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2  故障特征及原因分析

　　采用西北工业大学的CAMD-6100旋转机械故障诊断分析系统可对机组振动进行时域、频域、轴心轨迹等方面的分析。振动信号拾取采用 bently公司的9100型速度传感器，该传感器频率响应在5 ～5kHz，可以反映出烧结风机的各种故障频率。1#烧结引风机测试结果如图2和图3所示：1瓦指自由端支撑轴承；2瓦指联轴器端轴承。CH1指1瓦垂直振动监测点；CH2指1瓦水平振动监测点；CH3指2瓦垂直振动监测点；CH4指2瓦水平振动监测点。

　　　从图中可看出， 1瓦和2瓦均水平振动。
　　 从以上各图中看出， 1瓦和2瓦都是水平振动大，1瓦水平振动值7.01mm/s，2瓦水平振动值9.34mm/s，均超出国际标准ISO 10816-1：1995（E）规定的设备长期稳定运行的标准值，机组只能降转速或短期运行^[1] 。
　　 从振动波形和频谱中可看出， 1瓦和2瓦水平振动时域波形接近正弦波，1瓦水平和垂直振动相位角相差90°左右，2瓦水平振动和垂直振动相位角相差120°左右，1瓦水平和2瓦水平振动相位角几乎一致。因此，该风机振动应该是由旋转矢量不平衡激振力引起的，故障类别应属于同频振动。从2瓦轴心轨迹图看出（如图4）轴心轨迹稳定，轨迹呈一扁椭圆形。说明2瓦振动比1瓦大的原因是受联轴器的影响，2瓦处所受到的载荷力要大于1瓦^[2] 。
 

３　故障处理过程

　　在旋转设备振动系统中，设备振动的振幅与作用在该设备上的激振力成正比，与设备支撑的动刚度成反比^[3] ，即　　A = P / K _d
式中 A 为振动的振幅； P 为激振力； K _d 为设备支撑动刚度。

3.1 增大支撑动刚度的方法

　　设备支撑的动刚度表示支撑系统产生单位振幅所需要的交变应力，即
　　 K d = K c / μ

　　式中 K ^_c 为支撑系统静刚度； μ 为动态方法系数； ω 为激振力频率； ω _n为系统自振频率； ε 为阻尼系数。

　　支撑系统静刚度表示部件产生单位变形所需要的静力，它是由系统的结构所决定的，它分为连接刚度和结构刚度。当 w = w _n 时，若忽略系统阻尼的影响，即使静刚度很大，动刚度也为零，即在不大的激振力作用下，轴承也会产生很大的振动，这种现象称为共振。因此要提高系统的动刚度，就要有效地提高支撑系统的连接刚度和结构刚度。

　　由于轴承座座落在基础上，若产生共振，不仅其振幅与转速明显有关，而且轴承座顶部振幅与基础振幅也应很接近。国外有资料指出，轴承顶部振幅与基础振幅之比小于 1.5 ～ 2.0时，表明支撑系统存在共振。从大量的现场测量结果来看，若是支撑系统存在明显的共振，其比值应接近1。

　　对该引风机系统，测量了轴承顶部与基础的振动情况，基础的振动很小，说明系统共振因素影响小，单靠避免共振无法有效降低振动。转子的支撑系统一般由轴承盖、轴承座、基础台板等部件组成，这些部件连接的紧密程度，直接影响着支撑系统的刚度。通过测量引风机的轴承盖与轴承座，轴承座与基础台板等连接部件之间的振动差别，发现连接部件之间振动差别不超过 2μm,可以认为该风机系统连接部分紧固，通过改善连接刚度的手段无法降低振动的影响。轴承座的结构刚度是由其外形、壁厚、材料和支撑基础的静刚度决定的，由于该风机采用滚动轴承结构，无法调整轴承间隙。因此若不改变轴承结构，单纯靠调整是无法提高支撑系统动刚度的。

　　目前，转子的支撑轴承有滚动轴承和液体滑动轴承两大类，液体滑动轴承采用液体摩擦理论进行设计，它借助于有一定压力的润滑油在轴颈和轴瓦之间形成油膜，建立液体摩擦，故可承受比滚动轴承大得多的载荷，抗动载干扰能力显著增强，因此其动刚度应远大于相同工况下使用滚动轴承的动刚度；并且由于液体摩擦轴承温度可得到有效控制，所以可使风机运行稳定，使用寿命延长。

　　综合以上分析，认为该风机要想提高轴承系统动刚度，只能把滚动轴承改变为液体滑动轴承。

　　经过将风机轴承改变成液体滑动轴承后， 1瓦水平振动值由7.01 mm/s降到3.29 mm/s，2瓦水平振动值由9.34 mm/s降到6.20 mm/s。

3.2 减小激振力的方法

　　对于刚性转子在0.4 ～0.6临界转速范围内，转子的激振力为　P = mrw ²

　　式中 m 为偏心质量； r 为偏心距； w 为偏心圆周速度。

　　由于激振力与转速的平方成正比，因此降低转速振动值会明显下降，但降低转速会影响风机的工作性能，一般不允许降转速运行。因此要减小激振力，只能减小偏心质量和偏心距，现场中常用的减小偏心质量和偏心距的方法是对转动部分进行动平衡。图5和图6是经转子动平衡后风机振动值及振动波形。

　　经动平衡后， 1瓦水平振动值降到 0.86 mm/s ，2瓦水平振动值降到0.75 mm/s，电动机的振动也随之下降，自由端水平振动降到1.18 mm/s，联轴器端水平振动降到0.85 mm/s，都在国际标准规定A类级别中，机组可以长期稳定运行。

４  结论

　　该引风机振动主要是由于设计和运行两方面造成的，通过重新设计轴承以增大支撑动刚度；转子动平衡以减小转子激振力的方法很好地解决了机组振动问题。但由于引风机的工作介质是粉尘，设备运行中，转子叶片上容易挂灰并会改变转子的平衡状态，使振动增加。因此，除在设备检修过程中进行动平衡外，应积极探寻解决叶片挂灰的方法。

参 考 文 献
[1]徐敏.设备故障诊断手册—机械设备状态监测和故障诊断[M]. 西安：交通大学出版社，1998.

　[2]廖明夫.转子动力学[M].西安：西北工业大学出版社，1999.

　[3]廖伯瑜. 机械故障诊断基础[M]. 北京：冶金工业出版社，1995.