連續熱鍍鋅機組冷卻風機振動異常診斷與處理

楊曉敏，寥嘉豪

（攀鋼集團攀枝花鋼釩有限公司，四川攀枝花 617000）

0 引言

1#鍍鋅變頻冷卻風機是1#鍍鋅機組帶鋼熱鍍鋅后的重要冷卻設備，在推廣使用點檢儀后，該風機的振動監測被納入到日常的設備管理中。設備運轉期間，1#鍍鋅機組鍍后冷卻段風機因軸承箱出現振動與噪聲增大的現象，于2019 年2月25 日更換軸承后振動值和噪聲顯著降低，風機運行良好。2019 年3 月18 日，點檢員進行日常點檢，在使用手持點檢儀（HY-860C）對軸承進行振動數據采集時發現葉輪端軸承振動值顯著升高，最大幅值達到5.479 mm/s，已處于國際標準II 級中型旋轉機械的警戒值范圍（4.5～7.1 mm/s）。在風機的兩個軸承位置設置有測點1 和測點2，如圖1 所示。

1 基本參數及相關計算

離心風機型號：GY6-51-1No-11D。主動力為1 臺三相異步電機，功率110 kW，最大轉速1 500 r/min。風機兩端軸承型號均為22320CAW33，滾子數量為單列15 顆，雙列30 顆。電機與風機通過彈性柱銷聯軸器聯接。葉輪數量為10 片。聯軸器柱銷數量為10 顆。

根據測振系統提供的頻譜系數相關頻率計算如下：

（1）風機主頻。檢測時電機速度為最大轉速，故電機轉頻f風機=1500÷60=25 Hz；風機與電機通過彈性聯軸器直接連接，故風機轉頻f風機=f電機=25 Hz。

（2）軸承故障頻率。通過查表得到故障頻率系數（1 Hz 時的故障頻率），如表1 所示。

由故障頻率系數計算可得25 Hz 時22320CAW33 軸承的各部件故障頻率，如表2 所示。

（3）葉輪通過頻率。10 片×25 Hz=250 Hz。

（4）聯軸器柱銷通過頻率。10 顆×25 Hz=250 Hz。

圖1 風機測點位置

2 數據采集與分析

2.1 數據采集

根據現場采集的數據，水平方向的振動值較垂直方向的振動值大，更具有典型意義，故采用水平方向的數據進行對比分析。

1#鍍鋅機組鍍后冷卻段風機3 月18 日采集到的振動數據，如圖2、表3、表4 和圖3、表5、表6 所示，1H-v 為電機端軸承水平振動測點；2H-v 為葉輪端軸承水平振動測點。

表1 軸承各部位故障頻率系數

表2 25 Hz 時的軸承各部位故障頻率

2.2 頻譜分析

（1）圖2 中，1H-v 頻譜中的2 倍頻幅值大于1 倍頻幅值，可能存在松動B 型松動，A 型松動有可能，C 型松動可能性較小。檢查風機底座、軸承箱底座與電機底座均無螺栓松動現象，A 型松動排除。

圖2 電機端軸承水平振動數據（3 月18 日）

圖3 葉輪端軸承水平振動數據（3 月18 日）

表3 電機端軸承水平振動數據（3 月18 日）

表4 電機端軸承水平振動主要峰值（3 月18 日）

表5 葉輪端軸承水平振動數據（3 月18 日）

表6 葉輪端軸承水平振動主要峰值（3 月18 日）

（2）圖2 中，風機的1 倍頻、2 倍頻和3 倍頻振動幅值大，特別是2 倍頻占主導，可能存在電機對中不良現象。

（3）圖3 中，風機2H-v 的1 倍頻25 Hz（1 500 r/min）振動幅值5.479 mm/s，較其諧波明顯高出很多，說明轉子存在不平衡現象或A 型松動（已排除）。

（4）圖3 中，風機的1 倍頻、2 倍頻振動幅值大，可能出現風機軸彎曲。

（5）測點1 的主頻振動幅值明顯小于測點2 的主頻振動幅值（1H-v：1.745 mm/s；2H-v:5.479 mm/s）。說明主要振動源來自葉輪端，葉輪的動不平衡或軸彎曲引起的動不平衡是振動幅值增大的主要因素。

（6）對照圖2 和圖3，較為明顯的頻譜峰值均無軸承的故障頻率信號，軸承無損壞跡象。

（7）對照圖2 和圖3，無葉輪、聯軸器的通過頻率及其諧波，說明葉輪及聯軸器無損壞跡象。

2.3 分析結果

葉輪、軸承及聯軸器均無損壞頻譜信號出現，因此判斷葉輪存在不平衡且電機對中不良。需要在檢查和調整葉輪平衡同時，檢查電機與風機的軸線對中情況并予以調整。

3 風機檢查

3.1 檢查葉輪

檢查發現葉輪上有一塊重約24 g 的異物（不銹鋼濾網），如圖4 所示。

3.2 檢查電機對中

電機對中的水平軸向相差很大，偏差量為3.52-0.8=2.72 mm。徑向誤差較小，最大值為（-0.09-0.03）/2=-0.06 mm，如圖5 所示。

3.3 檢查聯軸器

發現聯軸器彈性體因擠壓而破壞，柱銷頭部有明顯的沿軸線一定夾角的軸向摩擦磨損斜紋，如圖6 所示。

3.4 檢查主軸

對主軸彎曲情況進行檢查，主軸的徑向跳動量＜0.02 mm。

圖4 葉輪上附著的異物

圖5 電機對中檢查記錄（調整前）

3.5 檢查鎖緊螺母

軸承鎖緊螺母無松動的現象。

3.6 檢查結果分析

（1）葉輪上存在重約24 g 的異物，導致葉輪存在偏心力，這是葉輪不平衡的主要原因。由偏心距離0.4 m、轉速1 500 r/min、偏心質量24 g 計算得到偏心力：F=Μω2r=236.87 Ν。此異物產生的偏心力較大，需要清理。

（2）電機對中的軸向誤差最大值：2.72 mm，徑向誤差最大值：0.06 mm，軸向誤差嚴重超標。需要調整電機軸線。

（3）聯軸器彈性體損壞，說明聯軸器因軸線對中不良導致柱銷頭部在聯軸器孔內有擺動和滑動摩擦的現象（對中良好時為敲擊磨損，無滑動摩擦），需要更換彈性體。

（4）主軸無彎曲現象。

圖6 聯軸器彈性體磨損情況

4 檢修與調整

4.1 清理葉輪

對葉輪上的異物和灰塵進行清理，恢復葉輪平衡。

4.2 調整電機軸線

電機與風機進行對中調整，確保電機軸線與風機軸線誤差在規定的范圍之內，如圖7 所示。

圖7 電機對中檢查記錄（調整后）

圖8 電機端軸承水平振動數據（5 月24 日）

圖9 葉輪端軸承水平振動數據（5 月24 日）

4.3 更換聯軸器緩沖圈

更換聯軸器彈性體，避免柱銷磨損帶來的影響。

5 檢修后數據、頻譜分析

5.1 數據采集

檢修完畢后對風機進行數據采集，如圖8、表7、表8 和圖9、表9、表10 所示。

5.2 數據、頻譜分析

（1）圖8 中，風機的2 倍頻振動幅值有明顯的下降（原值：1.745 mm/s；現值：0.941 mm/s），1 倍頻振動幅值也有所下降且占主導地位，振動幅值處于良好狀態，說明電機軸線對中狀況良好。

（2）圖9 中，風機的1 倍頻振動幅值有明顯的下降（原值：5.479 mm/s；現值：1.673 mm/s），2 倍頻振動幅值也有明顯下降（原值：2.245 mm/s；現值：1.232 mm/s）。葉輪的不平衡因素消除后主頻的振動幅值下降明顯，振動幅值處于良好狀態。

表7 電機端軸承水平振動數據（5 月24 日）

表8 電機端軸承水平振動主要峰值（5 月24 日）

表9 葉輪端軸承水平振動數據（5 月24 日）

表10 葉輪端軸承水平振動主要峰值（5 月24 日）

（3）綜合分析圖8、圖9，風機的振動最大幅值為1.673 mm/s，已經處于良好的運行狀態。

6 結束語

在本次設備異常排除過程中，通過振動監測發現幅值突增進行振動異常診斷是核心環節，在轉子不平衡和電機對中不良導致的其他零部件損壞之前進行預先維修，避免了故障停機等帶來的效益損失。開展振動監測工作能夠為旋轉類設備排查隱患及缺陷提供理論依據。堅持開展振動監測，重視振動異常情況、診斷分析和監控，及時處理異常及缺陷，為提升設備管理水平提供強有力的支撐。