摘  要：本文介绍对烟机转子进行现场动平衡、对主风机壳体振动作出分析与处理、对烟机叶片磨损程度作出预报。通过上述故障诊断实例，说明状态监测与诊断技术在设备现代化管理中的重要作用。
关键词：烟机；动平衡；刚度；磨损
中图分类号：TP277    文献标识码：B

        我厂140万t/年重油催化装置的三机组是关键设备。机组性能参数见表1，测点布置示意图如图1所示。
        表1 机组性能参数
       

        该机组自1996年投用以来，即定期采集和分析设备壳体振动信号2004年安装了深圳创为实公司的S8000在线监测系统，对机组轴振动信号进行实时监测和分析。多次成功地解决一了设备振动问题，避免了事故，保证了机组安全运行。
        一、不平衡故障的分析及现场动平衡
        三机组自投用以来，烟机振动一直偏大，其中X1803B为70~80μm，轴承箱外壳振动8~l0mm/s。
        曾更换了烟机转子和2^#瓦（上瓦已有磨损），还采取了一些其它措施，但振动非但没有减小反而加大，在4 000r/min时X1803B达到110μm，并且随着转速升高振动值增大，机组不能正常运行，其振动波形及频谱如图2所示。波形为比较规则的正弦波，工频能量占90％以上，相位稳定。结合现场其它振动特征分析判断，应是典型的不平衡振动，不平衡质量在靠近烟机2^#瓦处。对烟机产生不平衡的原因作了如下分析。
       

        分别对烟机、风机转子和联轴器动平衡情况作了检查，从各自的动平衡报告和现场观察的情况看，各机单独的动平衡情况均良好。
        2．造成不平衡的原因
        烟机、风机转子和膜片联轴器都做过严格的动平衡，为什么组装在一起会出现如此大的不平衡振动呢？问题出在平衡过程中。联轴器做了整体动平衡后，即不能再安装到烟机转子和风机转子上参与第二次动平衡，烟机和风机转子做动平衡时应采用另外的半联轴器拖动。而实际的平衡过程是膜片联轴器又参与了第二次动平衡，这样烟机和风机转子带上半联轴器都是平衡体，而联轴器整体去掉两个半联轴器则成为不平衡体，两个平衡体与一个不平衡体组装在一起必然产生不平衡振动。
        实际上这个不平衡量在检修前就存在，为什么更换烟机转子后振动加大呢？原因是检修时加大了2#瓦的间隙。因此还要通过动平衡来解决问题。
        具体作法是通过在联轴器螺栓上加减重量的方法使其达到平衡的目的。
        (1)测量初始振动值，A_o=29μm∠178°；
        (2)在225°位置的螺栓上加试重43g；
        (3)测量加试重后的振动值，
        A₁=16.5μm∠一134°；
        (4)用作图法（图3）或解析法求出由试重产生的振动值A₂=22μm∠323°；
       

        (5)计算配重量，Q=43/22×29=58g；
        (6)确定配重相位。试重加在225°，产生的振动A₂为323°，则滞后角为98°，初始振动为178°，则配重位置为178°-98°+180°=260°。因为270°是螺栓位置，所以实际配重位置在270°。
        现场动平衡后效果非常好，达到额定转速后烟机2^#瓦（最大振动振位置）为55μm，达到了平稳运行的要求。
        二、主风机壳体振动的分析与处理
        图1所示的主风机，曾出现1^#瓦振动3mm/s，2^#瓦振动4.5mm/s，壳体中部振动8.5mm/s的特殊情况，该振动值超出了安全运行的要求。
        1．振动原因分析
        主风机机体由支耳作用于四个支腿上（图4）。对机体的水平度有严格要求，如果机体是绝对刚体，则水平度达到要求时，四个支腿的受力应基本均等（对称位置均等），实际上机体并非刚体，因而四个支腿的受力也不一样，一组对角支腿受力大，另一组受力小，抵抗振动的能力下降，从而出现机体中部振动大的现象。
       

        2．处理措施及效果
        通过调整垫片厚度改变支腿受力。调整结果为，在原来基础上，1^#支腿增加0.3mm垫片，2^#支腿减少0.15mm垫片。再测量支腿受力，1^#支腿为5.9t；2^#支腿为6.4t，基本均等，3^#和4^#的差别也大为减小。
        开机后效果非常理想，机体中部的振动由8.5mm/；降为3mm/s，解决了壳体中部的振动问题。
        三、轴振与瓦振相结合判断设备故障
        大型机组一般都装有电涡流探头用于测量转子轴颈的振动，大多数情况下都能满足要求二但受转子作用力大小、支撑系统的刚度、轴瓦间隙、系统阻尼等许多因素的影响，振动传递特性是不一样的，有时会出现瓦壳振动良好而轴振动超标，或轴振动平稳而瓦壳振动变化很大的情况，这时仅根据轴振动或瓦壳振动来判断设备的运行状态是不够的，特别是关键设备，应该同时测量轴振动和瓦壳振动，综合判断，才能得出正确结论。
        2003年4月，三机组检修后运行7个月，烟机轴承箱的振动线性上升，其中烟机前瓦（由于烟机支撑系统的特殊结构，实际是离前瓦较近位置处）水平方向振动趋势如图5所示，4月5日为6.6mm/s，到5月15日增长到9.23mm/s，40天增长40%，变化巨大。而此段时间烟机四个测点的轴振动信号趋势基本平稳，2^#瓦XI803B测点振动最大在58~65μm之间波动，属正常，如仅根据轴振动信号来判断，很难确定烟机运行状态。
       

        烟机轴承箱振动频谱图如图6所示，始终是工频能量为主，相位稳定，轴心轨迹呈椭圆形，再结合现场其它情况分析，认为导致振动增长的原因是不平衡，而造成不平衡的因素一是催化剂在轮盘上的堆积，二是烟机叶片的磨损。鉴于振动增长速度较快，必须停机处理。
       

        解体后发现，催化剂的堆积不是主要问题，造成不平衡的原因是叶片的不均匀磨损，磨损严重的叶片和磨损轻微的叶片恰好处于180°位置，从而造成转子的不平衡振动。
        烟机叶片同样受催化剂的冲刷，为什么冲刷程度差别如此大呢？实际上能够抵抗催化剂冲刷的不是叶片的母体材料，而是叶片表面的耐磨涂层，其厚度约25~30μm，但各叶片的涂层厚度不可能完全相同。在相同的冲刷力作用下，薄的涂层冲刷掉以后率先进入叶片母体材料的冲刷过程，此时的冲刷速率远远大于涂层的冲刷速率，所以会出现叶片的不均匀磨损。但这种不均匀磨损使得能够及早发现故障。假如涂层厚度完全相同，叶片磨损非常均匀，以至于叶片磨损到了断裂的程度都很难从振动信号中发现，那才是最可怕的。另外，假如在轮盘的180°位置处同时为磨损重（或磨损轻）的叶片，也难以从振动信号中发现叶片磨损，其后果也是非常可怕的。因此，如何及早发现烟机叶片的磨损问题，还有待于进一步研究，需要采用振动监测之外的有效手段及时发现。

参考文献：
[1]沈庆根．化工机器故障诊断技术[M]．浙江大学出版社．
[2]严可国等．大型旋转机械状态监测系统[M]．