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D325离心风机的故障诊断
发布时间：2012-11-30 15:50 来源：未知
0、引言
高速离心式风机是冶金、化工等行业的大型关键设备，其故障往往会造成较大的减产或停产损失，严重时甚至会造成重大设备事故。然而，产生离心式风机异常振动或响声的原因一般是比较复杂的，特别是一些振动现象极为相似的亚同步振动，如果没有有效的分析工具和手段，或者仅仅依靠一般的运行、维护经验，有时很难准确地诊断其故障产生的原因。本文结合我单位硫酸厂的D325二氧化硫转化风机，应用西安交通大学机械监测与诊断研究所研制的“大型旋转机械故障诊断系统”，对其进行长期的监测和敌障诊断，积累了一定的诊断依据，取得了较好的效果。
1、D325离心风机的结构参数
我单位硫酸厂主要担负着矿石除硫、脱硫后，利用SO2气体来生产自用城外销工业硫酸的任务．D325离心风机的工作介质为有一定温度的二氧化硫气体，其结构简图如图1所示。该机采用削分式椭圆轴承，其它有关参数如下：
电机转速： n=2961rpm转频f=48. 3Hz 采用弹性罔柱销连轴节
增速箱低速轴： n=oa61rpm转频f=48. 3Hz
增速箱高速轴： n=7525rpm转频f=125. 4Hz
增速箱大齿轮齿数：Z1=194
增速箱小齿轮齿数：Z1=76
图中，1#、4#为端面止摊轴承，由于振动通常表现在-I轮端，而低速轴运行较好，故测试时将传感器装于4#轴承处。安装的传感器有两种：电涡流位移传感器和加速度传感器。电涡流位移传感器测量轴颈的相对振动，加速度传感器经前端测试仪器的硬件积分后，输出速度信号进行采样，测量轴承盖的绝对振动。
2 、D325离心风机的振动分析
该机曾先后于1996年12月6日、1997年1月8日. 1997年7月15日发生间歇性振动，同时伴有较大的吼声，其间隔时间不等，但均有间隔时间逐渐拉长直至最后消失的特征。另外，三次故障均发生在刚刚开机后的几个小时内。下面将分别对其进行分析：
(1)、第一次1996年12月6日，开机时出现间歇性振动及吼声。测得4#瓦水平方向的振动值为Vrms=3. 8mm/s，垂直方向为Vrms=7, 8mm/s，出现吼声时的撮值突然增大，引起振动值严重超标。3#瓦振动值也较高，轴向振动为Vrms=6. 2mm/s，亦属异常。其中4#瓦水平方向的速度频谱图（如图2所示）中，有以下较明显的特征：含IX及各阶高次谐波(呈衰减趋势)。较明显的0. 39X频率成份。垂直方向谱图较简单（仅有IX成份），水平方向的时频分布图(图3)上t 1X为基本稳定的谱峰，0.39X则幅值不稳定。3#瓦垂直方向谱图（图4）上，1X、2X、3X及高次谐波较明显。
(2)、第二次1997年1月8日，开机时出现同样的异常现象。测得4#瓦水平方向的振动值为Vrms=3. Omm/s，垂直方向为Vrms=4. Omm/s，出现吼声时振动同样也是增大，并严重超标。4#瓦水平方向速度频谱图中仍以1X、2X、0.39X、0.79X及高次谐波组成。图5为没有吼声时的水平方向谱图，图6为振动吼声增大时的水平方向谱图（注：由于幅值过大，采样时改变了信号增益，将其缩小），一经比较，问题显然出在0. 39X、0.79X上，与上次不同的是多了一个0. 79X的频率成份。图7、圈8为没有吼声和振动吼声增大时水平方向的时频分布图，工频上都出现约为0. 2X的调幅波，它显然与0.79X的频率成份有关，图9、图10为进风管的谱图和频分布图，除1X、2X之外，明显地存在0.39X及0.79X成份，而且时频分布图上表现为极不稳定。很显然，0. 39X及0.79X是主要振源之一。
(3)第三次1997年7月15日t开机后很短的时间内，伴随一阵吼声，从风机的后气封处冒出一股烟，随即又出现间歇性的吼声，振动同时增大。大约持续了30分钟后，机组恢复正常运行。然而，经过分析位移信号的谱图上只有工频成份，时域波形也非常简单。图1 1、图12为故障时的全息谱图，图上仅有偏心率较小、较扁的工频椭圆，椭圆长轴的方向表明转子基本上受与垂直方向大约成304角的力的作用。除此之外，还有较小的3X成份存在。很显然地，不可能是失衡类的故障。再看时域波形，图13为故障时Y方向的时域波形，有削波现象（截头余弦），图14为正常时Y方向的时域波形，为比较标准的余弦（正弦）波。图l6为正常时X方向的时域波形t图15为故障时X方向的时域波形。可以看出，故障时x方向的振动很不稳定，属非稳定性故障。然后再看看故障时的轴心轨迹（图17），原始轴心轨迹的
上下两端明显存在着削波现象，滤出小于1X成份的信号，其轴心轨迹为水平方向晃动的线团，而正常运行时的轴心轨迹如图18所示。图19为故障时Y方向的时频分布图，存在着较小的调幅( f=17. 8Hz)现象，估计为轴心晃动的频率。至于速度信号，图20为4#瓦水平方向的速度谱图，除1X外，明显存在0.39X、3X成份，与第一次第二次测试的结果极为相似。
3 、 D325离心风机的故障诊断
第一次和第二次发生故障的情况较为相似．高次谐波说明可能有摩擦类或松动类的故降，垂直方向振动较大，估计为轴瓦上盖螺丝紧度不足。后来的检修发现风机的前后气封都有磨痕的存在。0. 39X则可能是流体激励或管道激励等自激振动，该振动还导致叶轮旋转不稳，进而引起高速轴运行的不稳定，造成不对中的故障（图3、图4、图5、图6、图9中较明显的2X成份）。至于第二次测试时出现的不稳定的0. 79X成份，可能是属于旋转脱离。开机后可能由于工艺、管道、阀门等引起二氧化硫气体进气的不稳定性（流最、密度^）．鞋产生这些自激振动的主要原因（特别是该机的进气阀门为一蝶阀，进气孔前面是一段锥管）。具体表现为振动的非平稳性；从风机机壳内传出间歇性的吼声，伴之以较大的振动；振动、吼声增大时，电流表上的负荷电同时增大。增迭箱中齿轮啮合的声音忽大忽小，且很不稳定，说明齿轮啮合状况欠佳，可能是引起2X成份的根源之一。通过调整进气蝶闽及改j机组的工况后，振动及吼声消失，收紧轴瓦螺丝，垂直方向振动降了下来，机纽运行正常。
第三次敌障时，时域波形、轴心轨迹中出现的削波现象都说明存在摩擦类的故障，而全息谱图上简单的工频椭圆以及没有亚斜波、高次谐波的存在说明故障可能为全摩擦而非动静碰摩，囡发生全摩擦时会引起同频振动，引起工频成份的增大，而全息谱上碰摩应该有渐频扁椭圆且轴心轨迹较为复杂并有突变点。这种振动的特点是每旋转一周产生-次激h力，其频率与转速一致．表现为振动的不稳定性。这种全摩擦有害能蹙积累到一定程度，就会引起机器的强烈振动（包括吼声）a当然，这里的全摩擦是指摩擦比较持续，接触面较火、较长而已，并非全部径向都摩擦。再来看一下低频滤波轴心轨迹图和时频分布图，晃动的轴心轨迹和低频的调幅现象都说明有一定程度的气封磨损，调幅的频率即为轴心晃动的频率。这一点，开机后从气封处冒出的烟雾很能说明问题。最后，再来看看速度信号的谱图：明显的1X. 3X成份与前述的摩擦相吻合00. 39X成份说明管道或机壳内仍然有流体激励等自激振动，只不过它们的幅值小多了。那么为什么位移信号里没有0. 39X频率成份昵？第一，它主要产生T-进风管处，其能量还不足以使转子产生振动，第二，风管、机壳、增速箱在结构上连成一体，因此速度信号里有0.3gX成份而测蹙相对振动的位移信号里就没有。经过进一步测试机壳、风管的速度信号，证实了这一点。
当然，引起摩擦振动的原因有很多。但结合现场的实际情况，我们认为：产生这次磨擦振动的根源是进气密度的变化（即工况的变化）。由于进气密度突然增人（受工艺、管道内残，酸泥以及流量等的影响），使得叶轮转子负荷突然增大，并产生较大的吼声及较火的电流负荷，稍有轻微的失衡或激振力的激励，就会使转子产生较大的工频振动，进而引起摩擦振动。
最终，在以后的揭盖检修时发现，风机的前后气封、迷宫式密封都有磨痕且磨损量较大，说明确实有摩擦的存在。
事实上，该机组以前也出现过类似的故障。有一次培烧-批含铁的硫化矿，致使二氧化硫烟气中含尘量剧增，附着在靠叶轮后盘的机壳的内壁上，形成坚硬的氧化铁块。由于叶轮后盘与氧化铁块的摩擦，造成机纽间歇性振动、吼声增大，各密封处均被磨损，最后由于振动过大而将轴瓦损坏。
4 、总结
总结以上三次诊断，每次的故障均表现为冷态开机后的一段时间内，且故障表现较为相似。因此，我们有理由认为，冷态开机后风机进气的不稳定性是产生各种自激振动、摩擦振动的根本原因。这在以后的大检修中均已得到了证实。
通过这些实例，总结出以下几点：
(1)、由于现代离心式风机大多是通过提高转速、增强密封性能来提高整机效率，这就给设备的运行、维护增加了难度，因此也很容易发生摩擦类故障。
(2)、流体激励等非稳定性自激振动与机器的结构、工艺条仆、运行工况等有着密切的关系，要区分这些振动，需将诊断工作与机器的实际情况紧密联系起来。
(3)、全息谱、轴心轨迹、时频分布等一系列有效的诊断方法和诊断工具是进行准确诊断的
坚实基础，否则很容易错诊、漏诊a
(4).现场设备运行的声响、温度、结构、工艺等，以及设备运行、维护的经验是准确诊断的重要因素，否则诊断就是不切实际。
( 5)只有将诊断理论和现场的实践紧密地结合起来，相互促进、相互补偿，诊断结果才真实、可靠。
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