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0、引言
    高速離心式風機是冶金、化工等行業的大型關鍵設備，其故障往往會造成較大的減產或停產損失，嚴重時甚至會造成重大設備事故。然而，產生離心式風機異常振動或響聲的原因一般是比較復雜的，特別是一些振動現象極為相似的亞同步振動，如果沒有有效的分析工具和手段，或者僅僅依靠一般的運行、維護經驗，有時很難準確地診斷其故障產生的原因。本文結合我單位硫酸廠的D325二氧化硫轉化風機，應用西安交通大學機械監測與診斷研究所研制的“大型旋轉機械故障診斷系統”，對其進行長期的監測和敵障診斷，積累了一定的診斷依據，取得了較好的效果。
1、D325離心風機的結構參數
    我單位硫酸廠主要擔負著礦石除硫、脫硫后，利用SO2氣體來生產自用城外銷工業硫酸的任務．D325離心風機的工作介質為有一定溫度的二氧化硫氣體，其結構簡圖如圖1所示。該機采用削分式橢圓軸承，其它有關參數如下：
    電機轉速：    n=2961rpm轉頻f=48. 3Hz  采用彈性罔柱銷連軸節
    增速箱低速軸：    n=oa61rpm轉頻f=48. 3Hz
    增速箱高速軸：    n=7525rpm轉頻f=125. 4Hz
    增速箱大齒輪齒數：Z1=194
    增速箱小齒輪齒數：Z1=76
    圖中，1#、4#為端面止攤軸承，由于振動通常表現在-I輪端，而低速軸運行較好，故測試時將傳感器裝于4#軸承處。安裝的傳感器有兩種：電渦流位移傳感器和加速度傳感器。電渦流位移傳感器測量軸頸的相對振動，加速度傳感器經前端測試儀器的硬件積分后，輸出速度信號進行采樣，測量軸承蓋的絕對振動。
2  、D325離心風機的振動分析
    該機曾先后于1996年12月6日、1997年1月8日. 1997年7月15日發生間歇性振動，同時伴有較大的吼聲，其間隔時間不等，但均有間隔時間逐漸拉長直至最后消失的特征。另外，三次故障均發生在剛剛開機后的幾個小時內。下面將分別對其進行分析：
    (1)、第一次1996年12月6日，開機時出現間歇性振動及吼聲。測得4#瓦水平方向的振動值為Vrms=3. 8mm/s，垂直方向為Vrms=7, 8mm/s，出現吼聲時的撮值突然增大，引起振動值嚴重超標。3#瓦振動值也較高，軸向振動為Vrms=6. 2mm/s，亦屬異常。其中4#瓦水平方向的速度頻譜圖（如圖2所示）中，有以下較明顯的特征：含IX及各階高次諧波(呈衰減趨勢)。較明顯的0. 39X頻率成份。垂直方向譜圖較簡單（僅有IX成份），水平方向的時頻分布圖(圖3)上t 1X為基本穩定的譜峰，0.39X則幅值不穩定。3#瓦垂直方向譜圖（圖4）上，1X、2X、3X及高次諧波較明顯。
    (2)、第二次1997年1月8日，開機時出現同樣的異常現象。測得4#瓦水平方向的振動值為Vrms=3. Omm/s，垂直方向為Vrms=4. Omm/s，出現吼聲時振動同樣也是增大，并嚴重超標。4#瓦水平方向速度頻譜圖中仍以1X、2X、0.39X、0.79X及高次諧波組成。圖5為沒有吼聲時的水平方向譜圖，圖6為振動吼聲增大時的水平方向譜圖（注：由于幅值過大，采樣時改變了信號增益，將其縮小），一經比較，問題顯然出在0. 39X、0.79X上，與上次不同的是多了一個0. 79X的頻率成份。圖7、圈8為沒有吼聲和振動吼聲增大時水平方向的時頻分布圖，工頻上都出現約為0. 2X的調幅波，它顯然與0.79X的頻率成份有關，圖9、圖10為進風管的譜圖和頻分布圖，除1X、2X之外，明顯地存在0.39X及0.79X成份，而且時頻分布圖上表現為極不穩定。很顯然，0. 39X及0.79X是主要振源之一。
    (3)第三次1997年7月15日t開機后很短的時間內，伴隨一陣吼聲，從風機的后氣封處冒出一股煙，隨即又出現間歇性的吼聲，振動同時增大。大約持續了30分鐘后，機組恢復正常運行。然而，經過分析位移信號的譜圖上只有工頻成份，時域波形也非常簡單。圖1 1、圖12為故障時的全息譜圖，圖上僅有偏心率較小、較扁的工頻橢圓，橢圓長軸的方向表明轉子基本上受與垂直方向大約成304角的力的作用。除此之外，還有較小的3X成份存在。很顯然地，不可能是失衡類的故障。再看時域波形，圖13為故障時Y方向的時域波形，有削波現象（截頭余弦），圖14為正常時Y方向的時域波形，為比較標準的余弦（正弦）波。圖l6為正常時X方向的時域波形t圖15為故障時X方向的時域波形。可以看出，故障時x方向的振動很不穩定，屬非穩定性故障。然后再看看故障時的軸心軌跡（圖17），原始軸心軌跡的
上下兩端明顯存在著削波現象，濾出小于1X成份的信號，其軸心軌跡為水平方向晃動的線團，而正常運行時的軸心軌跡如圖18所示。圖19為故障時Y方向的時頻分布圖，存在著較小的調幅( f=17. 8Hz)現象，估計為軸心晃動的頻率。至于速度信號，圖20為4#瓦水平方向的速度譜圖，除1X外，明顯存在0.39X、3X成份，與第一次第二次測試的結果極為相似。
3 、 D325離心風機的故障診斷
    第一次和第二次發生故障的情況較為相似．高次諧波說明可能有摩擦類或松動類的故降，垂直方向振動較大，估計為軸瓦上蓋螺絲緊度不足。后來的檢修發現風機的前后氣封都有磨痕的存在。0. 39X則可能是流體激勵或管道激勵等自激振動，該振動還導致葉輪旋轉不穩，進而引起高速軸運行的不穩定，造成不對中的故障（圖3、圖4、圖5、圖6、圖9中較明顯的2X成份）。至于第二次測試時出現的不穩定的0. 79X成份，可能是屬于旋轉脫離。開機后可能由于工藝、管道、閥門等引起二氧化硫氣體進氣的不穩定性（流最、密度^）．鞋產生這些自激振動的主要原因（特別是該機的進氣閥門為一蝶閥，進氣孔前面是一段錐管）。具體表現為振動的非平穩性；從風機機殼內傳出間歇性的吼聲，伴之以較大的振動；振動、吼聲增大時，電流表上的負荷電同時增大。增迭箱中齒輪嚙合的聲音忽大忽小，且很不穩定，說明齒輪嚙合狀況欠佳，可能是引起2X成份的根源之一。通過調整進氣蝶閩及改j機組的工況后，振動及吼聲消失，收緊軸瓦螺絲，垂直方向振動降了下來，機紐運行正常。
    第三次敵障時，時域波形、軸心軌跡中出現的削波現象都說明存在摩擦類的故障，而全息譜圖上簡單的工頻橢圓以及沒有亞斜波、高次諧波的存在說明故障可能為全摩擦而非動靜碰摩，囡發生全摩擦時會引起同頻振動，引起工頻成份的增大，而全息譜上碰摩應該有漸頻扁橢圓且軸心軌跡較為復雜并有突變點。這種振動的特點是每旋轉一周產生-次激h力，其頻率與轉速一致．表現為振動的不穩定性。這種全摩擦有害能蹙積累到一定程度，就會引起機器的強烈振動（包括吼聲）a當然，這里的全摩擦是指摩擦比較持續，接觸面較火、較長而已，并非全部徑向都摩擦。再來看一下低頻濾波軸心軌跡圖和時頻分布圖，晃動的軸心軌跡和低頻的調幅現象都說明有一定程度的氣封磨損，調幅的頻率即為軸心晃動的頻率。這一點，開機后從氣封處冒出的煙霧很能說明問題。最后，再來看看速度信號的譜圖：明顯的1X. 3X成份與前述的摩擦相吻合00. 39X成份說明管道或機殼內仍然有流體激勵等自激振動，只不過它們的幅值小多了。那么為什么位移信號里沒有0. 39X頻率成份昵？第一，它主要產生T-進風管處，其能量還不足以使轉子產生振動，第二，風管、機殼、增速箱在結構上連成一體，因此速度信號里有0.3gX成份而測蹙相對振動的位移信號里就沒有。經過進一步測試機殼、風管的速度信號，證實了這一點。
    當然，引起摩擦振動的原因有很多。但結合現場的實際情況，我們認為：產生這次磨擦振動的根源是進氣密度的變化（即工況的變化）。由于進氣密度突然增人（受工藝、管道內殘，酸泥以及流量等的影響），使得葉輪轉子負荷突然增大，并產生較大的吼聲及較火的電流負荷，稍有輕微的失衡或激振力的激勵，就會使轉子產生較大的工頻振動，進而引起摩擦振動。
    最終，在以后的揭蓋檢修時發現，風機的前后氣封、迷宮式密封都有磨痕且磨損量較大，說明確實有摩擦的存在。
    事實上，該機組以前也出現過類似的故障。有一次培燒-批含鐵的硫化礦，致使二氧化硫煙氣中含塵量劇增，附著在靠葉輪后盤的機殼的內壁上，形成堅硬的氧化鐵塊。由于葉輪后盤與氧化鐵塊的摩擦，造成機紐間歇性振動、吼聲增大，各密封處均被磨損，最后由于振動過大而將軸瓦損壞。
4  、總結
    總結以上三次診斷，每次的故障均表現為冷態開機后的一段時間內，且故障表現較為相似。因此，我們有理由認為，冷態開機后風機進氣的不穩定性是產生各種自激振動、摩擦振動的根本原因。這在以后的大檢修中均已得到了證實。
    通過這些實例，總結出以下幾點：
(1)、由于現代離心式風機大多是通過提高轉速、增強密封性能來提高整機效率，這就給設備的運行、維護增加了難度，因此也很容易發生摩擦類故障。
(2)、流體激勵等非穩定性自激振動與機器的結構、工藝條仆、運行工況等有著密切的關系，要區分這些振動，需將診斷工作與機器的實際情況緊密聯系起來。
(3)、全息譜、軸心軌跡、時頻分布等一系列有效的診斷方法和診斷工具是進行準確診斷的
堅實基礎，否則很容易錯診、漏診a
(4).現場設備運行的聲響、溫度、結構、工藝等，以及設備運行、維護的經驗是準確診斷的重要因素，否則診斷就是不切實際。
( 5)只有將診斷理論和現場的實踐緊密地結合起來，相互促進、相互補償，診斷結果才真實、可靠。
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