机械转动设备振动特性的研究*

许冬梅

(莱芜钢铁集团粉末冶金有限公司，山东莱芜 271104)

0 引言

设备状态监测和故障诊断技术，是在机械运行中或不拆卸的情况下，对机械技术状态进行定量测定，通过对所测信号的处理和分析，并结合诊断对象的历史状况，来定量识别机械设备及其零、部件的技术性能状态，预测设备的异常及未来运行状态，并对故障部位、原因进行分析和判断，及时确定必要对策和最适宜的修理时间［1－2］。

转车检测避免了机械设备的突发故障，从而避免了被迫停机而影响生产，机械状态分析为预制机械设备的维修期提供了可靠依据，克服了定期维修带来的不必要的经济损失和设备性能的下降［3－4］。设备状态监测故障诊断技术有利于企业是向现代设备管理，克服维修工作中“过剩维修”现象，从而达到设备寿命周期内实现修理费用最为经济和设备综合效率最高的目标［5］。

故障诊断技术和状态信息管理是设备综合管理，特别是点检丁秀基础管理工作的重要组成部分，在设备管理中起着举足轻重的核心作用。莱芜钢铁集团粉末冶金有限公司故障诊断工作已开展多年，并在故障诊断分析、现场检修技术服务等方面做了大量的工作，对疑难杂症进行攻关，改善设备运行特性，确保设备安全稳定运行。

1 设备故障简介

莱芜钢铁集团粉末冶金有限公司LF炉风机采用法兰连接一延长轴，并多了一个辅助轴承，从投运以来一直出现水平、垂直振动的现象。运行中出现过延长轴连接法兰螺栓松动的设备隐患，严重影响到机组的安全稳定运行。生产厂家及安装单位曾进行过多次的调整消缺，均达不到满意的效果。转子返厂维修叶片后，重新运行振动又进一步增加。辅助支撑、发电机后轴承各方面振动较以前有明显增加。

2 装配试验与特性分析

通过跟踪监测发现辅助支撑各方向成分均为一倍频，尤其是水平方向严重超标。机组在起机过程中特性不稳定，临界区域宽，临界和锭速时振动均较高。长假现场平衡没有改善振动状况，励磁机辅助支撑水平振动速度14.031 mm/s，振动位移 122.871 N·m，轴向振动速度 5.805 mm/s，振动位移 52.618 μm。

2.1 装配试验

在风机停止运行后，检查动叶与机壳内径的间隙，发现圆周偏差较大，最大处达到9.68 mm，叶轮呈现“低头”状态。轴承箱与下机壳装配，两者的轴向间隙达到3 mm。经研究，重新加垫片复装试运，风机转子振动的较为平稳。轴承箱水平和垂直方向振动分别为3.2 mm/s和2.0 mm/s，但机壳的振动情况没有改善。

通过振动分析可知，更换转子后整个轴系的平衡发生了变化，由于现场平衡难处理，机组不是简单的平衡问题。风机延长轴本身存在安装缺陷。从工程学角度看，延长轴与发电机轴为刚性连接且较短、质轻，可视为一个轴，而采用了不常见的三支撑结构。存在明显的过定位现象，设计不合理。

2.2 振动特性分析

风机辅助轴承与轴承箱的振动幅值差距较大，在线监测轴承箱的振动在3.2 mm/s时，壳体中分面水平方向的振动达16.2 mm/s，且轴向振动更大。两个振动值说明风机的壳体和轴承座间可能存在松动。

3 解决措施

利用停机检修机会，进行了一系列的启、停机实验，验证机组的运行特征。

首先对延长轴进行检查，经检查该延长轴的轴径椭圆，且端面与中心线不垂直。厂家采用端面加垫子来调整轴颈的跳动值，实测跳动0.16 mm。解体发现端面凸台不能可靠定位，由6个螺栓直接紧固，三个不均匀分布的径向骑缝销定位。发电机厂家为减小轴颈的跳动值而加的偏垫子达到0.4 mm之后。从连接形式看不是原设计就有的，是由于某种原因过后加装的，定位精度根本无法保证。

为验证机组转子特性，去掉接长短轴后开机试验，机组跳车值设为200 mm，机组跳车时2 606 r/min。

按照说明书，机组一阶临界在1 200～1 600 r/min之间，二阶应在4 000 r/min以上，但现在去除连接长轴后试机情况看，值特图中过临界时，机组各方向的振动相位趋于相同，有明显的共振现象，这也是机组临界点的明显特征。在2 600 r/min时，后轴承的水平、垂直振动相位也趋于同相，明显具有临界的特征。

通过基础加固、现场动平衡均不能有效地改变这一特征。最后只能回复延长轴，对延长轴加工精度校验合格后，进行了精心的对中，对中精度达到了0.04 mm以内(厂家标准0.08 mm)，并进行了可靠的防松处理。

起机实验发现，2 600 r/min可以通过，然后，对机组进行现场动平衡，机组振动得到了可靠控制。运行一段时间后，机组运行趋于平稳。一阶临界已显得不太明显。工作转速时可以稳定运行。励磁机辅助支撑水平、轴向振动6 mm/s以下，振动位移50 μm左右。机组其它轴承振动正常。

4 结论

(1)该机组存在严重的设计缺陷，转子特性不能满足技术要求。转子存在第二临界过低的现象，在2 600 r/min左右，接近转子工作转速。为了避开工作转速，厂家加装了接长轴，从而使机组能够在3 000 r/min运行。

(2)通过一系列实验，了解了机组的工作特性。擦去了延长轴对中、可靠地防松、基础的加固措施，明显提高机组运行稳定型。

［1］ 陈敏生.动静结合可调轴流风机高倍频振动特性分析［J］.中国电力，2013(11):36－39.

［2］ 王 正.导流罩对冰箱冷凝风机噪声的影响［J］.机械工程学报，2013(11):36－39.

［3］ 田文龙.一种新型垂直轴式风机叶轮的数值仿真［J］.机械工程学报，2013(18):52－55.

［4］ 万剑峰.风机叶片表面分离涡与宽频噪声辐射特性的分析［J］.动力工程学报，2013(18):14－17.

［5］ 廖高华.风机叶片旋转疲劳加载系统研究［J］.机械设计与制造，2013(18):62－65.