振动分析

　　振动分析技术通过采集风力机组传动系统中各轴承处的振动数据和波形，以振动理论为依据，经过振动频谱分析诊断，可以准确判断出故障轴承点及故障程度，提高工作效率。

振动分析原理

　　振动数据分析主要包括时域、频域、时频域等分析方法。时域信号特征主要有峰值、均值等有量纲参数，峭度、脉冲因数等无量纲参数，以及概率分布特征等。通过时域分析可以判断出轴承故障的发展趋势。

　　为了精确判断故障发生部位、故障程度，需对振动数据进行频域分析。在轴承故障的频域分析中，振动信号的频谱图直观的表达出信号中的频率成分以及各频率成分的能量大小。

　　快速傅里叶变换(FFT)在故障分析领域中起着非常重要的作用，通过杂乱无章的时域波形图变换成直观、有规律的频谱图。在FFT的基础上进行包络分析、共振解调分析等，可实现对轴承故障早期的精密诊断。

　　滚动轴承不同部位处发生故障，其频谱和波形特征不同，故障程度不同，其波形振幅也不同。频谱分析据于此特征从而判断出轴承故障发生的部位和程度。

　　①径向振动在轴承故障特征频率及其低倍频处有波峰，若有多个同类型故障，则在故障特征频率的低倍频处有较大的峰值;

　　②轴承内滚道故障特征频率有边带，边带间隔为1倍频的倍数;

　　③滚动体特征频率处有边带，边带间隔为保持架故障特征频率;

　　④若在加速度频谱的中高区域突然有峰群生出，表明有疲劳故障;

　　⑤径向诊断时域波形有垂直复冲击迹象，其波峰系数大于5，表明故障产生了高频冲击现象。

振动分析方法

　　一、轴承座振动

　　1、转子质量不平衡引起的振动

　　在现场发生的风机轴承振动中，属于转子质量不平衡的振动占多数。

　　造成转子质量不平衡的原因主要有：

　　叶轮磨损(主要是叶片)不均匀或腐蚀;叶片表面有不均匀积灰或附着物(如铁锈);机翼中空叶片或其他部位空腔粘灰;主轴局部高温使轴弯曲;叶轮检修后未找平衡;叶轮强度不足造成叶轮开裂或局部变形;叶轮上零件松动或连接件不紧固。

　　转子不平衡引起的振动的特征：

　　①振动值以水平方向为Z大，而轴向很小，并且轴承座承力轴承处振动大于推力轴承处;②振幅随转数升高而增大;③振动稳定性比较好，对负荷变化不敏感。

　　2、滚动轴承异常引起的振动

　　轴承装配不良的振动：

　　如果轴颈或轴肩台加工不良，轴颈弯曲，轴承安装倾斜，轴承内圈装配后造成与轴心线不重合，使轴承每转一圈产生一次交变的轴向力作用，滚动轴承的固定圆螺母松动造成局部振动。其振动特征为：振动值以轴向为Z大;振动频率与旋转频率相等。

　　滚动轴承表面损坏的振动：

　　滚动轴承由于制造质量差、润滑不良、异物进入、与轴承箱的间隙不合标准等，会出现磨损、锈蚀、脱皮剥落、碎裂而造成损坏后，滚珠相互撞击而产生的高频冲击振动将传给轴承座。这种振动稳定性很差，与负荷无关，振动的振幅在水平、垂直、轴向三个方向均有可能Z大，轴承的异常可以通过听异常声音，测量运转温度，也可以利用轴承脉冲冲击仪进行检查，相对来说容易判断。

　　3、轴承座基础刚度不够引起的振动

　　基础灌浆不良，地脚螺栓松动，垫片松动，机座连接不牢固，都将引起剧烈的强迫共振现象。这种振动的特征：①有问题的地脚螺栓处的轴承座的振动Z大，且以径向分量Z大;

　　4、联轴器异常引起的振动

　　联轴器安装不正，风机和电机轴不同心，风机与电机轴在找正时，未考虑运行时轴向位移的补偿量，这些都会引起风机、电机振动。

　　振动特征为：①振动为不定性的，随负荷变化剧烈，空转时轻，满载时大，振动稳定性较好;②轴心偏差越大，振动越大;③电机单独运行，振动消失;④如果径向振动大则为两轴心线平行，轴向振动大则为两轴心线相交。

　　二、转子的临界转速引起的振动

　　当转子的转速逐渐增加并接近风机转子的固有振动频率时，风机就会猛烈地振动起来，转速低于或高于这一转速时，就能平稳地工作。例如：

　　①改造后的风机，由于叶轮太重，使风机轴系的临界转速下降到风机工作转速附近，引起共振;②基础刚度不足，重量不够，其固有频率接近旋转频率;③风机周围的其他物件、管道、构筑物的共振。④调节门执行机构传动杆的共振。其振动特征为：该物件共振处的相对振动Z大;振动频率与旋转频率相同或接近。

　　三、旋转失速

　　当气流冲角达到临界值附近时，气流会离开叶片凸面，发生边界层分离从而产生大量区域的涡流，造成风机风压下降。旋转失速主要发生在轴流式风机中，在离心式风机的叶轮及叶片扩压器中，由于流量减少，同样也会出现旋转失速。

　　旋转失速引起的振动的特征：①振动部位常在风机的进风箱和出口风道;②振动多发生在进口百叶式调节挡板、后弯叶片的风机上;③挡板开度在0～30%时发生强烈振动，开度超过30%时降至正常值;④旋转失速出现时，风机流量、压力产生强烈的脉动。

　　四、喘振

　　具有驼峰型性能曲线的风机在不稳定区域内工作，而系统中的容量又很大时，则风机的流量、压头和功率会在瞬间内发生很大的周期性的波动，引起剧烈的振动和噪声。喘振是风机性能与管道装置耦合后振荡特性的一种表现形式，其振幅、频率受风机管道系统容量的支配，其流量、压力、功率的波动又是不稳定工况区造成的。

振动分析案例

　　案例一：

　　一台型250KW离心风机(VR481V01CORK1320全压10000Pa流量58000m³/h转速1460r/min)在正常运行状态中，风机轴承箱处两个月度内测得的振动速度值不断增加，水平向振动速度Z高值达到9.6mm/s，垂直向振动速度达到6.8mm/s。

　　处理方案：

　　1、首先，检查风机轴承温度32度，声音正常，利用轴承脉冲检测仪测得DB值21，DC值9，初步判断轴承情况良好。

　　2、检查地脚螺栓紧固完好，其他部件无异常响声。

　　3、其次，拆卸联轴器防护罩，检查联轴器同心度，测量得高度偏差0.45mm，角度偏差0.78mm，同心度较差，调整电机端垫片，Z终调得联轴器高度偏差0.13mm，角度偏差0.10mm，因为采用的是使用梅花型减震垫的八角形联轴器，偏差数值稍大，但在允许范围内。

　　4、开车试验，振动情况无好转。

　　5、再次分析，该风机用于造粒系统的鼓风，吸入的是经过粗过滤的自然空气，采用阻尼减震器减震，属于柔性减震范畴。根据振动情况，振动在承力端的水平方向为Z大，垂直及轴向较小，据此判断很可能是叶轮不平衡引起振动，而且振幅随转速的升高而增长很快，转速降低时振幅可趋近于零。

　　6、拆卸叶轮外壳，检查发现叶轮大量积灰，清理后试车，水平振动速度值降到3.8mm/s，垂直向振动速度达到2.7mm/s。

　　案例二：

　　一台400KW离心风机(VR481V01CORK1500型全压10000Pa流量85000m³/h转速1460r/min)在正常运行一年半后，风机轴承箱处测得的振动速度值不断增加，水平向振动速度Z高值达到5.4mm/s，垂直向振动速度达到4.3mm/s。

　　处理方案：

　　1、首先，检查风机轴承温度45度，声音正常，利用轴承脉冲检测仪测得DB值24，DC值8，初步判断轴承情况良好。

　　2、检查地脚螺栓紧固完好，其他部件无异常响声。

　　3、其次，拆卸联轴器防护罩，检查联轴器同心度，测量得高度偏差0.28mm，角度偏差0.43mm，同心度较差，调整电机端垫片，Z终调得联轴器高度偏差0.10mm，角度偏差0.05mm，因为采用的是使用梅花型减震垫的八角形联轴器，偏差数值稍大，但在允许范围内。但是在调整时，电机前脚增加了1.25mm垫片，后脚增加了4.86mm垫片。

　　4、开车试验，水平振动速度值降到3.2mm/ s，垂直向振动速度达到3.6mm/s。正常运行。

　　5、再次分析，由于电机自重约4吨，在正常运行一年半后出现增加垫片的情况，估计是由于风机机架的钢度不够造成变形所致，后对整个机架进行了刚度加强，至今未再出现问题。

　　案例三：

　　一台55KW离心风机(G4-73 10D 全压3000Pa流量40000m³/h 转速1460r/min)在每月的例行检查中突然发现振动上升，风机轴承箱处测得的振动速度值不断增加，水平向振动速度Z高值达到11mm/s，垂直向振动速度达到7.6mm/s。

　　处理方案：

　　1、首先，检查风机轴承温度38度，声音正常，利用轴承脉冲检测仪测得DB值19，DC值4，初步判断轴承情况良好。

　　2、检查地脚螺栓紧固完好，其他部件无异常响声。

　　3、其次，拆卸联轴器防护罩，检查联轴器同心度，在正常范围内，但联轴器减震垫变形，更换。

　　4、开车试验，振动未减弱。

　　5、拆解风机叶轮外壳，检查叶轮，基本清洁。

　　6、后在试运转中偶然发现，风机的振动强度与进口端风门的开度大小有关系，原风门开度在47.3%左右，风机发生了共振现象，将风门开度增加到50%时，风机振动显著下降，水平向振动速度降到到2.4mm/s，垂直向振动速度降到2.8mm/s。