司涛徐兴科
摘要利用正向推理，在可能引起引风机振动故障的全部原因中，采取逐个排除的方法，找出引风机轴向振动故障所在，分析了振动的机理，并从相位出发，就如何对此类故障进行诊断与分析进行了讨论。
一、概述
引风机是电厂三大风机之一，引风机运行中出现的各种问题，造成机组降低负荷，甚至被迫停机的现象时有发生，直接影响电厂的安全生产。引风机运行中的故障特征有振动、温度、噪声、润滑油中的磨粒和形态、扭矩、扭振等，每个特征都从各自不同的角度反映运行的状态，但由于现场条件和测试手段所限，有些特征的提取和分析不易实现，有些特征反映的情况不敏感。相对而言，引风机的振动信号中含有设备运行工况的丰富信息，这些信息在振动的相位和谱图中有所体现，从而可以推断出振动的原因。
Y4－2×60－IINo28.5F引风机为双吸、双支撑、齿式联轴器传动，其作用是将炉膛中产生的烟气排入大气中，其构成简图及测点布置如图1所示。该引风机主要技术参数：转子质量4810kg，叶轮直径2850mm，转速740r/min，风量749186m3/h，介质温度145℃，介质密度：0.89kg/m3时；电机型号Y800－2－8，功率1400KW。
该引风机于2002年7月份按计划进行检修，由于自由端轴颈变细，在检修期间利用可赛新技术实施了修复，并更换了自由端轴承及轴承座，在7月19日试运时，振动严重超标，其振值和振动谱图分别如表1和图2所示。
二、振动分析
1．振动特征
(1)测点1、测点2在水平、垂直、轴向三个方向的振动均在30μm以下；
(2)测点3、测点4在水平、垂直两个方向的振动均不足30μm，但轴向振动严重超标，最大振动为测点4，高达204μm；
(3)振动数据再现性差，往往不同时间测到的同一工况的振动也有明显差别；
(4)振动不断波动，瞬间的变化范围可达几十微米；
(5)该引风机在检修以前，水平、垂直方向的振动很小，轴向振动偏大(134μm)，但振值稳定，长时间变化不大。
2．引风机振动的类型
从振动诊断的角度来看，①引风机是一种旋转机械因而有不平衡、不对中之类的故障，②引风机是一种流体机械，有旋转失速、喘振的可能性存在，③引风机受工作环境的影响，经常造成叶片的磨损，介质还可能粘附在转子上形成随机性变化的不平衡，④引风机由电机驱动，可能存在电磁振动。为此，引风机的振动可归结为8种类型，见表2。
三、引风机的振动分析与故障诊断
对引风机的故障诊断，采用正向推理的方法〔1〕，即在能够引起引风机振动故障的全部原因中与引风机实际存在的振动特征、故障历史，进行搜索、比较、分析，采取逐个排除的方法，剩下不能排除的故障即为诊断结果。
1．轴承座动刚度的检测与分析
影响轴承座动刚度的因素有连接刚度、共振和结构刚度。通过检测认为动态下连接部件之间的紧密程度良好、基础牢固；引风机的转速为740r/min，远远低于共振转速；引风机为运行多年的老设备，结构刚度不存在什么问题。因此，引风机轴承座动刚度没问题，可以排除风机转速接近临界转速和基础不牢的故障。
2．气流激振试验
利用调阀门开度对引风机进行气流激振试验，在阀门开度0%、25%、50%、75%和100%的工况下，对各轴承的水平、垂直、轴向振动进行测试，目的是判别引风机是否是由喘振引起的，但测量结果表明引风机振动与阀门的开度大小无关；喘振引起的振动是高频，振动方向为径向，从频谱上也未发现高频振动，且引风机的振动主要表现在轴向。因此，引风机的振动不是由于喘振引起的。
3．电机的启停试验
将简易测振表的传感器置于电机地脚上，若在启动电机的瞬间，测振表的数值即刻上升到最大值；或在电机断电后，数值迅速下降到零，则属于电磁振动。通过测试，振动随转速的升高而逐渐增大，随转速的降低而逐渐下降。因此，引风机的振动不属于电磁振动。
4．不平衡振动
该引风机不平衡振动最明显的特征，一是径向振动大，二是谐波能量集中于基频(12.33Hz)，而该引风机的径向振动均在30μm以下；在图2所示的径向频谱中，基频振动最大只有3.35mm/s。因此，引风机的振动并非由不平衡引起。
5．不对中故障
由不对中引起的振动，主要有三个特点，一是表现在轴向振动较大，二是靠近联轴器的轴承振动增大，三是不对中故障的特征频率为2倍频，常伴有3倍频。
该引风机振动最明显的特征是轴向振动较大，由表1可知，靠近联轴器的轴承轴向振动为178μm，自由端轴承轴向振动为204μm；由图2b、d可知，轴向振动的频谱中除基频外，有明显的2倍频和3倍频，且2倍频的幅值高达基频的44%，尽管检修人员一再强调对中没有问题，但是，如果联轴器本身有问题，检修水平再高也无法排除不对中故障。这也与前面所述的振动特征(5)相吻合。
6．部件松动或配合不良
由图2a、c可知，在测点3的水平方向，3倍频的分量占基频的37%；而测点4的水平方向，3倍频的分量达到60%，且存在4、5倍频的高次谐波。据资料介绍频谱中出现3倍频是由于轴与部件存在过盈不足，显然，自由端轴承与轴配合不良，但也不能排除自由端轴承的松动故障。
7．轴承故障
进一步分析谱图，未发现轴承的故障频率〔2〕〔3〕，说明轴承本身没问题。
综上所述，引起引风机轴向振动故障的原因有两个，一是自由端轴承与轴配合不良或者轴承松动，二是联轴器本身的故障。其中轴承与轴配合不良是振动的根本原因，联轴器本身的故障属于次要原因，但它对轴承与轴配合不良产生的振动起到了加剧作用。在7月20日至22日的抢修期间，经检查发现，自由端轴承扭振，联轴器部分齿面有凹坑和麻点。
所谓轴承扭振是轴在旋转状态下，轴承对轴的承力中心点将随转速周期性地沿轴向变化。图3a表示转子在某一位置时，轴承承力中心点偏于A侧；图3c表示转子转过180°后，轴承承力中心点偏于B侧。若轴承座和基础没有弹性，则轴承承力中心点的变化始终在轴承座底边AB范围内，它不会引起轴承座的轴向振动。实际上，轴承座和基础组成的支承系统具有一定的弹性，在轴承承力中心点周期性变化的作用下，轴承座将沿某一底边发生周期性的轴向振动，且振值忽大忽小，极不稳定。即使轴承座固定螺栓很紧，这种现象也难以避免。
振动的三个要素是幅值、频率和相位，因此，该引风机轴承扭振和不对中的故障也可以从相位的变化来判断〔4〕〔5〕。
对于引风机自由端轴承来讲，可以对比图4所示四个测点的相位来识别轴向振动的故障源，如果四个测点的相位明显不同，说明轴承有扭振，是由于轴承在轴上或者在轴承座中翘起造成的。联轴器两侧(图1中测点2、3)径向振动的相位差如果基本上为180°，说明齿式联轴器属于平行不对中；两侧轴向振动相位差如果接近180°，说明齿式联轴器属于角度不对中〔6〕。但是，遗憾的是当时没有意识到这一点，只注重振动的幅频特性，否则，利用幅、频、相进行综合诊断，会大大增强诊断的信心，提高诊断的准确性。
该引风机更换了自由端轴承和齿式联轴器后，振动值正常(表1)，频谱见图5。运行状况一直很好。
参考文献
1施维新．汽轮发电机组振动及事故．中国电力出版社
2丰田利夫．设备现场诊断的开展方法．机械工业出版社
3韩捷，张瑞林．旋转机械故障机理及诊断技术．机械工业出版社
4张正松，傅尚新，冯冠平，徐玉铮．旋转机械振动监测及故障．机械工业出版社
5沈庆根．化工机器故障振动技术．浙江大学出版社
6夏松波等．旋转机械不对中故障研究综述．振动、测试与诊断