屋頂風機_故障診斷技術在鼓風機振動分析中的應用與探討風機泵類

風機概況：屬單軸兩級壓縮、增速機傳動、外帶耦合器的聯接方式，風機進出口管道均沒有膨脹節。機組的傳動示意圖見圖1。

 

圖1　 風機傳動結構示意圖

　　機組的布置方式：主機布置在二樓的5m層，潤滑油站在一樓0m層側邊布置，整個基礎沒有打樁基，1#、2#機組共用一個混凝土墊層。

　　因2#機振動相對更大，主要論述2#機的情況。

２  故障現象

　　自2006年12月投產運行以來，2#風機振動就一直偏大，在機組四周5m平臺可感覺到基礎的振動，距機組20m左右的操作室也能明顯感覺到振動，機組其他參數正常，風機兩個軸承均設有振動檢測，每個軸承有兩個測振點，呈90°角布置，設置的振動報警值為70μm，振動停機值為90μm，振動信號引入DCS系統顯示。初次運行DCS顯示振動值便達到130μm，機組被迫停機，之后對轉子進行了動平衡校正，但機組仍然運行不了幾天。風機、電機、增速機等各個系統均有較大的振動，同時風機軸承、電機軸承及耦合器等交替出現故障，其中一次電機軸承振動最大達到281μm，通過便攜式測振儀進行頻譜圖分析發現電機軸承出現故障。拆開發現電機前后軸承均已損壞，更換檢修，但只是振動有所減小，機組其他各組件經過幾次維修或更換備件，風機系統振動仍然很大，風機在投運之后的320天中只勉強運行了19天。

　　2007年10月用便攜式測振儀對機組各部位進行了振動檢測，風機因振動高不能提速，轉速只有1764r/min，電機轉速2985r/min，測點布置見圖2。

　　其中001、002、003、004為軸承位，005、006、007、008、009、010分別為電機和風機地腳螺栓測點。

　　地腳螺栓按圖3測量。 　
 

　　綜合以上數據及頻譜圖分析，機組振動具有以下特征：

　　（1）風機徑向振動值較大，軸向振動也偏大；

　�。�2）風機轉頻f10=1764/60=29.4，從風機垂直、水平方向的頻譜圖來看，振動具有倍頻特征，其中1倍頻和2倍頻諧波具有較大峰值，其他高頻成分較少；

　　（3）電機轉頻f20=2985/60=49.75，從頻譜圖看，電機軸承振動也呈倍頻特征，但有很多高頻成分，2倍頻所占比重也大；

　�。�4）電機地腳螺栓測點007、008的振動值明顯高于測點005、006的振動值，振動從螺栓頂部P1往基礎方向P3有逐漸增大之勢，而且在底座與基礎之間（P2與P3）出現了振動突然加大的情況；

　�。�5）風機地腳螺栓振動值比較均勻，且明顯小于電機地腳螺栓振動值；

　�。�6）從運行情況來看，機組振動隨轉速的升高而加大。

３  振動原因分析

　　從風機軸承振動頻譜圖上看，雖然1倍頻和2倍頻分量較重，但其他高頻成分較少，而且軸承溫度均衡，故判斷風機軸承沒有故障；通過風機地腳螺栓振動數據分析看，風機地腳螺栓沒有松動或接觸不良等故障。

　　通過以上現象及特征進行分析，可以判斷機組振動有以下原因。

　�。�1）風機轉子不平衡是振動原因之一。風機軸承振動在徑向方向反映最大，且振動值隨轉速的升高而加大，頻譜分析發現1倍頻分量較重，這是明顯的風機轉子不平衡造成的[1] 。而風機轉子不平衡主要是因為輸送的介質是焦化煤氣，含焦油成分比較多，在停機狀態下，盡管對轉子進行了盤車，但蒸汽對葉輪上焦油的沖刷形成的液滴不均勻，導致了轉子不平衡，可是在這之前的檢修也曾經對風機轉子做過動平衡校正，卻只降低了振動，而沒有從根本上解決機組振動問題，因此風機轉子動不平衡只是振動原因之一。

　　（2）系統的對中不良也是引起整個系統振動的主要原因之一。從整個風機系統來看，風機、耦合器和電機交替或同時頻繁出現故障，而且風機和電機頻譜圖上2倍頻分量均較大，故不容忽視，這是整個系統對中不良引起的。

　�。�3）電機剛性底座下的墊鐵有松動或接觸不良現象也是引起振動的主要原因。尤其是靠測點007和008邊的墊鐵安裝不密實，有松動。

4　 處理措施

　�。�1）對風機轉子和電機轉子分別進行了動平衡校正。校正時發現風機轉子初始不平衡量達29538g·mm（標準是1076g·mm），電機不平衡量偏移較小，這與前面的判斷相符，校正后不平衡量均在要求范圍內。

　�。�2）重新澆注耦合器和電機的二次灌漿層。在打掉原始二次灌漿層后發現電機鋼底座下的墊鐵各層接觸不良，墊鐵之間有縫隙，接觸面也不平，以測點007、008邊的墊鐵為甚，驗證了前面的分析，對各組墊鐵進行打磨處理，并重新調整，保證每組墊鐵與墊鐵之間、墊鐵與底座之間都處在緊密接觸狀態。在澆灌二次層時確保澆灌密實，不允許有漏漿現象。

　　（3）重新調整機組各部件之間的對中。在調整時發現每個部件的對中情況都不好，風機機殼和轉子均處于軸向傾斜狀態，傾斜量達0.70mm，風機與增速機之間同心度偏移量達0.20mm。耦合器與增速機之間、耦合器與電機之間的同心偏移量也不同程度超過規定值2.5倍以上，對此，均重新進行了調整。

　�。�4）檢查各部軸承均未發現損壞情況，這與前面的振動特性分析相符，對各部軸承只作簡單的拋光和研點處理，各軸承間隙也都在要求范圍內。

5 　運行效果

　　機組經過以上處理后，于2007年10月15日進行系統試車，站在風機四周明顯感覺到振動大大減小，從DCS控制系統上看風機振動位移值穩定在18～22μm之間，機組進入喘振區時，振動值也只有25μm，當轉速穩定在3715r/min時，在原來的測點處用便攜式測振儀進行測量，各振動值見表3和表4。

表3 檢修后機組軸承振動值

測點

垂直向/μm

徑向/μm

軸向/μm

001

11.76

21.25

13.36

002

7.15

15.35

7.31

003

31.20

11.55

22.61

004

此測點因有風扇外殼罩，不便測量，故無數據

注：軸承位測點布置在軸承外殼上

表4 檢修后地腳螺栓各部位振動值

測點

P1/μm

P2/μm

P3/μm

005

24.04

23.28

22.63

006

23.54

22.99

22.06

007

27.62

27.56

28.05

008

26.83

26.69

27.21

009

5.210

5.681

6.985

010

5.832

7.485

8.790

　　從以上數據看出機組振動已大大減少，其中風機軸承振動比檢修前降低了42%，電機基礎振動比檢修前降低了29%。

　　之后一直保持連續運行，機組未出現異常，至此，一起因振動導致機組頻繁故障的隱患已解除。

6 　經驗與教訓

　　對1#風機也進行了調整和處理，但風機端同心度偏差很大，受風機導向鍵的限制，在目前的基礎上很難調整，風機與增速機的同心度偏移量仍有0.16mm，而且風機4個機腳存在不平現象，至于導致此種現象是風機機殼變形還是管道安裝應力引起的目前尚不清楚，1#風機因為以上的原因目前振動值在0.40～0.55μm，狀況遠不及2#風機。

　　從這兩起風機振動的分析與處理來看，對于鼓風機來講，初次安裝非常重要，除保證機組的各項參數在標準值以內外，還要保證管道拼裝時不能強行對接，盡量使管道與管道之間、管道與機組之間采用自然對接，以消除應力；對于隱蔽項目，比如墊鐵的安裝千萬不能輕視，如果中間有哪一個環節未做好，都會影響風機的運行，而且對分析問題帶來難度。

　　機組的振動是復雜的，其原因也是各種各樣的，在分析問題的時候不能單純地從測量數據進行，要結合設備的性能和特征從多方面考慮，在進行數據分析時要結合振動頻譜特征進行分析，同時對機組的振動檢測需要有連續性，不能單憑一次數據而加以判斷，還要根據趨勢的變化進行判斷[2] 。

　　設備故障診斷技術的應用可以及時發現設備故障的早期征兆，據此判斷故障可能的發展過程，預防和減少惡性事故的出現，消除故障隱患，變被動維修為主動維修。通過此技術的應用可以查明故障根源，進行一切基于可靠性的精確維修，從而減少盲目和剩余維修[3]。目前我公司設備故障診斷技術的應用尚處于初級階段，僅靠儀器的檢測數據來判定設備故障是片面的，要加上平常對設備的了解等經驗積累，才能對設備故障有一個比較合理的診斷，設備故障診斷技術還有待進一步提高。

  我國的電動機用電量占全國發電量的60％～70％，風機、水泵設備年耗電量占全國電力消耗的1/3。造成這種狀況的主要原因是：風機、水泵等設備傳統的調速方法是通過調節入口或出口的擋板、閥門開度來調節給風量和給水量，其輸出功率大量的能源消耗在擋板、閥門地截流過程中。由于風機、水泵類大多為平方轉矩負載，軸功率與轉速成立方關系，所以當風機、水泵轉速下降時，消耗的功率也大大下降，因此節能潛力非常大，最有效的節能措施就是采用變頻調速器來調節流量、風量，應用變頻器節電率為20％～50％，而且通常在設計中，用戶水泵電機設計的容量比實際需要高出很多，存在"大馬拉小車"的現象，效率低下，造成電能的大量浪費。因此推廣交流變頻調速裝置效益顯著。

    采用變頻器驅動具有很高的節能空間。目前許多國家均已指定流量壓力控制必須采用變頻調速裝置取代傳統方式，中國國家能源法第29條第二款也明確規定風機泵類負載應該采用電力電子調速。

    變頻調速節能裝置的節能原理

    1、變頻節能

    由流體力學可知，P（功率）=Q（流量）╳H（壓力），流量Q與轉速N的一次方成正比，壓力H與轉速N的平方成正比，功率P與轉速N的立方成正比，如果水泵的效率一定，當要求調節流量下降時，轉速N可成比例的下降，而此時軸輸出功率P成立方關系下降。即水泵電機的耗電功率與轉速近似成立方比的關系。例如：一臺水泵電機功率為55KW，當轉速下降到原轉速的4/5時，其耗電量為28.16KW，省電48.8％，當轉速下降到原轉速的1/2時，其耗電量為6.875KW，省電87.5％。

    2、功率因數補償節能

    無功功率不但增加線損和設備的發熱，更主要的是功率因數的降低導致電網有功功率的降低，大量的無功電能消耗在線路當中，設備使用效率低下，浪費嚴重，由公式P=S╳COSФ，Q=S╳SINФ，其中S－視在功率，P－有功功率，Q－無功功率，COSФ－功率因數，可知COSФ越大，有功功率P越大，普通水泵電機的功率因數在0.6-0.7之間，使用變頻調速裝置后，由于變頻器內部濾波電容的作用，COSФ≈1，從而減少了無功損耗，增加了電網的有功功率。

    3、軟啟動節能

    由于電機為直接啟動或Y/D啟動，啟動電流等于（４-7）倍額定電流，這樣會對機電設備和供電電網造成嚴重的沖擊，而且還會對電網容量要求過高，啟動時產生的大電流和震動時對擋板和閥門的損害極大，對設備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節能裝置后，利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網的沖擊和對供電容量的要求，延長了設備和閥門的使用壽命。節省了設備的維護費用。

 

全球風機葉片的數量及尺寸都在迅速增長。據統計，最新的風機葉片的尺寸是20世紀80年代的100倍。這段時間內,鐵皮廠房通風降溫，葉片的直徑增加了8倍，葉片長度已經超過6米。各國大力推進風電行業的發展，這勢必會造成廢棄葉片產量的增多，那么采用何種方法處理廢棄葉片才能使風能成為一種更加綠色的能源呢？

　　風機葉片通常含有纖維增強材料(如玻璃纖維或碳纖維)、塑料聚合物(聚酯或環氧乙烯樹脂)、夾心材料(PVC、PET或巴沙木)和涂層(聚氨酯)。

　　隨著葉片尺寸的增大，葉片生產所需的材料數量也在不斷增長。據估計，每1kW的新裝裝機容量就需要10千克葉片材料。因此一臺7.5MW的風機約需要75噸的葉片材料。風機葉片的使用壽命大約為20-25年。因此如何處理廢棄葉片就成了問題。據推測，每年要處理的纖維復合材料重量將達到20.4億噸以上。

　　風電行業相對來講是一個新興行業，在風機葉片的實際處理方面經驗很少，尤其是海上風力發電機。因此，風電系統如果想獲得足夠的拆除、分離、處理等方面的實際經驗，可能需要20年以上的時間。

　　現有的處理廢棄風機葉片的方法有：垃圾掩埋、焚燒或回收。第一種方式在那些致力于減少垃圾掩埋數量的國家基本上已經過時了(如，德國)。不過，目前中國采用最多的還是垃圾掩埋方式。

　　最常用的處理方式是焚燒。在所謂的熱電聯產(CHP)工廠內，利用焚燒產生的熱來發電，為區域加熱系統供熱。但是，60%的廢料在焚燒之后只是變為灰燼。由于復合材料中含有無機物質，這些灰燼可能含有污染物質，根據其類型和后處理方法的不同，灰燼要么進行掩埋要么回收后作為替代材料。無機物質還會產生危險的廢氣，其中殘留的細小玻璃纖維可能會導致煙氣清潔過程出現問題，主要是在灰塵過濾設備中。風機葉片在進入焚燒廠前還需進行拆解和粉碎，從能耗和排放角度來說，這進一步增加了環境的壓力。此外，在焚燒過程中還會引起工人健康和安全方面的問題。

　　回收則是一種環保的處理方式�；厥詹牧现瞥傻男碌母�高效的葉片可以取代舊的葉片。但是目前成熟的風機葉片回收方法還很少，只有30%的纖維增強塑料(FRP)可以回收再用，制成新的FRP，而大多數則是作為水泥行業的添加材料。過去的幾年，全球各企業就風機葉片的回收問題進行了大量研究項目，推出了許多創新產品。

　　2003-2005年，荷蘭電工材料協會(KEMA)和波蘭工業化學品研究院(ICRI)共同領導了一個項目，研究玻璃鋼(FRP)的機械回收，即將材料粉碎然后再回收利用。此項目利用一臺具有“按需切割”功能的混合粉碎機，以每小時處理2.5噸物料的速度，將玻璃鋼(FRP)粉碎成15-25mm的長度，而且對纖維內部結構的損傷很小。為了避免粉碎過程中發生危險。

　　粉碎之后，通過一種再活化方法對纖維的品質進行改良。將其與一種新基體進行化學粘結來實現更好的性能。另一種技術是由HAMOS公司開發的纖維長度分離技術，可以去除雜質。粉碎后的玻璃鋼(FRP)廢料在重新利用過程中的一個問題就是纖維與樹脂的重新粘結。

　　因為粉碎的纖維上經常帶有殘留的樹脂，因此粘結起來就更加困難。只有回收的纖維要比原始纖維更長，它才能與新基體更好的粘結。

　　對于風機葉片的回收來說，還需要增加一個步驟，即在現場將葉片切割成大塊，以便于運輸。切割是通過目前廣泛應用的粉碎手(起重機或挖掘機末端連接的粉碎/抓取設備)完成的。但是復合材料回收物的需求并不像鋼材那樣強勁，其應用前景非常有限。

　　另一個問題就是回收的纖維比原來的纖維短，表面還帶有“原來的”樹脂，更難以使其在一定方向上排列。這樣就難以按照需求增加產品的強度，例如汽車保險杠。但是汽車行業并沒有停止回收和再用其本身的廢棄物。

　　玻璃纖維硬度較高，粉碎過程需要大量的能源，因此這種填料的價值是很低的，很難讓它產生經濟效益，除非能找到一種更廉價的能源。

　　溶劑分解作用進行化學回收也是一種回收方法。采用這種方法，玻纖的大部分拉伸強度可以保留下來，部分塑料材料還可以作為新的原材料。但是，采用具有侵蝕性的危險化學品進行回收并未得到提倡，而且這種方法的成本較高。

　　另外一種方法是采用高溫熱解和氣化方法對熱量和材料進行回收。盡管纖維喪失了原來的“大部分”拉伸強度，而且技術成本很高，但是終端產品非常純，塑料中的熱能也以電能和熱能的形式得以回收,降溫設備。

　　回收過程如下：

　　◆使用液壓剪切機或類似的工具將廢棄物在現場切割成便于運輸的尺寸；

　　◆到達工廠后，這些部件進一步被粉碎成手掌大小的塊；

　　◆材料被連續送入500℃高溫的無氧回轉爐內，塑料被高溫分解成合成氣體；

　　◆氣體用于電力生產，也用于加熱回轉爐;

　　◆在二級回轉爐內，玻璃纖維材料在大氣存在的條件下得以凈化；

　　◆利用磁鐵篩除并回收金屬；

　　◆去除玻纖材料殘余物中的灰塵；

　　◆混有少量聚丙烯纖維的玻璃纖維通過爐子后，PP纖維融化并連接到玻纖上形成穩定的絕緣板。

　　高溫熱解產品主要是耐熱的絕緣材料。這些纖維還可以用作填料、粘性涂料、熱塑性部件、瀝青和混凝土中的增強材料，以及新玻璃纖維的原材料。復合材料中所含有的熱能可用于發電和為工藝過程供電。

　　回收的玻璃鋼(GRP)風機葉片材料不能再用在新葉片中,車間降溫設備，因為回收的玻璃纖維總是比原始玻纖強度低，因此風電行業不能使用回收的增強纖維。碳纖維與玻纖不同，從預浸環氧樹脂/碳纖材料中回收碳纖維，回收到的碳纖維的E模量沒有改變，而最終的拉伸強度只降低了5%。盡管葉片回收各企業對風機葉片處理方法及回收途徑上取得了明顯成功，但是由于成本問題，相關項目并未得到很好的發展。目前為止，丹麥大多數的磨損葉片和生產廢料都采用掩埋處理的方法，這是最廉價解決方案。

　　現在對葉片回收問題存在幾種不同的觀點，有人認為葉片回收的根本問題所在并非材料本身，而是缺乏足夠份額廢料，因此，各商家在對回收項目進行投資上存在資金困難。

　　也有人認為：采用熱固性復合材料的行業希望生產出持久耐用的產品，并期待未來幾年能有新的回收技術出現。就熱固性材料及其化學性質而言，很難發現有什么好的回收方法。因此，熱固性復合材料的回收是一個重大的挑戰。然而，不論從環境還是經濟角度出發，葉片的回收都會成為一個更加重要的問題。目前的葉片廢棄物的流向還是難以控制，因此必須找到一個解決方案。各國希望走復合材料廢棄物的商業之路，逐步向可持續性方向發展。

　　由于廢棄葉片在回收上面臨著巨大挑戰，因此一些機構開始研發新的葉片生產方法，以簡化廢棄葉片的處理及回收工藝。由汽車行業我們不難發現熱塑性材料更易回收，因此在風機葉片中嘗試使用熱塑性基體的復合材料。但是熱塑性材料制成的兆瓦級葉片是否具備足夠的力學性能和物理性能還沒有得到證實。對于5kW左右的小型風機，可以使用一些模塑成型的增強型熱塑性材料或其它熱塑材料。這種情況下，葉片的回收就會容易的多。

　　越來越多的風機公司開始采用聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)泡沫，這是一種可完全回收的熱塑性結構泡沫，回收后還可以再利用。將其粉碎并混合到新產品中后，仍能保持相同的性能和強度。目前，AlcanAirex已經對其PET泡沫AIREXT91實現了回收。

　　風機葉片的回收仍然存在很多問題，不過，關于玻璃纖維增強材料(GRP)的回收方法以及回收后的材料可能的應用領域的研究已經有了進展。

　在三峽工程全面竣工之后，為項目而設的三峽集團正進一步加快擴張步伐。

　　10月26日，國開行與中國長江三峽集團公司(簡稱三峽集團)在北京簽署合作協議。根據這份合作協議，自2010年至2016年期間，國開行將向三峽集團提供500億元人民幣和40億美元(約合人民幣268億元)的融資額度。

　　這筆超過760億人民幣的貸款將用于支持三峽集團開發大型水電、風電等新能源項目以及“走出去”業務。

　　三峽集團副總經理林初學近日表示，我國將在未來10年新開工建成至少1000萬千瓦水電，三峽集團承擔約1/3左右的新建任務。據本報記者了解，三峽集團目前已將主要力量集中到金沙江下游的四個梯級電站建設，其中正在開發中的溪洛渡電站和向家壩水電站預計將于2012、2013年實現第一臺機組發電。

　　“向家壩、溪洛渡兩個電站總投資約需要1000億元，目前已完成一半的投資，而這兩個電站都計劃2016年完成，因此未來5年將完成剩余投資。”三峽集團計劃發展部一位人士說，“除貸款外，長江電力的利潤5年將有200多億，也將大部分用于金沙江電站建設。”

　　三峽集團的烏東德水電站、白鶴灘水電站也計劃在十二五開工，這兩個電站需要約800億投資。

　　另外，風電目前已被三峽集團確定為除水電之外的第二大主業。近幾年，三峽已經在國內建設多個風電項目，包括慈溪49.5MW風電場，內蒙古烏蘭察布市化德風電場及江蘇響水201MW風電項目等。三峽已將國水投確定為三峽風電業務的運營主體，目標是2020年完成風電裝機容量2000萬千瓦，再造一個“風電三峽”。

　　值得注意的是，此次國開行為三峽提供的貸款額度還包括40億美元。這部分資金將重點用于支持三峽“走出去”發展。


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