大型风机故障的检测分析与诊断

作者:王殿武和萌林,毛华伟

摘要:针对青岛钢铁集团银钢烧结有限公司大型风机故障的检测,用类比法图文并茂地从时域上进行了波形特征和振动幅值对比分析,并进行了自相关图谱特征对比分析; 从频域上用幅值谱呈现的频谱特征进行了对比分析.通过时频域分析结果,诊断出风机产生了转子不平衡和不对中的综合性故障.并结合风机机组实际状况,作出了 监护运行的决策。


    两台型号为ST45001.047/0.889的大型风机是青岛钢铁集团银钢烧结有限公司流水线作业生产的关键设备对公司生产起着极其重要的作用。从2004年9月初起1#风机就产生了异常振动其振动值呈上升趋势逐步接近或超过了风机制造厂家制定的振动速度有效值(门限值)标准。Vrms=6.3mm/s。为确保生产的正常进行及时诊断出风机故障进而决定对设备是立即停机检修还是监护运行处理河南狮鼎股份有限公司对该机进行了检测诊断取得了满意效果。
    一、机组有关参数及测点布置图
    风机为双吸式两组叶片各为16片转速1500r/min风量4500m3/min转子长5m叶轮直径2.5m。
    电机为同步式转速1500r/min功率2000kW。
    风机机组测点布置见图1。使用河南狮鼎股份有限公司的DCPS08B数据采集与分析处理系统测量参数为振动速度有效值。如图1所示在各滑动轴承座的水平、垂直、轴向三个方向上分别对同型号(ST4500)的l#和2#风机机组进行了检测以便进行对比分析。
 

图1 机组测点布置图

    二、1#风机机组故障的检测分析与故障诊断
    在检测分析过程中由于2#风机机组运行正常且与振动异常的1#风机机组型号相同。因此应用了类比法在同工况、同测点、同方向的前提下进行了检测对比分析。
    经对两台风机机组检测后对比发现:1#风机机组振动变化率从大到小按测点4、3、2、1排列;对同一测点而言在水平方向测得的振动速度有效值均大于垂直方向和轴向。鉴于在电机两侧的测点1和测点2处所测振动值变化率较小说明电机无故障应是风机产生了故障。
    为此分别选取测点3和测点4的水平振动谱图进行了对比分析。因测点3(南瓦)水平振动谱图特征较测点4的更为明显故对测点3水平方向的频谱特征进行分析。
    1.时域图分析
 

    用1#2#风机测点3水平方向处所测得的时域图(图2、3)对比可见:1#风机时域振动谱峰比较平齐有明显的周期性波形而2#风机时域图上无此特征。1#风机的振动速度有效值vrms=6.183mm/s 2#风机的振动速度效值为vrms=1.58mm/s1#风机的振动速度有效值是2#风机的3.9倍由此可推断 1#风机的确产生了故障。
    2.时基图分析
    用图4、图5的时基图对比可见:2#风机时基图呈多频率叠加特征通频振幅为12.41mm/s:而1#风机时基图上可看到通频振幅为22.54mm/s它是2#风机的1.82倍其时基波形呈现出M形和正弦波组合的叠加波形,高倍频分量叠加、振值高导致单边摩擦削波。由此可初步推断:1#风机产生了不平衡和不对中的综合性故障且振值较高已产生碰弹摩擦。
  

图4  1#风机南瓦时基图         图5  2#风机南瓦时基图

    3.自相关图分析
    用图6、图7的自相关图对比可见:2#风机的谱峰全部在0.567以下且谱峰高低不等;而l#风机的谱峰间隔均匀均为40ms谱峰高基本一致且达到0.994。由此可进一步推断:l#风机产生了转子不平衡和不对中的综合性故障且以不平衡故障为主。
 

  4.幅值谱分析
    由图8、图9的幅值谱对比可见:2#风机轴频25Hz的振值为vrms=1.79mm/s转子轴振的各阶倍频振动很小;而1#风机转子轴频25Hz处有显著的高值谱峰其振值为vrms=6.47mm/s,它是2#风机的3.6倍;其频谱图基本上呈“枞树形”它呈现出转子不平衡的频谱特征。此外在转子轴振各阶倍频处也有显著的谱峰除转子轴频的1倍频、4倍频的振动有效值增加几倍外以2倍频为首的3、5、6倍频处振动有效值增大更多;转子2倍频增大许多倍则表明有转子不对中故障。由此可更进一步推断出:1#风机产生了以不平衡为主的转子不平衡和不对中的综合性故障。

图8  1#风机南瓦幅值谱图        图9  2#风机南瓦幅值谱图

三、结论
    综合以上时域和频域分析结合风机机组的实际运行状况对青钢集团1#风机机组确诊为:风机转子产生了以不平衡为主的转子不平衡和不对中的综合性故障。结合类比判断和IS02372-1974(E)振动烈度评定标准根据不平衡、不对中故障短期内不会迅速发展、恶化的特点做出了目前1#风机机组仍可维持运行的结论。建议该公司在使用的同时对该风机机组加强监测待测得的风机转子两端的振动速度有效值超过11.2mm/s时再停机进行检修。

参考文献
1.盛兆顺尹琦岭.设备状态监测与故障诊断技术及应用.化学工业出版社,2003
2.王殿武.机械振动与故障诊断.洛阳机车厂,2002

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