軸流風(fēng)機(jī)振動(dòng)故障分析與處理
軸流風(fēng)機(jī)振動(dòng)故障分析與處理
軸流風(fēng)扇是與葉片軸線方向相同的氣流。例如，電風(fēng)扇和空調(diào)是軸流運(yùn)轉(zhuǎn)的風(fēng)扇。之所以稱為“軸流”，是因?yàn)闅怏w平行于風(fēng)扇軸線流動(dòng)。軸流風(fēng)機(jī)通常用于流量要求較高、壓力要求較低的場(chǎng)合。軸流風(fēng)機(jī)可分為鋼質(zhì)風(fēng)機(jī)、防腐風(fēng)機(jī)、PVC風(fēng)機(jī)和不銹鋼風(fēng)機(jī)。普通軸流風(fēng)機(jī)可用于一般工廠、倉(cāng)庫(kù)、辦公室、住宅等的通風(fēng)，也可用于空氣冷卻器（風(fēng)冷）、蒸發(fā)器、冷凝器等強(qiáng)制通風(fēng)。防腐防爆軸流風(fēng)機(jī)采用防腐材料和防爆措施，并配用防爆電機(jī)?？勺鳛橛斜ㄐ浴]發(fā)性、腐蝕性氣體場(chǎng)所的通用通風(fēng)設(shè)備。
軸流風(fēng)機(jī)安裝示意圖
風(fēng)機(jī)應(yīng)安裝在堅(jiān)固、平坦的基礎(chǔ)上或采用合適的升降支撐結(jié)構(gòu)。必須防止機(jī)殼變形而引起葉輪與機(jī)殼摩擦。支撐結(jié)構(gòu)除了要有足夠的剛性外，還應(yīng)至少是風(fēng)機(jī)的固有頻率。傳遞違規(guī)1. 3次以防止共振，這可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破裂并增加噪音。風(fēng)扇可以放置在防震架或其他減震的基礎(chǔ)上，其設(shè)計(jì)和應(yīng)用取決于風(fēng)扇的重量和速度。在風(fēng)機(jī)和管道之間使用柔性連接。
軸流風(fēng)機(jī)振動(dòng)故障的分析與處理
一、設(shè)備參數(shù)及結(jié)構(gòu)
風(fēng)機(jī)型號(hào)：0.5，葉輪直徑D2=1，最大轉(zhuǎn)速n=2 550r/min，設(shè)計(jì)性能參數(shù)：風(fēng)量Q=235 440m 3 /h，總壓p=11，進(jìn)口溫度t=150℃，進(jìn)口密度ρ =0./m 3 ，輸送介質(zhì)為轉(zhuǎn)爐煤氣（干法除塵）。
風(fēng)機(jī)主要由轉(zhuǎn)子和定子組成。轉(zhuǎn)子包括主軸、葉輪、聯(lián)軸器、固定端軸承（以下簡(jiǎn)稱軸承1）和非固定端軸承（以下簡(jiǎn)稱軸承2））。定子包括進(jìn)風(fēng)箱（含進(jìn)口導(dǎo)葉底座和軸承Ⅰ）、機(jī)殼（含后導(dǎo)葉底座和軸承Ⅱ）、擴(kuò)壓器和鋼制風(fēng)扇底座。一般離心風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)是軸承Ⅰ的底座，軸承Ⅱ的底座和混凝土基礎(chǔ)都不與混凝土基礎(chǔ)直接接觸，為了完成運(yùn)行試驗(yàn)過(guò)程，
二、振動(dòng)特性
根據(jù)轉(zhuǎn)爐冶煉階段的不同（準(zhǔn)備、預(yù)熱/降罩、吹氣、補(bǔ)吹、出鋼、清理爐口、加廢鋼加鐵），風(fēng)機(jī)的運(yùn)行條件經(jīng)常變化。因此，不僅要滿足各冶煉階段所需的性能參數(shù)和防泄漏防爆的要求，還要滿足35～內(nèi)部低速和高速頻繁調(diào)速運(yùn)行的要求。因此，制造商需要對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的工廠操作實(shí)驗(yàn)。但是在風(fēng)機(jī)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)了嚴(yán)重的振動(dòng)問(wèn)題。振動(dòng)數(shù)據(jù)如表 1 所示。特別是所有實(shí)驗(yàn)的速度都遠(yuǎn)低于最大設(shè)計(jì)速度 2 550r/min。明顯地，
根據(jù)表1，其振動(dòng)特性可分析如下：
1、 風(fēng)扇振動(dòng)與轉(zhuǎn)速有很強(qiáng)的相關(guān)性，轉(zhuǎn)速越高，振動(dòng)越大；
2、風(fēng)扇在增/減速度過(guò)程中，相同轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)特性相同，具有重復(fù)性；
3、 風(fēng)機(jī)軸承Ⅰ和軸承Ⅱ的振動(dòng)差別不大，即振動(dòng)幅度相同；2 320r/min以上，與軸承Ⅱ相比，風(fēng)機(jī)軸承Ⅰ在垂直方向的振動(dòng)小于軸承Ⅱ，水平方向的振動(dòng)較大。后者表明兩者在剛度上的差異垂直和水平方向；
4、增速器的振動(dòng)與轉(zhuǎn)速有很強(qiáng)的相關(guān)性，輸出軸反轉(zhuǎn)2 400r/min時(shí)達(dá)到10.0mm/s，增加了振動(dòng)問(wèn)題的復(fù)雜性；
5、 受電機(jī)功率限制，最高轉(zhuǎn)速只能達(dá)到正轉(zhuǎn)2 349r/min，反轉(zhuǎn)2 400r/min，無(wú)法進(jìn)行脈沖旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)；
6、 風(fēng)扇最大線速度為167m/s，但在測(cè)試中無(wú)法實(shí)現(xiàn)。最高速度下的振動(dòng)特性必須以次高速度來(lái)判斷。
三、 振動(dòng)檢測(cè)分析
風(fēng)機(jī)主要有八類振動(dòng)問(wèn)題，如動(dòng)不平衡、不對(duì)中、軸承故障、轉(zhuǎn)子部件局部松動(dòng)或脫落、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近臨界轉(zhuǎn)速、共振等，但具體表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)上有所不同風(fēng)扇，振動(dòng)跡象會(huì)有所不同。這種差異，特別是當(dāng)振動(dòng)是由多種因素引起時(shí)，大大增加了診斷和分析的復(fù)雜性。對(duì)于這個(gè)例子，不排除是多種因素的復(fù)合效應(yīng)。為此，在振動(dòng)譜分析和轉(zhuǎn)子模態(tài)試驗(yàn)方面進(jìn)行了相應(yīng)的分析工作。本例中使用的測(cè)試儀器和傳感器包括一個(gè)八通道數(shù)據(jù)采集盒、一個(gè)四通道信號(hào)調(diào)節(jié)器、一個(gè)激振器、功率放大器、速度傳感器、加速度傳感器、錘子和力傳感器；使用的軟件包括信號(hào)和系統(tǒng)分析、正弦掃頻動(dòng)態(tài)特性以及機(jī)械和結(jié)構(gòu)模態(tài)分析。
1、提速震動(dòng)
先解決增速器振動(dòng)問(wèn)題。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)增速器的滑動(dòng)軸承進(jìn)行重新澆注加工，對(duì)增速器的高低速端與其齒輪軸的聯(lián)軸器進(jìn)行重新平衡校正。增速器修好后，高速輸出端加載到2 400r/min時(shí)，高速輸出端的振動(dòng)速度僅為2.5mm/s，說(shuō)明增速器的振動(dòng)已被淘汰。但在后續(xù)的風(fēng)扇測(cè)試中（風(fēng)扇振動(dòng)見(jiàn)表1）），說(shuō)明此時(shí)風(fēng)扇振動(dòng)與增速器無(wú)關(guān)。
2、振動(dòng)譜分析
各試驗(yàn)轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)頻率分析見(jiàn)表2。 2 349r/min正轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)頻譜如圖2所示（其他速度的振動(dòng)頻譜略），其中： 圖2(a)圖2(c)、2(d)為軸承I的縱橫向振動(dòng)頻譜；圖2(c)、2(d)為軸承II的縱橫向振動(dòng)頻譜。
由此分析：轉(zhuǎn)速增加2 000r/min后振動(dòng)明顯增加。頻譜以工頻成分為主，基本無(wú)雙頻成分，基本振動(dòng)不大。它可以消除軸對(duì)中和基礎(chǔ)安裝的可能性。有利于提高轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡質(zhì)量，解決問(wèn)題；提高轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速后，會(huì)出現(xiàn)2倍、3倍、4倍幅值較低的頻率分量。不排除葉輪內(nèi)有焊渣、氧化皮等。異物沒(méi)有清理干凈的因素。
3、檢測(cè)共振問(wèn)題
由于無(wú)論是整機(jī)測(cè)試還是轉(zhuǎn)子組單獨(dú)提升，上述振動(dòng)特性基本相同，因此懷疑存在共振的可能。為此，采用兩種測(cè)試方法相輔相成：
第一種方法是用正弦掃描法測(cè)試轉(zhuǎn)子、機(jī)殼內(nèi)筒和機(jī)殼外殼的共振頻率。掃描時(shí)打開進(jìn)風(fēng)箱和機(jī)殼上蓋，拆下擴(kuò)散器，轉(zhuǎn)子保持正常安裝狀態(tài)。
顯然，轉(zhuǎn)子一階彎曲振動(dòng)臨界轉(zhuǎn)速實(shí)測(cè)結(jié)果為55Hz×60=3 300 r/min，與理論計(jì)算結(jié)果3 335 r/min基本一致，表明振動(dòng)接近2 400r/min與轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)；而轉(zhuǎn)子為 41Hz 則不能確定為獨(dú)立的固有頻率，可以認(rèn)為是在 55Hz 的頻譜邊帶范圍內(nèi)；此外，在套管的內(nèi)外套管中均檢測(cè)到41Hz頻率分量，表明存在結(jié)構(gòu)共振的可能性。
方法二：用錘法測(cè)試定子結(jié)構(gòu)的共振頻率。
結(jié)合以上兩種方法的檢測(cè)結(jié)果，可以認(rèn)為在41Hz頻率附近發(fā)生了定子結(jié)構(gòu)共振。根據(jù)風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其剛度薄弱點(diǎn)位置為：后導(dǎo)葉的水平/垂直剛度（但增加有限數(shù)量的后導(dǎo)葉無(wú)效），軸承的水平剛度I底盤，以及軸承 II 底盤的水平/垂直剛度
4、軸系模態(tài)試驗(yàn)
振型是風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)特性，每種振型都有特定的固有頻率和振型。本例中采用沖擊法對(duì)空心傳動(dòng)軸和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)分析，模態(tài)頻率和振動(dòng)形狀見(jiàn)表4和圖6。
圖6(a)~6(d)中，左側(cè)為增速器輸出端，右側(cè)為風(fēng)機(jī)聯(lián)軸器端，圖6(e)~6(j)中，左側(cè)為風(fēng)機(jī)聯(lián)軸器裝置的末端，右側(cè)是軸承II的末端。由此可知，空心傳動(dòng)軸與風(fēng)機(jī)振動(dòng)無(wú)關(guān)，轉(zhuǎn)子一階彎曲振動(dòng)的臨界轉(zhuǎn)速也已遠(yuǎn)離工頻，與上述結(jié)果一致.
四、振動(dòng)處理措施
綜合以上試驗(yàn)結(jié)果分析，可以認(rèn)為本例是一個(gè)復(fù)合因素，包括定子結(jié)構(gòu)共振、轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速頻率邊帶過(guò)寬、葉輪不平衡等振動(dòng)問(wèn)題。提出以下處理措施：
1、 定子結(jié)構(gòu)共振的處理原則上只需要改變定子的剛度或質(zhì)量即可，但由于風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，實(shí)施起來(lái)難度很大。對(duì)于機(jī)殼，要增加后導(dǎo)葉的剛性，只加三個(gè)支撐板是無(wú)效的。但是，增加后導(dǎo)葉的厚度會(huì)增加機(jī)殼內(nèi)氣流的阻塞防腐軸流風(fēng)機(jī)彈簧減震，影響風(fēng)扇的性能。經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)和反復(fù)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，通過(guò)改變支撐方式、軸承Ⅱ底盤的結(jié)構(gòu)、材料、焊接方式等，只能在有限的范圍內(nèi)限制固有頻率。其結(jié)果是振動(dòng)問(wèn)題只是部分減少，而沒(méi)有從根本上改善；
2、 根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)際測(cè)試，轉(zhuǎn)子一階彎曲振動(dòng)的臨界速度遠(yuǎn)高于工頻，但由于頻譜邊帶較寬，在40Hz附近存在共振點(diǎn)。經(jīng)分析，通過(guò)調(diào)整主軸最薄弱部位的軸徑，可以保證轉(zhuǎn)子在2 349r/min左右進(jìn)行動(dòng)平衡校正；
3、 其實(shí)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡問(wèn)題是首要考慮的問(wèn)題，但無(wú)論是整機(jī)還是轉(zhuǎn)子組吊出實(shí)驗(yàn)，都因振動(dòng)劇烈而無(wú)法完成理想的平衡修正；特別是停機(jī)一段時(shí)間后，平衡良好 轉(zhuǎn)子可能有平衡問(wèn)題。為此，也分析了葉輪在高速時(shí)是否有過(guò)度變形。經(jīng)過(guò)對(duì)制造工藝的分析，發(fā)現(xiàn)葉輪輪轂的環(huán)形內(nèi)錐上有少量氧化皮，并且在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不規(guī)則脫落，使葉輪的平衡經(jīng)常處于不穩(wěn)定狀態(tài)。最后防腐軸流風(fēng)機(jī)彈簧減震，通過(guò)技術(shù)手段將氧化皮完全去除后，即可解決問(wèn)題。
五、 治療效果
通過(guò)逐步實(shí)施上述措施，最終解決了風(fēng)機(jī)的振動(dòng)問(wèn)題。例如，當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2 349r/min時(shí)，軸承Ⅰ和軸承Ⅱ的水平振動(dòng)速度均小于2.5mm/s，根據(jù)振動(dòng)與速度增加的相關(guān)性明確確定：風(fēng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速/min時(shí)的振動(dòng)速度不能超過(guò)3.0mm/s。目前，共有三臺(tái)此類風(fēng)機(jī)在用戶現(xiàn)場(chǎng)成功投運(yùn)，效果令人滿意。
軸流風(fēng)機(jī)的保養(yǎng)方法
1、 使用環(huán)境要保持干凈整潔，風(fēng)扇表面要保持清潔，進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口不能有雜物，風(fēng)扇和管道內(nèi)的灰塵和其他雜物應(yīng)定期清潔。
2、 風(fēng)扇只能在正常情況下運(yùn)行。同時(shí)，要保證供電設(shè)施有足夠的容量和穩(wěn)定的電壓。嚴(yán)禁有缺陷的操作。供電線路必須為專用線，不得用于長(zhǎng)期臨時(shí)供電。
3、 風(fēng)扇運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)風(fēng)扇有異響，電機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重，外殼帶電，開關(guān)跳閘，無(wú)法啟動(dòng)。應(yīng)立即停機(jī)檢查。為確保安全，風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中不允許維修。維修結(jié)束后，應(yīng)進(jìn)行五分鐘左右的試運(yùn)行，確認(rèn)無(wú)異常現(xiàn)象后，方可開始運(yùn)行。
4、 根據(jù)運(yùn)行環(huán)境不定期補(bǔ)充或更換軸承上的潤(rùn)滑脂（電機(jī)封閉軸承在使用壽命內(nèi)無(wú)需更換潤(rùn)滑脂）。為保證風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中的良好潤(rùn)滑，加油次數(shù)不得少于軸承和電機(jī)軸承密封1000小時(shí)/次，軸承內(nèi)外圈1/3加注zl-3鋰基潤(rùn)滑脂；嚴(yán)禁用完油。
5、風(fēng)扇應(yīng)存放在干燥的環(huán)境中，防止電機(jī)受潮。風(fēng)機(jī)露天存放時(shí)，應(yīng)有防護(hù)措施。在存放和搬運(yùn)過(guò)程中，應(yīng)防止風(fēng)扇受到撞擊，以免損壞風(fēng)扇。
軸流風(fēng)機(jī)的選購(gòu)技巧
1、 購(gòu)買軸流風(fēng)機(jī)時(shí)，需要檢查軸流風(fēng)機(jī)不會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)和碰撞聲，可以判斷軸流風(fēng)機(jī)的葉輪是否正常。接下來(lái)檢查風(fēng)扇軸承的潤(rùn)滑油是否有雜質(zhì)，不需要更換新的潤(rùn)滑油。
2、在選擇合適的軸流風(fēng)機(jī)時(shí)，我們需要考慮實(shí)際使用的位置和場(chǎng)合。
3、 確定軸流風(fēng)機(jī)的使用效率。一般性能較好的風(fēng)機(jī)在設(shè)定參數(shù)的情況下，能滿足低噪音、結(jié)構(gòu)緊湊的要求，氣流可通過(guò)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)輪。損失減少到最低限度。
4、 購(gòu)買軸流風(fēng)機(jī)后，第一次使用軸流風(fēng)機(jī)時(shí)應(yīng)觀察風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)情況，并檢查風(fēng)機(jī)葉片的方向是否與轉(zhuǎn)動(dòng)標(biāo)記一致。檢查完畢后，試運(yùn)行十到三十分鐘，然后停車，檢查葉片是否松動(dòng)，阻尼座和底座連接螺栓是否松動(dòng)，檢查全部合格后，方可正式啟動(dòng)，投入使用。
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