張立新，李鳳春

（凌源鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司機(jī)動(dòng)部，遼寧 凌源 122504）

180平主抽風(fēng)機(jī)是燒結(jié)生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，主抽風(fēng)機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)的各種故障都會(huì)造成180平燒結(jié)系統(tǒng)停機(jī)，直接影響煉鐵廠的生產(chǎn)。風(fēng)機(jī)的振動(dòng)信號(hào)能充分反映其運(yùn)行狀態(tài)，利用采集的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析可推斷出運(yùn)行狀態(tài)及振動(dòng)根源。

180平主抽風(fēng)機(jī)為雙支撐剛性轉(zhuǎn)子，膜片聯(lián)軸器傳動(dòng)，風(fēng)機(jī)型號(hào)L3N3402.12.90DBL6T，電機(jī)型號(hào)TD6900-6/6900，極對(duì)數(shù)3，功率6900kW。

一、故障現(xiàn)象

180平主抽風(fēng)機(jī)投入運(yùn)行后，系統(tǒng)定修后，每次啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，電機(jī)的水平振動(dòng)值在7mi n達(dá)到最大值，電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端4.2 mm/s，驅(qū)動(dòng)端3.82mm/s。運(yùn)行約1 h后到穩(wěn)定值，電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端2.05mm/s，驅(qū)動(dòng)端2.03mm/s。風(fēng)機(jī)啟動(dòng)振動(dòng)趨勢(shì)見(jiàn)圖1。

二、故障分析

電機(jī)的異常振動(dòng)都發(fā)生在180平主抽風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，為了能夠更準(zhǔn)確分析設(shè)備異常原因，2012年4月16日在風(fēng)機(jī)熱啟動(dòng)時(shí)測(cè)量了電機(jī)各點(diǎn)轉(zhuǎn)頻振動(dòng)值及相位(見(jiàn)表1)，電機(jī)的各點(diǎn)振動(dòng)情況和冷啟動(dòng)相同。

表1

通過(guò)監(jiān)測(cè)電機(jī)振動(dòng)值，電機(jī)的各點(diǎn)振動(dòng)值變化以轉(zhuǎn)頻為主，而轉(zhuǎn)頻振動(dòng)值出現(xiàn)異常，可能存在如下故障：(1)機(jī)組共振；(2)基礎(chǔ)松動(dòng)；(3)轉(zhuǎn)子彎曲；(4)轉(zhuǎn)子不平衡。

下面運(yùn)用正向推理的原理，排除不可能的故障原因，確定設(shè)備異常的主要原因。

1.機(jī)組共振

風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近臨界轉(zhuǎn)速會(huì)引起共振。其特性為：(1)振幅與轉(zhuǎn)頻有很強(qiáng)的依賴關(guān)系。(2)水平和垂直方向的相位相同；相位通常不穩(wěn)定。180平主抽風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子為剛性轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速為1000r/min，遠(yuǎn)小于一階臨界轉(zhuǎn)速，可以排除機(jī)組共振的可能。

2.基礎(chǔ)松動(dòng)

其特點(diǎn)為：(1)特征頻率為轉(zhuǎn)頻及其諧波；(2)振幅隨轉(zhuǎn)速變化而變化；(3)相位通常不穩(wěn)定；(4)松動(dòng)結(jié)合面兩邊存在差別振動(dòng)。180平主抽風(fēng)機(jī)的振動(dòng)相位穩(wěn)定，且不存在差別振動(dòng)，同時(shí)振動(dòng)值隨時(shí)間延長(zhǎng)趨于穩(wěn)定，不符合基礎(chǔ)松動(dòng)的特點(diǎn)，所以可以排除此種可能。

3.轉(zhuǎn)子彎曲

旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸彎曲引起的振動(dòng)特征：(1)水平方向振動(dòng)值大且以轉(zhuǎn)頻為主，(2)水平與垂直相位穩(wěn)定，且相位差等于或接近90°；(3)時(shí)域波形近似正弦波；(4)軸兩端軸承座的軸向相位差為180°。因軸承座兩端相位差約等于0°，不符合軸彎曲的特點(diǎn)，所以可以排除軸彎曲的可能性。

4.轉(zhuǎn)子不平衡

旋轉(zhuǎn)機(jī)械因不平衡引起的振動(dòng)特征為：(1)水平方向振動(dòng)值大且以轉(zhuǎn)頻為主；(2)水平與垂直相位穩(wěn)定，且相位差等于或接近90°；(3)時(shí)域波形近似正弦波。（電機(jī)水平向頻譜見(jiàn)圖2），其他可能的故障原因已經(jīng)排除，所以電機(jī)振動(dòng)異常的最可能原因就是不平衡。

質(zhì)量不平衡的原因主要有三個(gè)方面：(1)原始質(zhì)量不平衡；(2)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中部件脫落或松動(dòng)；(3)熱不平衡。原始質(zhì)量不平衡造成的一倍頻振動(dòng)應(yīng)該是穩(wěn)定的，這里可以排除；此臺(tái)電機(jī)的振幅是連續(xù)地逐漸上升而不是突然增加，第二種可能性也可以排除。所以此臺(tái)電機(jī)啟動(dòng)振動(dòng)大的原因是熱不平衡造成的。

針對(duì)同步電機(jī)結(jié)構(gòu)和啟動(dòng)特點(diǎn)對(duì)電機(jī)不平衡產(chǎn)生的原因分析如下：同步電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中，阻尼繞組切割定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而感應(yīng)出很大的啟動(dòng)電流，這樣大的電流會(huì)造成阻尼條發(fā)熱膨脹。如果阻尼條膨脹受阻或阻尼環(huán)出現(xiàn)變形會(huì)導(dǎo)致重心改變，引起電機(jī)轉(zhuǎn)子失衡；當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)投入，電機(jī)進(jìn)入同步狀態(tài)。這時(shí)阻尼繞組和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步，沒(méi)有感應(yīng)電流從阻尼繞組流過(guò)。隨著阻尼繞組的緩慢冷卻，因阻尼條膨脹受阻或阻尼環(huán)變形引起的電機(jī)不平衡逐步消除，電機(jī)振動(dòng)值恢復(fù)正常。這也符合了啟動(dòng)時(shí)振動(dòng)值增長(zhǎng)較快和振動(dòng)值緩慢下降的現(xiàn)象。綜上所述，建議檢查同步電機(jī)的阻尼條和阻尼環(huán)。

三、異常處理

2012年6月定修時(shí)檢查電機(jī)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子阻尼環(huán)有變形更換部分阻尼環(huán)后，電機(jī)啟動(dòng)時(shí)最大振動(dòng)值2.3 mm/s，運(yùn)行狀況良好。

四、結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于關(guān)鍵設(shè)備在線監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，必須配備必要的振動(dòng)分析診斷手段；同時(shí)結(jié)合設(shè)備結(jié)構(gòu)、設(shè)備故障機(jī)理綜合分析設(shè)備運(yùn)行情況，及時(shí)、準(zhǔn)確的提出診斷結(jié)論，指導(dǎo)設(shè)備檢修，實(shí)現(xiàn)預(yù)知維修。

[1]施維新.汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)及事故[M].中國(guó)電力出版社,1991.

[2]楊建剛.旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)分析與工程應(yīng)用[M].中國(guó)電力出版社2007.