浅谈风机设备运行故障诊断方法

陈伟

（山西省安装集团股份有限公司，山西 太原 030001）

0 引言

风机设备是从其动力来源来看属于原动机，可以通过自身运转将机械能源转换成为可以输送的气体压力能和动能的一种机械设备，一般在风机运行中出现故障时可以停机检修，也可以可能遇到故障时在维修周期内确保风机正常运行。但是因为现有制度的限制，必须停机检修，但是这两种模式都会导致“维修过剩”问题的发生，不仅影响风机的使用寿命，也会导致故障多发，导致生产暂停。为了确保风机可以正常、稳定运行，需要解决以上问题，加强对风机动力荷载的测试，分析，通过干预、减少，确保风机不受影响。并在风机上安装自动监测装置实时监测风机的运行情况，及时发现各种异常变化情况，便于在故障发生后及时也会带来较大的经济损失。为了防止风机突发事故，消除设备的过剩维修，减少风机的动载荷，在风机运行过程中，使用状态监测装置监视风机的运行状况，定期分析其异常数据。出现故障时，需要尽早解决，制定可靠的预防和控制对策，有效避免意外事故的发生，保证风机安全经济运行。

1 风机设备相关概述

风机设备是风力发电系统中的一种，在风机设备运行时也需要依靠电流传感器来输送信号，一般在风机设备故障时可以通过故障诊断系统来进行诊断、维修，在此过程中不需要直接通过传感器获取信号，对此电信号故障诊断法也是风电机组故障诊断中的一种非常有效的诊断方法。在该方法下可以通过分析电流信号来判断风机传动链的故障情况，后通过小波原理对风电机组模型中的电流信号进行分析，准确判断机组主传动链的故障情况[1]。

2 风机设备故障分析原理

2.1 风电机组传动链故障诊断原理

一般在故障发生后，风机机组的转矩传递损失率会提高，如果人们不考虑能量传递中转矩的损失情况，直接采用发电机产生的电磁转矩计算方法来计算风机转矩，并在分析计算时还需要考虑风力机组传动轴的角速度、三相永磁发电机电磁转矩。发电机单相绕组中的电动势，单相绕组端电压和夹角等，通过计算可以直接得出风机的机械转矩，直接将该转矩作为机组运行状态的分析指标。但是在具体诊断故障时，转矩测量成本较高，且传感器安装难度大，电流和电压、功率等信号获取步骤简单，对此人们可以通过间接检测风电机组机械转矩本身的传动链故障信息来得出参数信号。另外，在转矩改变时，发电机组的三相电流也会变化，主要是因为转矩和电流本身呈现线性相关关系，如果机械钻具出现了故障则可以通过发电机信号来显示出来。如果机械传动系统出现了不规律的振动，则会导致发电机气隙磁场变化，因此可以将传动系统故障频率传送到发电机中，可以直接通过电气参数显示出来，对此人们可以通过发电机电流信号来判断传动系统中的机械故障[2]。

2.2 永磁同步发电机绕组故障诊断原理

永磁同步风力发电机结构是一种外转子类型，在转子中有磁极，磁极可以通过转子转动下的离心力来驱动运行，对于该风机的故障原因主要是电机绕组短路引起的。一般在出现短路时会产生较大冲击力的电枢磁场，在此情况下人们就需要在风机发电机组内部安装保护装置，隔离磁场。因为该故障表现较为显著，不需要深入研究分析，且在机组运行中如果遇到了绕组匝间短路问题对机组本身的运行不会产生影响，该故障的发生也是一个循序渐进的过程。一般因为有机组保护罩的存在不会轻易发现故障，对此人们需要可以通过以往的维修数据诊断发电机组的匝间短路故障，以此针对性地检修，减少风机停机频率。一般情况下，如果发电机定子绕组出现短路故障时，风机转矩和转速会发生变化，并通过一定的频率来显示出来，且发电机组定子绕组出现匝间短路时也会通过电流信号显示出来，对此人们可以直接通过电流信号来判断故障情况。

3 风机设备运行故障诊断方法

风机设备在运行的过程中会因为自身磨损和振动、老化、外力影响等多方面因素出现异常现象，这种异常现象是风机故障的提示，为了确保风机设备本身性能稳定、运行状态良好、人员操作规范、可靠，需要机组操作人员深度掌握风机设备相关知识和操作技能，了解设备的性能，提高人员的维修技能，要求人员要积极学习风机故障诊断知识和技能，可以及时发现、有效处理故障问题，降低故障发生率和损失率。对于直接分析法是指通过各种感官经验来直接观察和判断故障情况；对于间接分析法是指通过借用相关工具和技术等综合验证和辩证性地看待故障问题[3]。

3.1 直接分析法

风机故障直接分析法是指直接对风机故障进行判断、识别的一种方法，该方法最为简单和常见，当前很多值班巡检人员已经掌握了该方法，比如，在风机机组巡检的过程中可以通过手触摸风机外壳，如果温度过高，冷却水中断，则可以定义为冷却水堵塞引起的故障。如果送风机和引风机、排风机运行中突然停止，此时闻到有一股焦糊的味道，则可以判定为电动机组绕组已经烧毁。如果风机使用时间较长，已经老化，听到叶轮处有异常的响声，则可以判断为叶轮磨损脱落故障。如果机壳和轴承之间有异常摩擦声音，则可以判定为基座电梯安装不当，电梯滑出螺母松动故障问题。如果风机轴承底座端出现了漏油问题，则表明油封间隙增加，密封油需要更新等。通过以上听、看、摸、闻的方法，可以直接判断故障问题，但是掌握了该方法后，还无法解决一些复杂潜在性的故障，且单一，凭借人的主观经验，无法精准地判断出故障的问题，对此，人们还需要掌握间接分析法。

3.2 间接分析法

间接分析法是在流体力学的原理上借用了风机专业相关知识形成的一种分析方法，该方法可以有效弥补直接分析方法的不足，在运用该方法时，需要对风机设备系统性能进行把握，通过逻辑推理的方法来判断故障点和原因，具体如下。

（1）新装锅炉导致风机电流出现异常变化。在安装锅炉后，需要对风机和电动机的空载电流进行测量后，采用皮带或者联轴器将新装锅炉和风机相连，但是在此情况下会导致风机内的电流增加。出现这种原因和风机本身没有直接的关系，主要是风机过载负荷引起的，对此需要做好以下检查：需要对引风机入口的风门安装位置的准确性进行检查；检查冷态气体的密度和风门大小；检查风机皮带松紧情况；检查风叶转动情况，风叶是否出现了锈蚀，是否处于全开状态；检查风门的启动灵活度。此外，还需要检查主轴的转速，确保转速处于额定值，检查三相电压，确保电压符合额定标准；检查轴承座振动情况，判断轴承座的安装准确性[4]。

（2）锅炉炉膛负压转变成为正压。一般在炉膛负压变为重压后需要及时检查，在此过程中排除水冷壁管受热面泄漏的问题，如果没有此问题，则是风机本身的问题，如果风机风门自动关闭，会导致炉膛内吸力减少，炉膛负压变正。此外，如果风机运行状态不佳，风机风门自动开大，也会导致炉膛负压变为正压，对于此情况，需要检查烟道阀门的灵活度和制动机构是否变松，风门是否关闭；检查风机皮带的长度和松紧情况，检查风机叶片的磨损、穿孔情况；检查风道的漏风情况；检查灰斗密封程度。如果火管锅炉烟管出现了堵塞，也会导致炉膛负压转变成为正压，对于送风机，也需要检查风门，检查传动机构和电流。

（3）风机剧烈振动。对于风机剧烈振动情况，需要从外部和内部两个方面进行检查，对于内外部，主要检查风机轴和电机轴的平行程度，脐带轮槽的位置，风机壳和转子的间隙，机壳和集流器与转子的摩擦情况，检查机壳、轴承座和支架的连接情况，检查螺栓的松动、掉落、断裂情况。检查基础构件是否出现下沉，基础构件的刚度，垫片是否掉落，检查风机、进出口、风道、烟道的连接情况，检查支吊架的安装位置。对于风机内部的检查，主要对叶轮轴盘孔和轴连接的稳定性，检查叶轮铆钉的松动情况，叶轮叶片的磨损变形情况，检查叶面的灰尘转子的动静平衡程度，检查轴承滚珠的掉落情况[5]。

3.3 综合分析法

（1）如果轴承内没有异常响声，机体没有异常振动，则表明轴承没有故障问题，如果润滑油不足导致轴承温度升高，则可以判定为轴承缺油故障，此时可以采用铁棒插入油杯中来判断密封油的高度，如果以上判断合理，则表明存在故障问题。

（2）离心式风机电流异常变化，导致风机入口调节门有异常响声，该响声属于间歇性的撞击响声。对于这种问题是风机电流异常变化，导致机械负荷波动引发的故障，如果风机和风门处存在间歇性的碰撞声，则表明转子和集流器存在碰撞问题。这种问题主要是因为轴承故障导致轴承双向变动，人们可以通过揭开轴承支座上盖来识别，发现轴承隔离圆变形，支撑杆掉落。

（3）离心式引风机异常振动故障，人们可以通过听叶轮处的，发现有异常的响声，可以看到烟道晃动显著轴承箱下基座。铁板有螺栓掉落，且风机在停机后烟道仍然运行，震动声没有消失，则人们可以拆除引风调节门，此时震动声消失，对于这种故障原因主要可以分为内在原因和外部原因，对于外部原因，是指引风机、机壳、支架、烟道、风道等连接不牢，或者紧固件松动引发的震动问题。对于内部原因是指转子叶轮灰尘较大或者磨损较为严重，导致动静力不平衡，引发轴承座运行不稳定。如果异常响声出现后便消失了，则表明是因为外部引起的振动故障，则可以判定为封门或者烟道损坏，此时需要对烟道进行检查，发现烟道衔接处的主支架和弯头处存在焊接裂痕，主支架掉落导致风机异常振动。

（4）轴流和离心式风机流量不稳定，压力变化大，风机和烟道异常振动噪声大。对于风机的压力和流量变化可以判定成为下降或者增加的曲线，其主要是因为风机工作状态不稳定导致的，如果风机工作状态不稳定，会产生以压力和流量的变化，此时气流在撞击下会诱发震动和噪音。总之，对于风机的故障，综合分析方法可以通过故障表面识别与判断，发现故障的本质原因，在判定故障范围和位置后可以针对性地对性地处理[6-7]。

4 故障处理方法

（1）掉落叶片故障和诊断。在风机设备运行中，如果叶片掉落会引发严重的事故，对此需要确保叶片的完整，根据以往的经验，需要定期对风机叶片进行维修，在第一片风机叶片断裂时，人们往往没有及时发现，在风机继续运行后会出现再次掉落的情况。对此，需要在第一片叶片断裂时需要及时诊断，及时更换维修，以此减少故障隐患的发生。对于这种故障问题，需要人们加强对风机设备的动态化监测，可以通过在线监测，及时判断故障异常情况，确保整个风机运行的安全稳定。

（2）风机滑轮轴承故障。对于该故障问题，需要通过风机的拆分来检查，及时更换破损的轴承，对停机保护系统进行升级改进，风机故障停机后，不仅会影响生产地进行，也会引发安全事故，对此人们需要科学分析故障问题的原因，根据原因对现有的停机保护系统进行升级改造，减少停机事故。此外，还需要加强对电网系统电压的控制，避免电压过度波动。

5 结语

总之，在风机故障诊断时需要把握风机故障原理，准确采集风机电流信号，提取电流信号的特征参数，后根据风机的运行原理，可以从风机机组运行系统中了解风机故障信息。随着科学技术的日益发展和测量仪器精确度的提高，会有更多的电站风机故障诊断技术涌现出来，因此，风机故障诊断技术势必会得到进一步的发展和应用。另外，想要更好地发现风机运行故障点，及时解决故障，就需要科学安排专业的风机技术人员和监督人员、巡检人员，并熟练掌握几种风机故障分析方法，及时排除故障，确保风机机组正常运行，确保整个风力输送正常进行。