引風(fēng)機(jī)軸系不對(duì)中引發(fā)的軸向振動(dòng)分析

沈文婷

（中天鋼鐵集團(tuán)有限公司，江蘇常州 213011）

0 引言

某廠(chǎng)一臺(tái)引風(fēng)機(jī)大修后開(kāi)機(jī)，在垂直、水平和軸向3 個(gè)方向上的振動(dòng)都比較大。故障處理初期，通過(guò)動(dòng)平衡試驗(yàn)減小了垂直和水平兩個(gè)方向上的振動(dòng)，但軸承座軸向振動(dòng)依然較大。對(duì)風(fēng)機(jī)出現(xiàn)的振動(dòng)原因進(jìn)行了深入分析，認(rèn)為風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子和電機(jī)轉(zhuǎn)子之間的軸系對(duì)中偏差較大，對(duì)動(dòng)平衡試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生了很大影響。對(duì)中調(diào)整后，重新進(jìn)行了動(dòng)平衡試驗(yàn)，降低了軸向振動(dòng)。

1 異常振動(dòng)現(xiàn)象

風(fēng)機(jī)葉輪處于軸系外伸端，為懸臂布置。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子由1#、2#兩個(gè)滾動(dòng)軸承支撐，電機(jī)轉(zhuǎn)子由3#、4#兩個(gè)軸承支撐，電機(jī)轉(zhuǎn)子和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子之間用膜片聯(lián)軸器相連（圖1）。

引風(fēng)機(jī)開(kāi)到轉(zhuǎn)速800 r/min后，實(shí)測(cè)引風(fēng)機(jī)前后兩個(gè)軸承水平方向振動(dòng)都較大，分別達(dá)到180 μm 和150 μm，垂直方向振動(dòng)達(dá)到90 μm 和75 μm。

圖2 是升速過(guò)程中1#軸承水平振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速變化情況。從圖中可以看出，升速過(guò)程中振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速的升高而增大，振動(dòng)幅值近似為轉(zhuǎn)速的平方關(guān)系，升速過(guò)程中相位也在不斷增大。圖中相位隨轉(zhuǎn)速實(shí)際上是連續(xù)變化的，相位突降是因?yàn)?60°后相位恢復(fù)到0°。升速過(guò)程中振動(dòng)幅值和相位隨轉(zhuǎn)速變化特征表現(xiàn)出比較明顯的不平衡特性。

圖1 風(fēng)機(jī)軸系布置

圖2 1#軸承水平振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速變化情況

從1#軸承水平振動(dòng)的波形和頻譜圖可以看出，時(shí)域波形近似為正弦波，頻譜中主要以1 倍頻分量（圖3）。

結(jié)合頻譜、波形、幅值和相位隨轉(zhuǎn)速變化等特征，判定振動(dòng)是因?yàn)橐L(fēng)機(jī)葉輪不平衡所引起的。

2 第一階段風(fēng)機(jī)動(dòng)平衡試驗(yàn)

根據(jù)上述分析，決定在風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)首先開(kāi)展葉輪高速動(dòng)平衡試驗(yàn)。

動(dòng)平衡試驗(yàn)在800 r/min 下進(jìn)行，該轉(zhuǎn)速下振動(dòng)較大，動(dòng)平衡試驗(yàn)效果比低速好。該階段動(dòng)平衡試驗(yàn)合計(jì)進(jìn)行了3 次。表1給出了動(dòng)平衡試驗(yàn)過(guò)程中1#瓦振動(dòng)數(shù)據(jù)。

圖3 1#軸承水平振動(dòng)波形和頻譜圖

從表1 可以看出，經(jīng)過(guò)3 次動(dòng)平衡試驗(yàn)（在葉輪上等效加 重952 g ∠124°）后，風(fēng)機(jī)軸承座水平和垂直方向振動(dòng)都大幅度減小，達(dá)到優(yōu)秀水平，但是軸向振動(dòng)依然較大。其余3 個(gè)軸承座的軸向振動(dòng)也較大，分別達(dá)到85 μm、80 μm 和70 μm。

為了減小軸向振動(dòng)，在風(fēng)機(jī)和電機(jī)之間的對(duì)輪上開(kāi)展動(dòng)平衡試驗(yàn)。在對(duì)輪上加重494 g∠42°后，軸向振動(dòng)有所減小但效果不明顯，而電機(jī)振動(dòng)大幅度增大（表2）。因此將對(duì)輪配重塊拆除。

3 故障原因分析

正常情況下，軸承垂直、水平兩個(gè)徑向方向上的振動(dòng)降下來(lái)后，軸向振動(dòng)也應(yīng)該能同步下降。本風(fēng)機(jī)葉輪上3 次動(dòng)平衡試驗(yàn)雖然大幅減小了軸承垂直和水平方向振動(dòng)，但是軸向振動(dòng)未能取得預(yù)期效果。

從波形和頻譜上看，振動(dòng)主要以工頻分量為主，呈現(xiàn)典型的不平衡特征，沒(méi)有表現(xiàn)出不對(duì)中征兆。由于本機(jī)動(dòng)平衡試驗(yàn)現(xiàn)象不太好解釋?zhuān)瑳Q定檢查風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子和電機(jī)轉(zhuǎn)子之間的對(duì)中情況。

這兩根轉(zhuǎn)子采用膜片聯(lián)軸器相連，膜片聯(lián)軸器具有較強(qiáng)的不對(duì)中偏差補(bǔ)償能力，允許兩根轉(zhuǎn)子之間以適度的對(duì)中偏差狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)。如果兩根轉(zhuǎn)子之間對(duì)中偏差較大，也會(huì)對(duì)設(shè)備振動(dòng)產(chǎn)生影響。

檢查發(fā)現(xiàn)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子和電機(jī)轉(zhuǎn)子之間的高低差達(dá)到0.4 mm，張口偏差達(dá)到0.3 mm，都已超出廠(chǎng)家設(shè)計(jì)值。通過(guò)調(diào)整軸承底部墊片，使得兩根轉(zhuǎn)子之間的對(duì)中狀態(tài)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

表1 第1 階段動(dòng)平衡試驗(yàn)數(shù)據(jù) μm

表2 對(duì)輪動(dòng)平衡后振動(dòng) μm

4 第二階段風(fēng)機(jī)動(dòng)平衡試驗(yàn)

重調(diào)中心后，再次開(kāi)機(jī)測(cè)試，振動(dòng)發(fā)生了較大變化，對(duì)風(fēng)機(jī)葉輪再次進(jìn)行了2 次動(dòng)平衡試驗(yàn)，取得了很好的減振效果（表3）。圖4 是本階段動(dòng)平衡試驗(yàn)后升速過(guò)程中1#瓦水平振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速變化情況。雖然振動(dòng)依然隨轉(zhuǎn)速的升高而增大，但是整個(gè)升速過(guò)程中振動(dòng)大幅降低。

5 結(jié)論

（1）膜片聯(lián)軸器雖然有較強(qiáng)的對(duì)中偏差補(bǔ)償能力，但是過(guò)大的對(duì)中偏差對(duì)軸系振動(dòng)的影響較大。采用膜片聯(lián)軸器的軸系對(duì)中精度還是需要高度重視。

（2）本試驗(yàn)結(jié)果表明，不對(duì)中狀態(tài)下振動(dòng)頻譜中主要還是一倍頻分量，并沒(méi)有出現(xiàn)常規(guī)理念上的比較明顯的二倍頻分量。針對(duì)不對(duì)中故障機(jī)理的研究還需要進(jìn)一步拓展。

表3 第2 階段動(dòng)平衡試驗(yàn)數(shù)據(jù) μm

圖4 動(dòng)平衡試驗(yàn)后1#瓦水平振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速變化情況

（3）對(duì)中偏差狀態(tài)下的動(dòng)平衡試驗(yàn)減小了垂直和水平振動(dòng)，但對(duì)軸向振動(dòng)的影響卻很小，而對(duì)中調(diào)整后的動(dòng)平衡試驗(yàn)則同時(shí)減小了垂直、水平和軸向3 個(gè)方向上的振動(dòng)。動(dòng)平衡試驗(yàn)出現(xiàn)異常時(shí)，需要拓寬思路，考慮設(shè)備存在的其他缺陷。