养殖风机厂通风机对鼓风机异常振动诊断分析风机扇叶的运行和养护

摘 要：大庆石化公司污水处理用的鼓风机振动异常。通过振动趋势图及频谱分析，并采取逐点排除法，确认振动异常源于电机。
关键词：鼓风机；频谱；诊断；电机；松动；动平衡

一、振动概述
2003年12月，大庆石化公司某污水车间C001-4#鼓风机的四个测点振动值升高，至2004年2月，振动进一步加剧。其中最大振动速度从1.9mm/s升至8.4mm/s，远超过4.5mm/s的允许值。其趋势图见图1。

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二、初步分析
鼓风机电机转速3 000r/min，功率440kW%，结构简图及测点布置见图2。

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振动趋势图显示3#，4#测点的振动幅值跃升幅度比1#、2#测点大，同时可以看出联轴器侧的2#、3#测点比1#、4#测点幅值跃升幅度大。经初步分析，认为振动源于电机，并且位于联轴器侧。具体产生原因可能是由于联轴器对中变化（螺栓松动、联轴器胶圈磨损等）、地脚松动、轴承损坏或其它原因造成
三、故障分析诊断
1、仔细检查鼓风机地脚螺栓及对中情况，未发现异常。脱开联轴器单试电机，发现3#测点的水平振动值达到3.98mm/s，垂直振动值2.87mm/s，轴向振动值4.32mm/s。而此前电机无负载运行的总体振动值小于l.lmm/s，表明电机振动严重，导致机组振动异常。
2.、3#测点水平、垂直、轴向的频谱如图3所示。从频谱图可以看出，振动在水平和轴向较大，频率以工频为主，伴随2、3、4倍等高次谐波。

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3．频谱分析
(1)转子质量不平衡导致产生工频振动。但据该电机以往振动资料分析，转子动平衡良好，也未检修过，不太可能发生大的改变，故振动的主要原因应该不是动平衡问题。
(2)产生高次谐波有以下原因
①轴承不对中。由于平衡位置发生变化，轴工程载荷重新分配，轴承油膜呈非线性，在一定条件下出现高次谐波。同时轴承不对中会引起电机轴向振动。
②转子部件松动。转子部件松动是非线性和时变的，因此产生非线性振动，将出现大量旋转频率的谐波。
转子机械松动包括轴承与轴承座配合间隙不当、联轴器与轴过盈不足等。轴承内圈磨损产生的频谱和轴承座配合间隙不当产生的频谱相似，而且轴承内圈磨损后，轴承与轴的配合间隙变大，导致设备动平衡破坏和前后轴承不对中，在频谱图上产生工频及高次谐波，因此电机故障很可能是轴承内圈磨损造成。
检修电机时，发现联轴器侧电机轴已严重磨损，实测轴颈尺寸为φ100-0.10mm，电机后侧轴颈尺寸为φ100-0.01 mm，从而证实了此前的判断。
四、解决措施
用喷涂法修复轴颈，使与联轴器孔过盈0.02mm.再次单独运转电机，3#测点的水平、垂直方向频谱如图4所示。

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从中可以看出，检修后电机径向振动比检修前增大了，振动频率以工频为主。轴向振动很小，并且振动随转速变化而变化，是典型的动不平衡振动这是由于修复电机时。机械加工误差导致动平衡变化所致。
重新对电机转子进行动平衡，在左、右配重面分别加了70.1g和104g配重。再次开机，1#、 2#测点振动值均在1.68mm/s以下，状态良好。

参考文献：
[1] 沈庆根北工机器故障诊断技术[M]．浙江大学出版社，1994.
[2] 徐敏设备故障诊断手册[M]．西安交通大学出版社，1998.

风机扇叶的运行和养护

2.1 防 雷

由于雷击能引起风力机不同程度的损坏，因此它是工程师关注的焦点，要设法提高叶片在雷击下的生存能力。控制雷击的几种经典方法包括采用叶尖附近裸露的接闪器。这些接闪器和导线相连，把雷击的电流引到叶根。电流在此进入轮毂和主轴，通过电刷把它带到机舱罩的底盘，最后通到地面。但是，即使有一个良好的传导路径至地面，叶片也可能在被雷击中时分层，这是因为叶片中的任何潮气在那时都变成了蒸汽。

2.2 漏 油

因为油渗漏后会穿透叶片层板，引起叶片分离。叶片内部缝隙需要清洁控制。叶片外层的油渗漏能造成污垢，降低其运行效果。

2.3 裂 缝

目测叶片裂缝，这是最容易的一种检查叶片有问题的方法。所有的裂缝应及时报告，以保证它在变成大问题前及时修复。由于裂缝会生长，随着时间的延长，修补起来会比较贵。裂缝会使水进入叶片，在冰融气候中引起叶片损坏。

风机扇叶的运行和养护
2.4 污 垢

当翼型变脏后，其性能受到影响。就象一辆汽车的挡风板，叶片也会很快地聚集污垢和虫子。失速调桨风力机在高风速下失速以保护风力机。这些翼型对前缘上的污垢或虫子很敏感，它们会使叶片提前失速。

一个变脏的失速定浆翼型可能会损失20%效率，因此保持干净很重要。在一些地区，每几个星期对叶片进行清洁是很经济的。变桨风力机翼型可避免失速，它和失速定桨叶片不同，不受污垢影响。

2.5 前缘腐蚀

在世界上一些地方，前缘腐蚀是一个严重的问题，而其它地方可能根本不是一个问题。如果你发现前缘腐蚀在你的地区是一个问题时，我们建议使用前缘保护带，它用于叶片前缘。这些带子非常耐用，可以防止腐蚀。

2.6 金属疲劳

虽然大多数叶片使用纤维制造，但一些叶片零件也采用金属。担心的地方是用于桨和叶尖机构的零件托架，因此要寻找这些安装部件的金属支撑架上的裂缝。在拧紧叶片紧固件或螺栓时要小心，过紧或过松都会造成严重的后果。

2.7 冰

叶片上的积冰非常危险，最好的办法是把风力机上的冰都除去。冰减少了翼型的效率，使叶轮失去平衡。在极端结冰条件下，风力机经常被迫关掉。

2.8 可展开的叶尖

这些可移动的叶尖用作刹车装置，防止产生失控。它们用在定桨风力机上。拥有可展开叶尖的叶片需要叶尖维护。针对裂缝和磨损部件，要检查所有的机构。大多数带叶尖的大叶片用电缆连接叶尖至叶根处的激励机构。这些地方的问题涉及叶尖锁断裂、电缆断裂。叶片可以在没有叶尖锁的情况下起作用。但因为叶尖将展开，所以电缆断了，叶片就不起作用了。

在我们看来，有必要问是否所有的叶片应有可展开的叶尖，作为一个最后的安全措施以防止出现失控。在独立桨叶片的风力机上已出现过失控。

风机扇叶的运行和养护
2.9 防止叶片损坏

在搬运叶片时，适当保护翼型的薄弱之处很重要。我们经常会看到在搬运叶片时不小心，造成后缘损坏。在用皮带捆扎起来进行搬运前，我们用一个的护套来保护后缘。

2.10 叶片平衡

叶片必须平衡，使它们不会对风力机其余部分或塔架造成过载。就象汽车的轮子，如果叶片不平衡，旋转叶片会引起载荷反复摆动。

2.11静载荷力矩

这是叶片被吊着叶根时的重量。每次轮毂旋转180度，该重量反向。反向的载荷造成许多损坏，如果叶片设计或制造有误，它就会在叶根附近断裂，因为根端所受载荷最大。当叶片越来越长时，它就成为一个关键的设计载荷。

2.12 叶片震动缺陷

当叶片越来越大时，风力机就更昂贵，要使用更多的安全装置。叶片震动可以用加速计测出。控制仪能改变叶片的节矩、风力机速度或其它参数以减小不需要的震动。如果你的风力机在这点上有错，你需要通知你的工程师。如果不去研究产生的原因，它就会变成一个严重的事故。叶片震动缺陷通常需要专门的探测工具，大多数现场技术人员不具备。我们建议用一名风力机工程师收集和分析数据，以找出原因。

风机扇叶的运行和养护
2.13 共振频率

当一个物体的震动固有频率与风力机转动速度相匹配时，就产生共振频率。设计叶片时，其固有频率必须和叶轮每分钟转动的频率和塔架摇摆频率不同。否则，正常的叶片跳动在叶片和风力机其它部件共振时被放大，在叶片结构上引起极限载荷。由于叶片形状象翅膀，它们在拍动方向，以边缘间不同频率震动。

当叶片装在变速风力机上，这些频率都需被理解，同时共振问题更加复杂。在叶片制造中大的修补或偏离设计会改变叶片重量，也改变共振频率。这就是为什么风力机可能装有一个叶片振动传感器，如果叶片运作接近任何固有频率，它能使风力机产生故障。

风机扇叶的运行和养护
2.14 失 控

失控是风力机不能停下来。它可能是由于制动或桨工程出错造成。也可能是控制器或操作误差引起。这是很危险的情况，因为叶片产生的功率随着转速增加继续上升。如果发电机不在线，没有载荷可阻止每分钟转速上升。

当转速增加，就会产生几种情况。叶片可能回弹，撞到塔架，或者因为离心力增加，引起叶片飞散。如果这种情况发生，叶轮会失控甩出去，风力机可能摇晃脱离塔架。因为没有一个工程是被设计用来对付极限超速，所以塔架或地基可能倒塌，掀翻整个风力机。不要靠近一个失控的风力机，因为它的某些部件可能被甩出几百英尺远。由于现代风力机高度很高，倒塌时它要超过一个足球场大小。

2.15 叶片到塔架的间距

在现代风力机设计中，这是一个重要的设计考虑。因为大多数风力机是迎风的，它们往往会向后弯向塔架。
叶尖和塔架的间距受到以下因素影响：叶片刚度、叶轮转速、风速、叶片塔架距离、机舱罩倾斜、偏航轴溢出和塔架的形状。随着时间延长，偏航轴磨损和叶片老化可能降低叶片和塔架的间距。如果一个叶片撞到了塔架，对叶片是一个灾难性事件，它会损坏整个风机和塔架。

风机扇叶的运行和养护
2.16 找出叶片缺陷

通过看，听和感觉，可找出叶片缺陷。一个好的技术人员会听风力机和叶片的声音。一个旋转的叶片所发出的声音如果有任何变化，比如有一个叶片突然开始哨叫，那就意味着叶片中某些部分发生了变化。

如果你再一次注意到你的风力机会向四周摇摆，而这种情况以前从未发生过，那可能叶片中的一些部分发生改变。我们建议使用一副好的双筒望远镜定期扫描检查叶片蒙皮。也可以使用摄像机摄录下对叶片蒙皮的扫描，用于以后的评估，并放大怀疑的区域。但我们建议由同一个人来扫描检查蒙皮或记录，这样使微小的变化也可被看到。不熟练的人可能看不到这些微小变化。

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