船用某型通风机振动故障诊断及修理

张瑜芳，邵伟晨

(4805工厂，上海 200135)

0 前言

某船No.1吸气风机出现异常的振动与噪声，若不及时修理会严重影响到电机的正常运行，危害到船员身体健康和船舶的工作效率和安全性［1］。影响风机振动产生噪声的原因有很多，不同原因反映出的信息也不一样，一般需要借助先进的诊断分析仪器，结合实际工况，对风机传达出来的特有的信息，进行全面地分析。

机组在旋转运行过程中会引起振动类型可分为径向振动、轴向振动和扭转振动3类，其中径向振动过大是造成机械故障的主要原因［2］，也是状态监测的主要参数和进行故障诊断的主要依据。利用振动检测系统可以发现和识别这些异常振动传达出来的信息，因此，应用振动参数进行故障诊断，通过数据观测分析，对故障及时诊断和修理，避免发生重大事故，是十分必要的，本文利用EX1－3000测振仪对该风机进行了故障分析，成功解决了设备振动过大的问题。

1 设备简介

吸气风机为柴油机舱室用的关键设备，配用п24－M72型电机，转速，3000 r/min;功率，15.0/30.8kW;叶轮直径，360mm，叶轮厚度，107mm。测振仪型号为:EX1－3000，仪器设置频率 1.4kHz。

评估标准:GB/T 16301－2008船舶机舱辅机振动烈度的测量和评价。

图1为风机测点结构简图。

图1 某风机测点结构简图

2 风机故障诊断

2.1 故障现象

从某船各等级修理中对柴油机舱室吸气风机运行状态进行跟踪检测，建立该风机运行数据库，通过对比数据库中风机各测点的振动烈度，发现其振动呈现上升趋势。其中叶轮端 (测点2)振动烈度从2007年4月的1.15mm/s到2012年5月达12.4mm/s，超出标准范围。该风机测点振动烈度值生成振动趋势如图2所示。

图2 振动烈度趋势图

2.2 诊断分析

2.2.1 测点振动值分析

采用EX1－3000型测振仪对该吸气风机进行现场测振，在自由端 (测点1)和叶轮端 (测点2)2个部位各选取水平、垂直、轴向3个方向。3个方向振动速度有效值见表1。

表1 振动速度有效值 mm/s

从表1中数值可以看出:风机整体振动比较大，叶轮端 (测点2)各方向振动有效值均比自由端 (测点1)高，轴向振动相对于水平和垂直方向较小，其振动主要集中在水平方向上，振动最大点为风机叶轮端 (测点2)的水平方向，速度有效值达10.4mm/s。将表1中2个测点3方向有效值代入设备振动烈度计算公式 (1)，算出该风机振动烈度Vs为10.78mm/s，按振动烈度标准，严重超标，属于不允许范围，继续运行将会对风机噪声进一步的损坏。

式中:Vx、Vy、Vz为x、y、z 3个方向上各测点振动速度均方根值 (有效值)，mm/s;Nx、Ny、Nz为x、y、z 3个方向上测点数。

2.2.2 测点频谱分析

比较风机设备2个测点3个方向上各测点振动速度有效值及频谱图后，决定把关注重点放在叶轮端 (测点2)进行分析。叶轮端 (测点2)垂直、水平、轴向3个方向振动频谱见图3。

从图3可以看出。频谱图中振动分量集中于工作频率1倍频上，3个方向都有稳定的高峰，其他倍频幅值很小;轴向振动比径向 (水平、垂直)振动小的多，水平方向振动值显著。

图3 叶轮端 (测点2)频谱图

2.2.3 测点时域波形分析

选择振动最大的水平方向，进行振动时域波形分析。叶轮端 (测点2)水平方向时域波形显示结果如图4，图4所显示持续时间长度为1 s和100ms。

从图4可以看出:转子振动水平时域图谱整波形呈现周期性，明显为正弦波形，波形冲击不大。

2.2.4 综合判断及诊断意见

综合以上特征诊断分析［3－4］:①径向振动峰值大于轴向2～3倍，主要峰值集中在1倍工频上，是典型的不平衡特征;②时域波形中未发现明显的冲击，可基本排除轴承故障，时域图谱成正弦波形，综合判断为风机存在转子不平衡，需对风机转子进行动平衡校正。

图4 叶轮端 (测点2)水平方向时域波形

3 风机的检修及效果

结合运行状态来分析，造成风机转子不平衡的原因有很多，如:风机固定松脱、转子质量磨损、轴承磨损、各部件残余不平衡量的累积、工作叶轮不平衡等，需要逐一判断区分。

根据诊断结论，拆开设备检查发现:轴承无明显缺陷;转子叶轮无积灰，排除因积灰部分脱落造成风机振动，对风机转子进行动平衡校正，测试发现振动没有改善，频谱显示风机振动还是1倍工频为主，不平衡问题仍没有解决。为了彻底解决该风机的不平衡问题，决定对风机进行现场动平衡校验，找出叶轮轻点位置，以确定所加平衡质量。

现场测试及动平衡校正采用VIBXpert设备，操作步骤如下:①停机，做测试准备，在风机轴上贴反光条，架设测试仪器探头;②启动风机，转速平稳后，测量初始振动值，包括相位角、通频振幅、工频振幅，记录数值;③停机，在选定的角度上加试重;④开机，测得加试重后振动值，相位角、通频振幅、工频振幅;⑤利用动平衡原理计算配重重量及相位角;⑥停机，加配重，重新开机，测量振动值，如做完动平衡的风机启动后振动值仍超标，可重复第④步以后操作，直至风机振动值在允许范围内。

加配重块后，进行振动测试，从频谱图发现工频的峰值大大降低，各个测点3个方向振动有效值均减小，风机振动得到彻底改善。测试结果如表2。将表2中2个测点3方向有效值代入设备振动烈度计算公式 (1)，算出该风机振动烈度Vs为2.91mm/s，比修理前振动烈度降低了7.87mm/s。

表2 振动速度有效值 mm/s

4 结束语

通过频谱分析技术，准确诊断风机故障原因，并采取相应措施，快速、高效地排除了风机不平衡振动故障，保证了设备的稳定运行。

现场动平衡是一种简便、快捷的处理方法，打破了传统修理模式，无需对设备进行解体，减少维修工时和维修成本，具有较好的经济效益。

频谱分析准确地诊断出关键设备故障，使故障定位，为制定合理修理计划提供了技术支持，避免了误诊和不必要的检修，降低了设备全寿命周期的费用。

［1］袁东红，谢军龙.船用通风机减振降噪的探讨和实验研究 ［J］.中国舰船研究，2009，4(3):49－51.

［2］徐立，王小武.船用旋转机械的振动特征故障诊断［J］.中国修船，2009，22(6):41－42.

［3］黄志坚，高立新，廖一凡，等.机械设备振动故障检测与诊断［M］.北京:化学工业出版社，2010.

［4］王小彦.振动监测诊断技术在舰艇机电设备中的应用［J］.科技经济市场，2008(6):20－21.