建坤，李牛牛

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

1 綜述

針對機械運轉，從人們的主觀意愿來講，振動值應是越小越好，機械運轉起來既沒有振動也沒有聲音。然而，客觀上偌大的一個設備，其功率少則幾百千瓦，多則幾千千瓦，這么大的能量要在設備上進行能量轉換，機械能量、聲音能量和熱能沒有是不可能的。振動標準的制訂只能是在設備不被損壞的前提下，設備的功耗越小越好，設備運行時間越長越好。設備運行時的振動、噪聲及熱量是永遠存在的，從此意義上講，振動標準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，振動標準是設備運行和維護經驗的積累，人們在長期的設備使用和維護中總結出許多實際經驗，這些經驗對設備的使用起到一定的作用。振動標準沒有優劣之分，只有科學與不科學之別。

隨著技術、加工、制造、運行和維護水平的不斷提高，振動標準和其他事物一樣都在不斷發展和變化，不管在哪種情況下，振動標準都是運行設備的合理評價。

振動標準繁多，都有其應用的對象與范圍。如果我們國家有自己的標準應該遵循自己的國家標準（GB國家標準；GB/T國家推薦標準），中國沒有的標準，那么中國是ISO（international organ of standard國標標準協會）的會員，應該遵循ISO的標準。

2 振動標準的變遷與選用

在上世紀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，振動沒有專業測量儀器和儀表,對振動沒有定量的認識，振動的大小是以操作者的經驗為準。后期隨著國外設備的引進，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準和行業標準。在中國，振動知識的全面應用是在電力行業和石化行業，這兩個行業對設備運行要求很嚴格。在風機行業振動概念的全面應用是在上世紀90年代后，這時風機行業開始真正地使用振動的概念。

國際標準組織（ISO）是世界上公認的標準制訂機構。ISO在1986年制定軸振（振動位移）的測量標準，ISO7919-1986《回轉機械轉軸振動測量和評價》，在1996年修改為《旋轉機械轉軸徑向振動的測量和評價》，這些標準中對轉軸振動的相關知識都有較為詳細的描述。簡稱為ISO7919-1996。1997年中國將這一標準進行了移植，等效移植為GB/T11348-1997。

ISO在1977年制定了以烈度為準的軸承座振動標準，ISO3945-1977，即《在非轉動部件上測量和評價機器的機械振動》，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《在非轉動部件上測量和評價機器的機械振動》，簡稱為GB/T6075。

風機（風機種類多，它們以出口壓力來區分，包括通風機、鼓風機和離心壓縮機，本文所講的風機是嚴格意義上的通風機）一般都是測量軸承座的振動值，所以對應的標準應該是GB/T6075（也是筆者推薦的風機振動測量標準）。

表1 GB/T6075對振動值的規定

3 振動標準解讀

在6075（本文中所提到的振動標準應該是GB/T6075.3-2001，為敘述方便簡稱為6075）中，把振動機器分成四類，新型干法水泥生產線（后簡稱為生產線）風機屬于第三振動機器；在6075中對振動值的規定如下：

生產線的風機都可按柔性支撐處理，對應的柔支座振動區域如下：

A區值：≤3.5

B區值：3.5＜，≤7.1

C區值：7.1＜，≤11.2

D區值：＞11.2

在早期的標準中振動值（烈度）的階梯值是按1.61倍的關系給出的（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中出現的2.3和3.5階梯值，在以前的振動標準中是2.8和4.5階梯值。對此可以這樣理解，隨著機械加工技術的提高，標準中振動值的變小是正常的，但是對加工手段沒有改變的機械設備，用原來的振動階梯值仍然是正確的，生產線風機就屬于此種情況。

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

4 風機振動的報警值和停機值

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

以基準振動值（在下面的討論中有定義）為準的報警值，標準中也有約定，振動值超過基準振動值的25%就是報警值；超過50%為停機值。在有些場合為了避免機械重大事故的出現，還規定軸承座振動值突然超過30μm或軸振動值突然超過50μm就應停機。

5 風機振動值的討論

5.1 風機振動值

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

雖然振動大，但機器已經運行了相當一段時間，振動也對機器沒有造成損壞，這與振動標準不矛盾，只能說設備的強度大，是超強度設計，即通俗說的機器“結實”。

雖然振動不大，但是機器運行總是不穩定，甚至振動還造成機器損壞，但振動值卻在振動標準規定的范圍內，這與振動標準也不矛盾，只能說設備的設計強度差。

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

5.2 機械振動的度量方式

振動值是機械運行好壞的度量，是機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，加速度乘以質量就是振動力；烈度是振動對機械破壞程度的度量，是單位時間內被測物體移動的距離大小；振動位移是被測物體離開靜態位置的大小。三種度量側重點各異，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）之間的換算比較復雜，一般都認為烈度測量是位移的3～5倍，這和軸承座的剛度有關，沒有精確值。

5.3 振動值和轉速的關系

對風機而言，轉速為3000r/min都稱高速風機，生產線使用的風機（不包括其他小風機）都在此轉速以下，這樣的風機都稱低速風機。

振動標準中，只約定了兩個轉速的振動標準，而實際上風機的轉速有各種各樣的，風機的轉速很隨意，從這種意義上講振動標準是不完善的。所以用6075度量的風機振動是有誤差的。

5.4 振動值和軸承的關系

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，技術參數差異很大，但在振動標準中這些差異沒有區分，都以振動值的大小來統一。

事實上，軸承聯接著機器動靜部分，它的參數對軸系的對中、對轉子的作用力是不同的，這些在振動標準中沒有體現出來。

5.5 振動值的突變

振動值的突變是機械運轉中振動一個量變到質變的過程，突變值是要損壞機械或者說是損壞機械的開始，設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，還要繼續運行要擔破壞設備的風險。

6 風機振動標準的正確理解與運用

生產線風機的運行平穩與否與各個廠家的設計加工水平相關聯，主要體現在風機選用的傳動組（軸承座）上，而傳動組的設計不做強度計算，是根據風機型號大小選用現有的標準傳動組，受選用經驗支配，而生產線風機振動值與軸承座的剛度系數成反比。

風機的振動有兩種情況:

風機安裝后，振動值小（比振動標準值小），使用者有一個錯誤概念，風機的振動本來就是這樣，風機的振動變大一點（比振動標準值小）他們就認為風機振動值大，對振動值大很敏感。

風機安裝后，振動就很大（比振動標準值大），使用者也有一個錯誤的概念，風機的振動本來就這樣，風機振動再大一點（比振動標準值大得多）使用者認為振動值在容忍范圍內，對振動值大麻木。

以上兩種振動觀點都是錯誤的，應該重新認識風機的振動，正確的風機振動概念是以風機振動標準為依據理解振動、看待振動。不管風機安裝后還是在運行中，以風機的振動標準來衡量風機的振動，對風機的振動有一個正確的認識，對振動把握有度，正確地對待風機振動的大小，正確地處理振動值。

7 振動標準使用實例

生產線中的窯頭風機是一種高效風機，它的葉片是機翼型，這種風機使用介質有粉塵，磨損易造成振動大。下面是某窯頭風機運行時振動數據（∥表示水平振動，⊥表示垂直振動，→表示軸向振動。）：

驅動端：∥8.2mm/s⊥6.1mm/s→4.3mm/s

自由端：∥7.3mm/s⊥7.0mm/s→3.3mm/s

這樣的風機運行數據，振動值是8.2mm/s，已經大于7.1mm/s，是應該處理的范圍，短時間運行可以，絕對不能長時間運行；經現場平衡后振動值為：

驅動端：∥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：風機的振動確實是轉子不平衡引起，窯頭風機的介質含有一定量的粉塵，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子不平衡；平衡后的振動數據使風機可以長期運行；平衡后的振動數據軸承向振動大（2.6mm/s），可能是對中不太好或者葉輪漂擺大。

生產線中的循環風機由于工藝上的特殊性，葉輪易粘塵，在停機時在其葉片的非工作面都有一定的積塵。下面是某循環風機運行時振動數據：

驅動端：∥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，因為循環風機磨損不確定，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。由于風機處于檢修，清理葉片的積塵后，又做了現場動平衡，之后振動值如下：

驅動端：∥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；二是積塵使風機的振動大，風機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；二是改變風機的葉片形狀，這兩點都是以付出成本為前提的。

[1] 李慶宜.通風機[M].北京：機械出版社,1981.

[2] 冠勝利.汽輪發電機組的振動及現場平衡[M].北京：中國電力出版社,2007.

[3] 崔建學.離心壓機的臨界轉速監測[J].技術通訊,1997,(1).

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

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