風機轉子異常振動的判斷

田井新

摘要：風機工廠使用的關鍵設備，風機穩(wěn)定運行尤為重要，而風機有不平衡、軸彎曲、共振、不對中、松動等等故障，我們要用不同的檢測手段和方法進行區(qū)分，進而快速的判斷出故障的類型。

關鍵詞：風機；不平衡；共振；軸彎曲

前言

風機是工廠排風、通風，提高流體能量所必須的設備，因此風機工作的穩(wěn)定就顯得尤為重要。引起風機振動的因素有很多，其中不平衡為最常見誘因，據(jù)統(tǒng)計使用過程中質(zhì)量不平衡引起的機械振動增大占70% 。所以現(xiàn)場多數(shù)情況下對風機轉子進行在線動平衡處理，但是有些情況下動平衡處理并不能解決問題，因為軸的熱彎曲、共振、轉子裂紋等故障特征與不平衡特征相似。這些故障容易讓測試人員誤認為轉子不平衡，從而導致設備故障不能有效地解決。所以我們要對這些故障加以區(qū)分，找出其中的不同，有針對性的解決風機轉租異常振動的故障問題。

1.風機轉子不平衡的判定及處理

1.1不平衡的判定

1.1.1風機轉子不平衡主要表現(xiàn)為時域波形近似正弦波，主要振動頻率為轉頻，軸心軌跡呈橢圓，水平徑向和垂直徑向方向相位相差180°，檢測時振動幅值比較穩(wěn)定。軸心軌跡和相位的判斷需要雙通道儀器及轉速傳感器才能進行數(shù)據(jù)采集，現(xiàn)場振動測試判斷不夠便捷?，F(xiàn)場實際故障診斷時主要是依靠振動頻率和時域波形進行判斷，這兩項數(shù)據(jù)采集方式簡單，故障分析較快捷。多數(shù)情況下可以通過這兩種方法判定為風機轉子不平衡。

1.1.2以三燒主抽風機為例，電機功率5200KW，風機轉速為1000rpm，葉片數(shù)13，轉頻為1000rpm/60，及16.67Hz。

1.2風機轉子存在不平衡，可以拆除轉子做離線平衡，也可以利用檢修時間進行在線平衡。離線平衡需要拆除風機轉子，托運到指定位置，做完平衡后在進行安裝，時間較長。轉子運輸過程中不能存在磕碰現(xiàn)象，并且離線平衡轉速一般低于工作時轉子轉速。在線平衡不用拆裝、托運轉子，時間較短，并且是在轉子工作轉速下進行動平衡處理，更符合現(xiàn)場工作狀況，平衡效果更好。

2.風機轉子軸彎曲產(chǎn)生原因及實例

2.1風機轉子軸彎曲產(chǎn)生原因

軸彎曲可以產(chǎn)生很大的振動，軸彎曲不能用動平衡來減小振動。軸彎曲一是永久性彎曲，一是熱彈性彎曲。永久性彎曲的軸不能消除軸的彎曲帶來的影響，熱彈性彎曲的軸是軸在旋轉過程中由于摩擦等外部原因?qū)е螺S的受熱不均勻，產(chǎn)生軸的彎曲，當外部熱量消除后軸會恢復正常。這樣的軸彎曲是可以避免的。軸彎曲時主要振動頻率為轉頻，同一轉子軸兩端如果軸的彎曲越大，相位越接近180°，但是在轉子啟動過程中由于摩擦等其它原因引起的發(fā)熱，熱量不斷的增加傳遞給軸，軸逐漸的熱彎曲，這個過程中，測得振動幅值會隨著時間的增加而增大，當摩擦產(chǎn)生的熱量不在增大時，振動趨于穩(wěn)定，但波動較大，并且振動相位值波動較大。

2.2風機轉子軸彎曲產(chǎn)生實例

三燒主抽風機在一次大修中更換密封圈后振動測試發(fā)現(xiàn)振動幅值較高，波動較大，最大達15.6mm/s，主要振動頻率為轉頻，時域波形有削波現(xiàn)象，削波的產(chǎn)生說明有摩擦現(xiàn)象存在。根據(jù)以往的經(jīng)驗進行動平衡處理，發(fā)現(xiàn)在動平衡過程中加試塊不能降低風機轉子的振動。對其進行相位測試發(fā)現(xiàn)軸兩端軸承的軸向相位一個為51.5°，一個為198.1°，相差146.6°，紅外測試發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器測轉子軸承處有明顯的亮痕，說明存在異常摩擦發(fā)熱，開蓋檢查發(fā)現(xiàn)軸的密封處有明顯的摩擦亮痕，是由于密封環(huán)材質(zhì)和安裝原因?qū)е屡c軸異常摩擦產(chǎn)生的，異常摩擦產(chǎn)生熱量使軸發(fā)生的熱彎曲，這是導致異常振動的原因。

3.共振產(chǎn)生原因及判斷共振的必要性

3.1共振產(chǎn)生原因

共振是指以物理系統(tǒng)在特定的頻率下，比其它頻率以更大的振副做振動的情形，這些特定的頻率就是共振頻率。共振頻率與固有頻率分不開，當外加的振動頻率等于風機系統(tǒng)或轉子的固有頻率時就能夠激發(fā)共振，即使很小的振動周期，也會變成很大的振動。風機轉子在其設計時考慮到固有頻率發(fā)生共振的問題，所以轉子的固有頻率往往高于風機的轉頻。

3.2共振判斷的必要性

3.2.1現(xiàn)場振動測試時會碰到一些轉子從啟動到工作轉速時會有一段時間振動幅值增加很快、很大，之后振動值降低，特別是轉子的固有頻率接近工作轉速頻率時，會給風機造成大的振動此時的振動特征型號與轉子的不平衡特征一樣，對現(xiàn)場動平衡的處理造成干擾。因此對轉子的固有頻率測試，判斷其實是否為共振是很必要的。

3.2.2三煉鋼蒸汽風機為例，對其進行固有頻率測試。該風機轉子轉速600rpm，轉子葉片數(shù)12，轉頻為10Hz，對其用專用力錘進行敲擊，再對其進行數(shù)據(jù)采集，采集到的時域波形（圖1）和頻譜圖（圖2）。

圖1 固有頻率測試時域波形圖 圖2 固有頻率測試頻譜圖

從圖2可以看出該風機轉子的一階固有頻率為13.75Hz，二階固有頻率為95.6Hz。轉子發(fā)生共振的最低頻率為13.75 Hz，即825rpm，大于其工作轉速600rpm，符合設計要求。同時共振還可以通過在線數(shù)據(jù)來進行查看，關注啟停機過程中是否存在瞬間增大的幅值，并伴隨著轉速的變化而降低。

風機轉子出現(xiàn)裂紋時，會導致轉子的固有頻率降低，可能會降到轉子的工作轉速會是低于工作轉速，形成共振，影響風機轉子正常運行，所以要定期對轉子進行檢查，避免裂紋的產(chǎn)生。

4.結束語

風機轉子不平衡是風機的主要故障，通過在線動平衡可以在不影響生產(chǎn)的情況下快速的解決，但是軸彎曲、共振、轉子裂紋等由于與不平衡故障特征相似，因此判斷容易混淆，所以對單臺設備而言，要了解設備的特性，如轉子固有頻率是否高于轉頻，轉子是否存在裂紋等問題。。風機轉子的一場振動判斷要結合，相位、紅外、頻譜圖、啟停機分析來進行，這樣才能有效地區(qū)分故障原因。

參考文獻：

[1]張鍵.《機械故障診斷技術》.北京.機械工業(yè)出版社，2008.9

[2]《振動故障分析與診斷》.美國.恩泰克愛迪公司，2000.11