摘  要：介紹耐火材料廠抽煙風(fēng)機(jī)軸承故障診斷過程。
    關(guān)鍵詞：抽煙風(fēng)機(jī)；滾動軸承；狀態(tài)監(jiān)測；故障診斷

            耐火材料廠的抽煙風(fēng)機(jī)主要用于排放焙燒窯里的高溫?zé)煔狻?005年7月20日發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)振動較大，并伴有異響。由于生產(chǎn)任務(wù)緊，主管部門決定先了解振動原因及其嚴(yán)重程度，再研究是否提前檢修。
    一、機(jī)組概況
    抽煙風(fēng)機(jī)由電機(jī)、液力耦合器和風(fēng)機(jī)組成，設(shè)備簡圖及測點(diǎn)布置如圖1所示。
    風(fēng)機(jī)參數(shù)：電機(jī)轉(zhuǎn)速n1=1480r/min，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速n2=1050r/min，風(fēng)機(jī)功率P=500kW，測點(diǎn)3、4軸承型號為3524。
    二、監(jiān)測情況
    2005年7月30日，用振動分析儀對機(jī)組進(jìn)行了測試，發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)傳動端軸承座即測點(diǎn)3處振動異常，從時域波形上看，存在明顯的拍振動，再看頻譜圖（見圖2），發(fā)現(xiàn)187.5Hz頻率對應(yīng)的幅值達(dá)10.37mm/s（正常運(yùn)行時最大峰值一般在1.5mm/s以下），這是很不正常的。

        
    計(jì)算該軸承3524的特征頻率。

            排除誤差因素及設(shè)備精度影響，認(rèn)為187.5Hz為軸承內(nèi)圈故障頻率，從圖2可看出，這個頻率為軸的轉(zhuǎn)頻所調(diào)制，故推斷出軸承內(nèi)圈表面發(fā)生損傷，需備好備件并繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)測。采用振動分析儀對測點(diǎn)3進(jìn)行測試及趨勢分析，如圖3、圖4。

          
    在這些譜圖中，發(fā)現(xiàn)占主導(dǎo)的頻率為193～195Hz，由于轉(zhuǎn)速的變化，仍可認(rèn)為這些頻率成分為軸承內(nèi)圈損傷部位完成平滑擴(kuò)展期，由圖4趨勢圖分析，振動能量進(jìn)一步加。測點(diǎn)3振動的有效值XRMS及峰值XPEAK見表1。
    有效值也稱均方根值，它反映了信號能量的大小，軸承制造精度越低或磨損越大，則有效值越高。峰值可用來反映軸承某一局部故障點(diǎn)的沖擊力的大小，沖擊力越大，峰值越高，故能有效反映由裂紋、剝落等原因造成的沖擊性振動。在剝落期間，波峰因素Cf（峰值比有效值）急劇增劇大，Cf是描述波形尖峰度的一個指標(biāo)，正常軸承的振動波峰因素約為4～5，因剝落、局部缺陷引起的振動波峰因素往往超過10，缺陷越大，波峰因素值也越大，但波峰因素值相對較小時，則反映了軸承潤滑不良和磨損等異常情況。
    由表1分別計(jì)算出測點(diǎn)3軸承有效值及峰值的變化情況。

            波峰因素值Cf相對較小時，反映了軸承潤滑不良或磨損等異常情況，故由此推斷，軸承存在一定程度的潤滑不良或磨損。
    三、診斷結(jié)論
    由上可知，軸承存在表面損傷和磨損故障，但沒有剝落和斷裂現(xiàn)象，近期內(nèi)不會發(fā)生突發(fā)性故障，但必須加強(qiáng)潤滑，增加監(jiān)測的頻度。可以暫不修理，但須備好備件。
    1個多月后的檢修中發(fā)現(xiàn)，測點(diǎn)3部位軸承內(nèi)圈外側(cè)有一明顯凹坑，同時軸承間隙嚴(yán)重超標(biāo)。
    檢修更換軸承后，再次用振動分析儀進(jìn)行測試，其頻譜如圖5所示，最大幅值為0.37mm/s，特征故障頻率消除，運(yùn)行正常。

         　　對風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速達(dá)到對風(fēng)量的調(diào)節(jié)比通常采用調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板控制風(fēng)量的方法有明顯的節(jié)電效果。 

         　　表達(dá)風(fēng)機(jī)基本特性的參數(shù)是風(fēng)量 Q 、風(fēng)壓 H 、功率 P 和效率 h 。 

  ,屋頂排風(fēng)機(jī);       　　風(fēng)機(jī)總功率 

         　　P t = Qh t / 102 （1） 

         　　式中 P t ??總功率， kW 

         　　Q ??風(fēng)量， m 3 /s 

         　　H t ??全風(fēng)壓， H t = H s +Hd , kg ? m / m 3 

         　　H s ??靜壓 

         　　H d ??動壓 

         　　全壓效率 

         　　h t = Qh t /102P t （2） 

         　　當(dāng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速從 n 1 變?yōu)?nbsp;n 2 時， Q 、 H 、 P 大致變化關(guān)系為 

         　　Q 2 = Q 1 （n 2 / n 1 ） 

         　　H 2 ,屋頂電動排氣設(shè)備;= H 1 （n 2 / n 1 ） 2 （3） 

         　　P 2 = P 1 （n 2 / n 1 ） 3 

         　　由式 （3） 可知，風(fēng)機(jī)功率同風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的立方成正比，所以當(dāng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化時，風(fēng)機(jī)的功率會有較大的變化。

         　　產(chǎn)業(yè)鍋爐燃燒的穩(wěn)定性和可靠性是實(shí)現(xiàn)鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵，鍋爐爐膛的負(fù)壓是一個重要的控制參數(shù)。傳統(tǒng)的爐膛負(fù)壓控制方式是當(dāng)電機(jī)以恒速運(yùn)行時通過一次儀表檢測爐膛的負(fù)壓，再同負(fù)壓給定值比較，經(jīng) PI 運(yùn)算后，由電動或氣動執(zhí)行器控制風(fēng)機(jī)引風(fēng)擋板開口度，即改變風(fēng)阻調(diào)節(jié)引風(fēng)量達(dá)到調(diào)整燃燒的效果。在實(shí)際應(yīng)用中，引風(fēng)擋板的開口度一般在 70% ～ 80% ，相當(dāng)一部分電能消耗在引風(fēng)擋板的阻力降上，造成電能的浪費(fèi)。另外擋板的機(jī)械聯(lián)接結(jié)構(gòu)在擋板的調(diào)節(jié)過程中存在滯后，線性度差，調(diào)節(jié)性能不太好。在負(fù)壓閉環(huán)控制中，若負(fù)壓過大，還會造成爐內(nèi)燃料的浪費(fèi)，負(fù)壓過小，又會影響燃料的充分燃燒，進(jìn)而影響到鍋爐蒸汽的質(zhì)量。但其優(yōu)點(diǎn)是控制方法簡單，設(shè)備量小，可靠性高，維修方便。 

         　　采用變頻調(diào)速技術(shù)，將原有的風(fēng)門擋板開至最大，應(yīng)用負(fù)壓閉環(huán)控制，通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速即直接調(diào)節(jié)風(fēng)量來實(shí)現(xiàn)鍋爐負(fù)壓自動調(diào)節(jié)控制，能夠更好地滿足生產(chǎn)要求，又達(dá)到了節(jié)電和節(jié)省燃料的目的。 

         2 引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速負(fù)壓閉環(huán)控制系統(tǒng) 

         　　天津石化公司石油化工廠新建的 35t/h 燃煤蒸汽鍋爐引風(fēng)機(jī)，采用了變頻調(diào)速負(fù)壓自動控制。為了保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，還采取了電機(jī)軟起動切換措施，保證一旦變頻器出現(xiàn)一時無法修復(fù)的故障，使風(fēng)機(jī)電機(jī)軟起動后恒速運(yùn)行，這時調(diào)節(jié)引風(fēng)擋板，以保證生產(chǎn)正常運(yùn)行。鍋爐爐膛負(fù)壓自動控制系統(tǒng)如圖 1 。 

         　　圖 1 中，爐膛負(fù)壓給定由儀表調(diào)節(jié)器面板設(shè)定，同爐內(nèi)負(fù)壓檢測和變送器檢測到的負(fù)壓實(shí)際值比較，經(jīng)儀表調(diào)節(jié)器 PI 運(yùn)算后輸出 4 ～ 20mA 電信號，作為變頻器頻率給定信號，用于變頻器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到自動控制風(fēng)量的目的。假如變頻器出現(xiàn)故障，可切換到軟起動運(yùn)行方式，這時的頻率給定信號就作為電動執(zhí)行器的控制信號,彩鋼瓦屋頂通風(fēng)降溫，通過控制引風(fēng)擋板的開度，達(dá)到對引風(fēng)量的控制。這種設(shè)備方案既保證了風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速運(yùn)行，滿足負(fù)壓自動調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，又能保證一旦變頻器出現(xiàn)故障仍能保證運(yùn)行的可靠性。 

         　　引風(fēng)機(jī)電機(jī)控制主回路單線圖如圖 2 所示。 

         　　通常情況下采用變頻運(yùn)行方式，在變頻運(yùn)行時， K 1 、 K 2 觸點(diǎn)吸合，軟起動主回路觸點(diǎn) K 3 、 K 4 和旁路主回路觸點(diǎn)斷開。在變頻運(yùn)行時，引風(fēng)機(jī)進(jìn)口擋板全開，負(fù)壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動控制變頻器的輸出頻率來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到對負(fù)壓的控制。假如變頻器出現(xiàn)暫時無法恢復(fù)的故障時，可通過“變頻?軟起” 選擇開關(guān)，選“軟起”運(yùn)行方式，在電機(jī)軟起動過程中， K 3 、 K 4 吸合， K 1 、 K 2 、 K 5 斷開，電機(jī)降壓起動，以減少對電網(wǎng)和機(jī)械設(shè)備的沖擊，電機(jī)軟起動完成后， K 5 吸合， K 1 ～ K 4 斷開，電機(jī)自動轉(zhuǎn)投接電網(wǎng)保持恒速運(yùn)行，變頻器頻率給定信號作為電動執(zhí)行器開度給定控制信號，爐膛負(fù)壓的控制通過調(diào)整引風(fēng)機(jī)進(jìn)口擋板調(diào)節(jié)供風(fēng)量來實(shí)現(xiàn)。 

         　　該系統(tǒng)的控制操縱回路流程圖如圖 3 所示。 

         3 產(chǎn)業(yè)運(yùn)行 

         　　引風(fēng)機(jī)參數(shù)： Y4-68-12.50 、流量 9405m 3 /h 、全壓 3177Pa 、轉(zhuǎn)速 1450r/min 、電機(jī)容量 132kW ；電動機(jī)參數(shù)： Y315M-4 、容量 132kW 、電壓 380V 、頻率 50Hz 、電流 139.7A 、轉(zhuǎn)速 1486r/min ；配用變頻器： 6SE7032-6EG60 ，容量 132kW 、額定輸出電流 260A ；儀表： STD 智能調(diào)節(jié)器，輸出信號 4 ～ 20mA 。 

         　　系統(tǒng)投進(jìn)運(yùn)行時，風(fēng)機(jī)風(fēng)門完全打開，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)量、風(fēng)壓 自動調(diào)節(jié)。根據(jù)對用汽量的要求和季節(jié)變化不同，正常達(dá)到 33 ～ 34t/h 蒸汽量時，變頻器輸出頻率在 40 ～ 46Hz 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)變化，在最少用汽量 16 ～ 17t/h 時，變頻器輸出頻率為 25 ～ 30Hz ，完全能夠滿足生產(chǎn)過程對分量的調(diào)節(jié)變化要求。 

         　　圖 4 是變頻調(diào)速運(yùn)行風(fēng)門全開和電機(jī)軟起動后旁路運(yùn)行調(diào)節(jié)風(fēng)門時對電機(jī)功率測試的對比，變頻運(yùn)行時，有明顯的節(jié)電效果。 

         4.結(jié)束語 

         　　對鍋爐引風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)爐膛負(fù)壓閉環(huán)控制，具有節(jié)能降耗，調(diào)節(jié)特性好，能更好地滿足生產(chǎn)要求。對原有系統(tǒng)改造工作量小。 

         　　鍋爐運(yùn)行中，還能根據(jù)用汽量的大小，可以對鍋爐送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)都實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速控制，結(jié)合對爐排的調(diào)整，保證煤的充分燃燒，既能保證鍋爐處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，又能避免冒黑煙現(xiàn)象，達(dá)到環(huán)保的要求。 

         　　對鍋爐風(fēng)機(jī)電機(jī)采用變頻調(diào)速，對原有設(shè)備無需改動，投資較小，投資回報(bào)快，有推廣價值。