摘  要：对AV45轴流风机进行了在线状态监测，准确诊断出了掉叶片故障并实施了及时处理，避免了严重后续破坏。根据此次诊断实践和笔者所了解的以往掉叶片故障实例，得到一些有益的经验和结论。
关键词：轴流风机；掉叶片；故障诊断；振动峰一峰值；阶跃变化
中图分类号：TH 165.3    文献标识码：B

        涡轮机械掉叶片故障极有可能造成严重破坏事故。但往往一片叶片断裂之后，并不立刻造成后续破坏，有可能继续运转一段时间后，再次出现叶片断裂。笔者曾调查过八次机器掉叶片事故，其中七次经历了这种发生、发展模式。因此，机器第一次掉叶片时，若能及时、准确诊断，并采取果断措施，则有可能避免严重的后续破坏，把风险和损失降到最低。
        一、高炉风机的结构、参数和运行状况
        高炉风机结构如图1所示。12级轴流风机由同步电机通过齿轮箱驱动。风机与齿轮箱高速输出端和齿轮箱低速输出端与电机均用膜片联轴器连接。
       

        表1和表2分别列出了风机和电机的参数。
        表1  AV45-12风机参数
 

        表2  电机参数
        

        AV45 -12风机组配备了我所研制的CAMD-6200在线监测系统，监测风机两端的径向振动。截至2005年9月22日凌晨，机组运行状态一直良好，风机进、出口的振动值保持在l0μm以内。
        二、振动测点和监测仪器
        风机的两个轴承截面各安装了一对电涡流位移传感器，如图1所示。
　　四个传感器的信号被接入CAMD-6200系统中，可根据所测振动信号进行时域波形、频谱、轴心轨迹、轴心进动、进动比、全息分析等，并提取出相应的特征信息。
        三、监测结果和诊断
        9月22日凌晨，监测系统显示风机振动出现阶跃变化（见图2）。
       

        为了准确判断变化的时间和幅度，把趋势图在时间轴上放大，如图3所示。可见风机第四测点的振动在9月22日5:05:57发生了第一次突变。振动在9月22日5：05：57发生了第一次突变。振动峰一峰值从6.75μm突增到14.42μm，但其它测点变化不明显（小于17%）。厂家对此风机设定的振动峰一峰值报警值为75μm。根据ISO7919-3的规定，振动变化超过报警值的25％时，说明机器出现异常，需查明原因：9月22日凌晨发生的第一次突变，在第四测点很明显，但尚未超过报警值的25%。
       

        从图4可以看出，第一次突变在风机轴心轨迹和轴心进动上表现明显。主要是一倍频进动量发生显著变化，不论是幅值还是相位都发生了明显突变。
       

        根据上述结果可判断转子已有掉块，很可能是叶片断裂此时立刻停机检查是最有利、风险最小的决策。一般情况下，习惯于用振动峰一峰值来判定机器的状态，这也是ISO7919-3的主要指标，但振动总量远低于报警值时，振动量的变化很少受到关注。ISO7919-3建议同时要用振动的变化来判定机器的状态，并且指出，振动变化超过报警值的25％时，说明机器出现异常，需查明原因。应用这一判据时有局限性，振动变化可能发生在某些特定的频率成分上，而从振动总量上反映不明显。AV45风机第一次振动突变就属此类，这是应该汲取的教训。这也是本文对第一次振动突变进行精细分析的原因。
        风机平稳运转了约2h后又出现突变，如图3所示。图5为9月22日8:07时风机四个测点的振动波形和频谱，变化显著，主要表现为一倍频。
        

        从9月22日8:07时风机轴心轨迹和轴心进动与同日4:55及5:00（第一次振动突变时刻）时振动的比较可以看出，一倍频正、反进动量变化明显，特别是出口端变化量达一倍之多。但5:00时的相位和8:07时的相位非常相近。这些结果均表明，转子发生了第二次掉块故障，很可能是掉叶片，并目．所掉的周向位置与第一次相邻。
        四个测点的振动总量此时仍远未超标，最大峰一峰值仅为25.17μm，最大变化量为18.42μm，小于ISO7919-3所规定的限定值(18.75μm)。说明对于诸如AV45这样的轴流风机，仅以振动峰一峰值总量作为监测和判定机器状态的标准是不够的。一旦峰一峰值出现阶跃变化，立刻分析一倍频的幅值和相位，若有明显变化，则应停机检查。
        风机再运行34min后，振动出现第三次突变，表明又有叶片断裂。从轴心轨迹和轴心进动的比较可见，此时和08:07两个时刻的相位几乎相同，说明周向相令仔叶片断裂。
        此后风机振动又出现两次突变，仍然是一倍频变化剧烈，但相位几乎保持不变。可见，所掉叶片仍为周向相邻叶片。值得注意的是，直到停机前，风机振动总量依然不超标。再次说明，仅靠振动峰一峰值来评估机器状态是有风险的。
        图6是停机过程中风机振动和转速随时间的变化。其中第三测点出现的峰值对应转子的临界转速。风机掉了四个叶一片之后，发生了转子碰摩。
       

        四、停机检查的结果和处理措施
        开缸检查的结果是，第七级四片转子叶片断裂，将第七级及后续五级若干叶片轻微打伤。第七级一片静叶片固定销断裂，承缸内壁有碰摩痕迹。
　　由于及时和准确的诊断，未造成停产和风机严重破坏。转子和承缸运往制造厂进行了修复。
        五、结论
        通过对AV45轴流风机掉叶片故障的诊断实践，有如下的经验和结论。
        1．风机转子上掉一片叶片之后，很有可能继续稳定运行一定时间，而不立刻造成严重后续破坏。因此，及时、准确诊断，并采取果断处理措施，将会避免严重的后续破坏，把风险和损失减到最小。
        2．风机掉叶片之后，振动峰一峰值变化没有一倍频分量明显，而且并不是所有测点的振动峰一峰值都出现可见变化。
        3．如果仅掉一片叶片，振动峰一峰值总量并不一定会达到报警值，其变化也不一定达到ISO7919-3所规定的限定值。
        4．对于诸如AV45这样的轴流风机，仅依据风机振动的峰一峰值总量来判定风机的状态是不够的，应同时监测一倍频振动分量的变化。若发生明显阶跃变化，则应报警，并做好停机准备。对于AV45风机，若多于一个测点的一倍频振动分量的阶跃变化大于30%，应停机检查。这种情况下，停机检查是最有利、风险最小的决策。
        5．对风机实施在线状态监测和故障诊断是非常必要的。在对AV45风机的监测过程中，连续监测的时间间隔不应超过2s。

参考文献：
[1]International Standard ISO 7919-3: Mechanical Vibration of non-reciprocating machines-Measurements on rotating shafts and evaluation criteria- Part 3: Coupled industrial machines[S].1996.