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厂房通风方案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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