孙明，徐静
摘要：大型凉水塔风机是大庆石化公司循环水场的关键设备。本文简述L92型风机的结构和运行参数；利用频谱分析，通过诸多实例，从该风机传动轴不平衡和齿轮磨损、齿面点蚀、啮合间隙超标、齿轮折断四种减速箱故障及风机叶片振动三方面，对该风机故障加以分析与诊断。
关键词：大型凉水塔风机；故障；齿轮箱；振动；频谱；诊断
大庆石化公司循环水场担负着乙烯各主体装置循环冷却水的生产任务，26台冷却风机是其中的关键设备。对风机故障进行快速、准确的诊断可确保稳定供水。
一、风机结构和运行参数
L92型风机叶片尺寸为ф9.14m，风机地脚基础为木方析架结构，底座为角钢及工字钢焊接，其传动结构见图1。
风机运行参数：
电机转速：1490r/min;
输出轴转速：129r/min;
叶片数量：10片
二、故障分析与诊断
1．传动轴不平衡
转子不平衡是一种常见故障。对风机来说，转子弯曲产生工频振动，从振动频率上很难和质量不平衡相区分。轴弯曲一般是通过测量轴向各个位置上的偏心度来判定的。如果由弯曲引起的激励并不过分，可以通过现场平衡使弯曲得到完全补偿，获得满意的平衡效果。
风机传动轴全长4.18m，由于风机轴本身携带的不平衡量较大，因此在出厂时做过动平衡，但安装后还是不可避免地存在某些固有不平衡。
(1)传动轴和电机转子残余不平衡的积累结果；
(2)由于长时间停机，因自重产生的弯曲变形；
(3)在运输、吊装过程中由于碰撞等原因产生弯曲；
(4)原有配重块脱落。
某风机大修后，减速机一侧轴向振动在5mm/s以下，径向振动值4.6mm/s，电动机一侧径向振动值达到10.21mm/s（标准值为6.3mm/s）。频谱如图2所示，其中工频成分1490r/min突出（占谱线幅值的80％以上），表明振动是由传动轴动平衡失衡造成，该不平衡是风机检修期间传动轴因自重导致弯曲引起的。现场动平衡后振动降低到3.82mm/s。
2．减速箱故障
(1)齿轮磨损。
齿轮磨损后，振动逐步增加，频谱中表现为啮合频率及其谐波成分增加，且高阶谐波的幅值增加较多。
某风机因振动值持续升高进行频谱分析。如图3所示，可以看出，小伞齿啮合频率及其谐波非常明显，但无边频成分，是齿轮长期运行磨损所致，解体检查验证了以上分析。
(2)齿面点蚀。
齿面点蚀同样是风机常见故障。发生点蚀后，当啮合点进入大的缺陷处时，齿轮就产生一个冲击脉冲，在频谱上形成以啮合频率为中心的一系列边频，其特点是边频带分布较高而窄，幅值变化起伏较大。
某风机振动达到7.7mm/s，频谱如图4所示。图中小伞齿与大伞齿的啮合频率fm（1490×l7=25339Hz）及其倍频是主要频率，同时2倍频（2fm）也占有较大成分，在fm、2fm两边还分布着大量边频成分，频率间隔为24.8Hz，即输入轴转速频率，因此啮合频率为输入轴转速频率所调制。边频的分布比较窄，幅值较高。因此，故障原因是小伞齿发生了点蚀。对风机进行放油检查，发现减速箱小伞齿齿面发生点蚀。
(3)啮合间隙超标。
齿轮啮合间隙超差后，由于啮合不良也会导致齿与齿之间产生冲撞，振动现象同齿轮点蚀、划痕等“均匀分布的缺陷”，频谱特征相同，形成以啮合频率为中心的一系列边频，边频带分布较高而窄，幅值变化起伏较大。因此还要进一步察看齿面，检查啮合间隙。
某风机最大振动值达到12.3mm/s，超过6.3mm/s的报警值。频谱如图5所示，小伞齿与大伞齿的啮合频率fm（1490×17=422.2Hz）及其倍频是主要频率，啮合频率的间隔为24.8Hz，为输入轴转速频率所调制，并且边频的分布比较窄，幅值较高，类似点蚀故障。曾对风机齿轮进行过检查，齿面完好，未见损伤。重新测量伞齿，发现其齿侧啮合间隙仅有0.07mm，而标准值为0.18~0.24mm，表明啮合间隙过小导致了振动超标。将啮合间隙调整到0.21mm后风机振动正常。
(4)轮齿折断。
轮齿折断是最严重的损伤形式，由于啮合受到严重破坏，振动不稳定，且产生规律性噪音。频谱上噪音底线丰富，谱线的幅值跳动较大。因齿轮冲击较大，除了形成啮合频率及其倍频外，还出现大量边频，其间隔为转轴的转动频率。
某风机振动值突然升高，频谱图中除了小斜齿啮合频率（fm=204Hz）、倍频（2fm）以外，还出现大量边频，图6为399~471Hz间的细化图，清晰地显示出8.5Hz的间隔(8.5Hz是风机中间轴的转频)，表明啮合频率为中间轴转速频率所调制。同时结合该风机发出极大噪音的现象，初步判断是中间轴小斜齿(Z3=24)断裂。检查减速箱发现小斜齿轮已经有多个齿断裂。
3．风机叶片振动
风机叶片振动一般有两种原因引起，一是叶片角度不一样，二是凉水塔风门的开度不一样，导致风机的风量不稳定。
风机叶片振动在频谱上的频率表现为叶片通过频率（风机输出轴转速×叶片个数）突出。往往叶片通过频率（10个叶片风机为4.5~23Hz）与传动轴工频24.8Hz较接近，分析时一定要注意。
某风机频谱如图7所示，可以看出，21.5Hz频率处振动幅值达到6.79mm/s。该风机输出轴转速为129r/min（实际测量），叶片为10片，叶片通过频率＝叶片数x输出轴转速=129×10=21.5Hz恰与频谱吻合。
开始时怀疑叶片倾斜角度不均匀或松动，但检查时均未见异常。
反复试车发现，当风机风筒的入孔打开时，风机振动值立刻降到5mm/s，关上入孔振动值立刻上升到7mm/s以上。这就表明振动是由于入口进风量不足引起的。进入凉水塔内检查水平风门，发现12组风门中有两组开度仅为45度，一组风门上堆放有杂物，影响了风机的风量并导致进风不均匀。
移开杂物并把风门全部打开后启动风机，总振动值稳定在4mm/s左右，达到了良好的运行状态。
参考文献：
沈庆根．化工机器故障诊断技术
设备故障诊断手册．西安交通大学出版社．