王伟　教传艳

摘 要：风机设备故障造成整个生產线停产的事故在水泥厂时有发生，风机的故障是可以通过振动诊断技术来提前进行预防的，故障的振动信号是含有大量丰富重要的信息，通过这些信息来反映出故障所具有的振动特性。频谱图是频谱分析法对诊断信息的一种表达方式。频谱分析方法对水泥厂篦冷机及其他设备所用风机的管理与维修提供了科学根据。

关键词：风机故障 频谱分析 诊断研究

中图分类号：TH432 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）10（c）-0065-01

离心式风机是水泥厂重要的工艺设备。由于风机故障造成整个生产线停产的事故在水泥厂时有发生。其运当中主要出现的故障有几下几种，轴不对中及叶片故障、转子不平衡等，这些故障大约占风机故障的60%以上，通常的表现为高温风机经常出现自由端轴承发热继而风机振动加剧、轴承烧毁的现象、篦冷机风机轴振动速度最大达21 mm/s以上，轴承座剧烈晃动，继而叶轮端轴承损坏，严重影响生产。对水泥厂风机的故障可以通过振动诊断早期预防，有效防止风机故障造成的生产线停产损失。

频谱分析是一种比较传统的信号分析技术，在机械故障诊断中被广泛使用，其特点是简单、快速、直接，在很多工程机械故障分析中都体现出了不错的效果。

1 风机典型故障的振动特性

水呢厂在生产中常用的风机，由于使用频率较高，磨损大，在工作中常常会出现这样那样的机械故障，这些机械故障中又包含了大量的信息，通过这些信息反映出振动的运动情况，在风机的实际工作运行当中，比较有典型特点的是风机转子不平衡、轴系不对中、基座松动及叶片故障。

转子不平衡包括转子系统的质量偏心和转子部件出现损伤。转子质量偏心是由转子的制造误差、装配误差、材质的非均匀性等原因造成的，称为初始不平衡；转子部件损伤是指转子在运行中由于腐蚀、磨损、介质结垢及转子在疲劳应力作用下，转子的零部件（叶轮、叶片）点蚀、疲劳磨损与磨料磨损等，造成新的转子不平衡。转子质量偏心及转子部件损伤是两种不同的故障，但其不平衡振动机理却是相同的。当出现转子不平衡时，其振动特征频率表现为振动的激振频率主要为轴旋转频率，即工作频率=轴转速/60（Hz），伴生频率为工作频率的倍频，振动方向为风机旋转圆的径向；当轴系不对中时，主要的影响因素为当出现不对中故障时，会产生一系列有害于设备的动态效应，如机器联轴器偏转、轴承早期损坏、油膜失稳和轴挠曲变形等，导致机器发生异常振动和噪声。其振动特征的特征频率为转频的2倍频；伴生频率为工作频率的3、4、5、7倍频等高次谐波；在径向与轴向振动较大。基座松动和转子不平衡相伴生，表现为非线性的振动特征。其振动形式以纵向振动为主。其振动的激振频率除基频成分外，还伴有高次谐波成分及分数谐波成分。

叶片的机械故障主要原因是风机在工作运行中受到了气体动压力的不断冲击，导致了叶片产生裂纹和断裂，最终风机出现了不平衡的振动。风机的振动激振频率主要是工作频率乘以叶片数，伴生频率为特征频率周围出现大量的以特征频率为调制频率的边带频率，即叶片数加1，2，…n所得之和乘以工作频率。主要的振动方向是以径向振动为主。如果叶片变形特别严重的话，受到气流影响较大，轴向的振动也就加大，同时伴有较大的杂声。

2 振动信号的频谱分析法

频谱分析法的计算机实现为快速傅立叶变换（FFT）。频谱诊断信息最有效的表现形式就是频谱图，频谱图可以较转观的进行表达，分为幅值谱、相位谱、功率谱等，其中比较常用的是幅值谱分析。

设X（f）为振动信号的傅立叶变换，即：

（1）振动信号中主要由哪些频率成分及谐波分量所组成。

（2）组成的谐波分量中哪些成分的幅值最为突出。从而找出与主要故障的相关联系。

3 FFT技术的工程应用

某水泥厂篦冷机所用的的一台轴流风机，运行时振动大，噪声高。为保证正常生产，没有停机检修，且由于测试条件所限，只能拾取联轴器与电机之间轴承座的振动加速度信号。为保证诊断的准确性，拾取了垂直方向、轴向和水平三维方向的振动信号进行故障分析。

风机基本参数：型号：9-26NO10D；叶片数：第一级叶轮数与第二级叶轮数都为12。

电机基本参数：型号：Y250M-4；功率：55 kW；转速：750 rpm。折换成特征频率为12.5 Hz。

表1为垂直、水平、轴向的振动加速度信号频率与幅值对照表。

振动故障分析。

由表1可知垂直方向振动频率以2倍频25.4 Hz为主，并伴有1倍频12.65 Hz的工作频率及其高阶谐波成分。经分析出现了轴系不对中故障；水平振动频率存在1、2、4倍频，轴向频率以2倍频和5倍频62.57 Hz为主。验证了风机轴系出现不对中故障。

表1幅值谱数值有299.8 Hz振动频率成分，为叶片故障特征频率12×12.5=150 Hz的2倍频。还有由于动轮叶片因空气动力性能差异以及运转部件静、动态特性不一致而产生的以旋转频率为调制的边频带，可以断定叶片产生了外加激振力的振动。经检修将电机轴与风机轴对中进行调整并对叶片质心进行调整后，故障消除。

利用频谱分析的方式可以对振动加速度的信号很好的进行分析、比较，可以准确的诊断出见机的轴系不平衡的振动现象，实验的调查结果可以为水泥厂篦冷机风机的维护、检修提供了科学的指导，类为类似的机械故障问题诊断提供了一条切实可行的诊断方法。

参考文献

[1] 莽克伦.现场设备故障诊断实例精选[M].湖南科学技术出版社，2009，8.

[2] 韩捷，张瑞林.旋转机械故障机理及诊断技术[M].机械工业出版社，1997，8.