振动标准的解读及其在干法水泥生产线的应用

崔建学，董小明，缑建坤，李牛牛

振动标准的解读及其在干法水泥生产线的应用

Interpretation of the Vibration Standards and its Application in Cement Rotary Kiln Plants

崔建学，董小明，缑建坤，李牛牛

干法水泥生产线中的风机①，只有在机械安全运行的基础上才能给生产线提供所需的流量和压力，机械振动值的大小是风机安全运行重要的考核指标之一；风机振动值只有在特定的数值范围内，风机的运行才是安全的。那么什么样的振动值范围是生产线风机的安全运行值？本文针对种种振动标准，给出将怎样理解和使用这些振动标准，怎样确定生产线中风机安全运行的振动值。

1 综述

针对机械运转，从人们的主观意愿来讲，振动值应是越小越好，机械运转起来既没有振动也没有声音。然而，客观上偌大的一个设备，其功率少则几百千瓦，多则几千千瓦，这么大的能量要在设备上进行能量转换，机械能量、声音能量和热能没有是不可能的。振动标准的制订只能是在设备不被损坏的前提下，设备的功耗越小越好，设备运行时间越长越好。设备运行时的振动、噪声及热量是永远存在的，从此意义上讲，振动标准的制订反映了一个时代、一个国家、一个工厂的加工制造水平。

同时，振动标准是设备运行和维护经验的积累，人们在长期的设备使用和维护中总结出许多实际经验，这些经验对设备的使用起到一定的作用。振动标准没有优劣之分，只有科学与不科学之别。

随着技术、加工、制造、运行和维护水平的不断提高，振动标准和其他事物一样都在不断发展和变化，不管在哪种情况下，振动标准都是运行设备的合理评价。

振动标准繁多，都有其应用的对象与范围。如果我们国家有自己的标准应该遵循自己的国家标准（GB国家标准；GB/T国家推荐标准），中国没有的标准，那么中国是ISO（international organ of standard国标标准协会）的会员，应该遵循ISO的标准。

2 振动标准的变迁与选用

在上世纪70、80年代前后，人们对振动的理解很模糊，对振动只是一个定性的了解，振动没有专业测量仪器和仪表,对振动没有定量的认识，振动的大小是以操作者的经验为准。后期随着国外设备的引进，振动仪表与仪器也随之引入，振动才有定量的概念，这时就有一些部级标准和行业标准。在中国，振动知识的全面应用是在电力行业和石化行业，这两个行业对设备运行要求很严格。在风机行业振动概念的全面应用是在上世纪90年代后，这时风机行业开始真正地使用振动的概念。

国际标准组织（ISO）是世界上公认的标准制订机构。ISO在1986年制定轴振（振动位移）的测量标准，ISO7919-1986《回转机械转轴振动测量和评价》，在1996年修改为《旋转机械转轴径向振动的测量和评价》，这些标准中对转轴振动的相关知识都有较为详细的描述。简称为ISO7919-1996。1997年中国将这一标准进行了移植，等效移植为GB/T11348-1997。

ISO在1977年制定了以烈度为准的轴承座振动标准，ISO3945-1977，即《在非转动部件上测量和评价机器的机械振动》，在1985年对此作了修改，成为ISO3945-1985，在1989年对此再做修改，成为ISO10816-1996。我国于2001年做等效移植，即为我国的GB/T6075-2001，即《在非转动部件上测量和评价机器的机械振动》，简称为GB/T6075。

风机（风机种类多，它们以出口压力来区分，包括通风机、鼓风机和离心压缩机，本文所讲的风机是严格意义上的通风机）一般都是测量轴承座的振动值，所以对应的标准应该是GB/T6075（也是笔者推荐的风机振动测量标准）。

表1 GB/T6075对振动值的规定

3 振动标准解读

在6075（本文中所提到的振动标准应该是GB/T6075.3-2001，为叙述方便简称为6075）中，把振动机器分成四类，新型干法水泥生产线（后简称为生产线）风机属于第三振动机器；在6075中对振动值的规定如下：

生产线的风机都可按柔性支撑处理，对应的柔支座振动区域如下：

A区值：≤3.5

B区值：3.5＜，≤7.1

C区值：7.1＜，≤11.2

D区值：＞11.2

在早期的标准中振动值（烈度）的阶梯值是按1.61倍的关系给出的（单位：mm/s）：

0.28→0 .45→0.71→1.12→1.8→2.8→4.5

→7.1→11.2→18.0→28.0→45.0

在6075-2001中出现的2.3和3.5阶梯值，在以前的振动标准中是2.8和4.5阶梯值。对此可以这样理解，随着机械加工技术的提高，标准中振动值的变小是正常的，但是对加工手段没有改变的机械设备，用原来的振动阶梯值仍然是正确的，生产线风机就属于此种情况。

在6075中，对四个区域的振动值有三种解释。按照新产品的解释（设备出厂前机械运转试验）是：A区是良好，B区是合格，C区是不合格，D区是不允许。按照现场运行的解释是：A区是新交付使用机器的振动值，可以长期运行；B区是机器可以长期运行的振动值，不会对机器造成损坏；C区的是机器短期运行的振动值，D区是机器运行是危险的振动值，会对机组造成破坏。按照是否需要做振动处理的解释分别是：A区是不需要处理；B区是可以长期运行，但在下次的检修中要进行振动处理；C区是可以短期运行，但要在近期安排振动处理；D区是必须立即停机进行振动值处理。

4 风机振动的报警值和停机值

在6075约定，报警值为B/C区的25%，用振动烈度表示为8.9mm/s；停机值为C/D区的25%，用烈度表示为：14.8mm/s。根据实际经验这两个百分比可以放大，可取：50%～70%，和60%～80%，这一点要根据基准振动值选用，使用时须慎重。

以基准振动值（在下面的讨论中有定义）为准的报警值，标准中也有约定，振动值超过基准振动值的25%就是报警值；超过50%为停机值。在有些场合为了避免机械重大事故的出现，还规定轴承座振动值突然超过30μm或轴振动值突然超过50μm就应停机。

5 风机振动值的讨论

5.1 风机振动值

在振动标准中，有基准振动值的概念，基准振动值是指某一旋转机械在实际的运行过程中，振动没有引起机械损坏且机械运行了相当长一段时间的振动值，该值叫基准振动值，它与振动标准中涉及振动值大小无关。该值是旋转机械实际运行值，在没有机械运行之前此值是不存在的。因为该值产生于机械的实际运行，是经验值，所以该值对机械运行具有重要的指导意义，用它衡量机械运行时就显得更为重要，大多数实际操作者所指的振动大小就是以此值为准，在振动标准中也认可基准振动值。

虽然振动大，但机器已经运行了相当一段时间，振动也对机器没有造成损坏，这与振动标准不矛盾，只能说设备的强度大，是超强度设计，即通俗说的机器“结实”。

虽然振动不大，但是机器运行总是不稳定，甚至振动还造成机器损坏，但振动值却在振动标准规定的范围内，这与振动标准也不矛盾，只能说设备的设计强度差。

通常说的振动大，有两层含义：一是按标准中所讲的振动值大；二是基准振动值报警，标准中对此有约定，基准振动值超过基准值的25%就是报警值。

5.2 机械振动的度量方式

振动值是机械运行好坏的度量，是机械振动的大小的反映。振动值有三种度量量纲，振动加速度、振动烈度（速度）和振动位移。很明显加速度是振动激振力的度量，加速度乘以质量就是振动力；烈度是振动对机械破坏程度的度量，是单位时间内被测物体移动的距离大小；振动位移是被测物体离开静态位置的大小。三种度量侧重点各异，在实际中都在使用，最佳测量单位的选择是：加速度传感器以加速度为单位，速度传感器以速度为单位，电涡流传感器以位移为单位，这样可以减小换算误差。由于测量方法的不同，烈度和加速度可以直接换算（这里的振动值是机器相对大地的振动，是绝对振动值），而它们和位移（相对振动）之间的换算比较复杂，一般都认为烈度测量是位移的3～5倍，这和轴承座的刚度有关，没有精确值。

5.3 振动值和转速的关系

对风机而言，转速为3000r/min都称高速风机，生产线使用的风机（不包括其他小风机）都在此转速以下，这样的风机都称低速风机。

振动标准中，只约定了两个转速的振动标准，而实际上风机的转速有各种各样的，风机的转速很随意，从这种意义上讲振动标准是不完善的。所以用6075度量的风机振动是有误差的。

5.4 振动值和轴承的关系

常用的滚动轴承有滚珠轴承、滚柱轴承等，常用的滑动轴承有圆柱瓦、椭圆瓦、可倾瓦轴承等，这些轴承的工作原理不一样，技术参数差异很大，但在振动标准中这些差异没有区分，都以振动值的大小来统一。

事实上，轴承联接着机器动静部分，它的参数对轴系的对中、对转子的作用力是不同的，这些在振动标准中没有体现出来。

5.5 振动值的突变

振动值的突变是机械运转中振动一个量变到质变的过程，突变值是要损坏机械或者说是损坏机械的开始，设备可以在振动大一点的情况下运行，但是不能在振动值突变下运行。振动的突变不管幅度大小，都要进行处理，对突变必须查明原因，引起足够的重视；在振动值突变后，还要继续运行要担破坏设备的风险。

6 风机振动标准的正确理解与运用

生产线风机的运行平稳与否与各个厂家的设计加工水平相关联，主要体现在风机选用的传动组（轴承座）上，而传动组的设计不做强度计算，是根据风机型号大小选用现有的标准传动组，受选用经验支配，而生产线风机振动值与轴承座的刚度系数成反比。

风机的振动有两种情况:

风机安装后，振动值小（比振动标准值小），使用者有一个错误概念，风机的振动本来就是这样，风机的振动变大一点（比振动标准值小）他们就认为风机振动值大，对振动值大很敏感。

风机安装后，振动就很大（比振动标准值大），使用者也有一个错误的概念，风机的振动本来就这样，风机振动再大一点（比振动标准值大得多）使用者认为振动值在容忍范围内，对振动值大麻木。

以上两种振动观点都是错误的，应该重新认识风机的振动，正确的风机振动概念是以风机振动标准为依据理解振动、看待振动。不管风机安装后还是在运行中，以风机的振动标准来衡量风机的振动，对风机的振动有一个正确的认识，对振动把握有度，正确地对待风机振动的大小，正确地处理振动值。

7 振动标准使用实例

生产线中的窑头风机是一种高效风机，它的叶片是机翼型，这种风机使用介质有粉尘，磨损易造成振动大。下面是某窑头风机运行时振动数据（∥表示水平振动，⊥表示垂直振动，→表示轴向振动。）：

驱动端：∥8.2mm/s⊥6.1mm/s→4.3mm/s

自由端：∥7.3mm/s⊥7.0mm/s→3.3mm/s

这样的风机运行数据，振动值是8.2mm/s，已经大于7.1mm/s，是应该处理的范围，短时间运行可以，绝对不能长时间运行；经现场平衡后振动值为：

驱动端：∥2.8mm/s⊥1.2mm/s→2.6mm/s

自由端：∥2.3mm/s⊥0.9mm/s→1.9mm/s

对此的解释是：风机的振动确实是转子不平衡引起，窑头风机的介质含有一定量的粉尘，粉尘对叶轮的磨损是不可能避免的，由于磨损的不均匀造成转子不平衡；平衡后的振动数据使风机可以长期运行；平衡后的振动数据轴承向振动大（2.6mm/s），可能是对中不太好或者叶轮漂摆大。

生产线中的循环风机由于工艺上的特殊性，叶轮易粘尘，在停机时在其叶片的非工作面都有一定的积尘。下面是某循环风机运行时振动数据：

驱动端：∥2.2mm/s⊥1.2mm/s→2.3mm/s

自由端：∥5.2mm/s⊥4.3mm/s→2.5mm/s

该振动值长期运行也可以，因为循环风机磨损不确定，也有颗粒物，运行中的平衡不固定，可能运行一段时间振动会下降，但是如果振动值增加就要处理。由于风机处于检修，清理叶片的积尘后，又做了现场动平衡，之后振动值如下：

驱动端：∥0.9mm/s⊥0.5mm/s→1.3mm/s

自由端：∥2.1mm/s⊥1.8mm/s→1.8mm/s

这样的振动值完全满足长期运行的要求，前面的振动是由于积尘和不平衡引起。对于叶轮积尘有两点，一是积尘是均匀的，不可能一个部位特多，一个部位特少，整体来讲转子是相对平衡的，积尘振动会增大，但不可能一直增大；二是积尘使风机的振动大，风机不可能在一个很理想的振动值下运行，振动值在一定范围内变化。彻底解决积尘的方法有两种：一是改变水泥流程工艺；二是改变风机的叶片形状，这两点都是以付出成本为前提的。

[1] 李庆宜.通风机[M].北京：机械出版社,1981.

[2] 冠胜利.汽轮发电机组的振动及现场平衡[M].北京：中国电力出版社,2007.

[3] 崔建学.离心压机的临界转速监测[J].技术通讯,1997,(1).

[4] 崔建学,许飞.刘浩.振动分析仪现场应用探讨[J].工程师,1997,(1).

TH432.1

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1001-6171（2012）03-0085-03