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通風(fēng)除塵應(yīng)用頻譜分析法檢測(cè)診斷風(fēng)機(jī)故障實(shí)例燃油燃?xì)忮仩t房的通

摘要：在風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)行期間進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)，并對(duì)其振動(dòng)進(jìn)行頻譜分析和軸承特征故障頻率分析，排除了故障同時(shí)也驗(yàn)證分析了結(jié)論,利用該方法對(duì)設(shè)備振動(dòng)進(jìn)行分析,以達(dá)到預(yù)測(cè)性維修的目的。
1概述
風(fēng)機(jī)由于運(yùn)行工況惡劣、設(shè)備負(fù)荷設(shè)計(jì)冗余度偏低，以及轉(zhuǎn)動(dòng)部件的潤(rùn)滑可靠性差等原因，使其故障率往往居高不下，這樣就為裝置的安全穩(wěn)定生產(chǎn)造成了極大的隱患，所以應(yīng)當(dāng)在設(shè)備運(yùn)行期間對(duì)各個(gè)重點(diǎn)部位進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)，掌握運(yùn)行狀況，根據(jù)生產(chǎn)需要制訂預(yù)測(cè)性維修計(jì)劃，明確設(shè)備維修范圍和工作量，使企業(yè)有效地減少維修費(fèi)用[1]。
2實(shí)例分析
2.1設(shè)備簡(jiǎn)介
某廠風(fēng)機(jī)機(jī)組是為輔助鍋爐提供助燃的壓力空氣。這臺(tái)設(shè)備運(yùn)行情況的好壞，將直接影響該廠全套裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行。機(jī)組由兩臺(tái)獨(dú)立的對(duì)置安裝的風(fēng)機(jī)組成，分別使用汽輪機(jī)和電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。以下對(duì)設(shè)備作一下簡(jiǎn)要說(shuō)明。
2.1.1基本參數(shù)
軸功率:400kW
吸入壓力:常壓
排出壓力:5200Pa
排出溫度:20～45ºC
吸入/排出流量:1593m³/min
2.1.2結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介


如圖1和圖2所示，該風(fēng)機(jī)采用懸臂式結(jié)構(gòu),使用兩個(gè)獨(dú)立的軸承座支承轉(zhuǎn)子。風(fēng)機(jī)側(cè)軸承座為轉(zhuǎn)子定位端，汽（電）機(jī)側(cè)為轉(zhuǎn)子自由端，這樣，轉(zhuǎn)子熱膨脹就是以風(fēng)機(jī)側(cè)軸承座為零點(diǎn)向兩端發(fā)生。兩支承軸承型號(hào)為22222CK+H322為錐孔雙列向心球面滾子軸承，具有承受一定的軸向力。該軸承在轉(zhuǎn)子軸上的軸向定位形式是依靠帶有外錐面的軸套H322和22222CK軸承的錐面內(nèi)孔的相互配合，將鎖母壓緊，使軸承內(nèi)圈產(chǎn)生軸向位移，使H322軸套錐面發(fā)生徑向變形，（H322軸套上的軸向溝槽就是使徑向變形更容易產(chǎn)生），從而達(dá)到緊固的目的。軸承座前后油封采用迷宮型油擋，其油擋半徑間隙0.06～0.10㎜。
2.1.3儀表監(jiān)控工程
該風(fēng)機(jī)不使用在線的振動(dòng)監(jiān)控儀表監(jiān)控工程，僅在兩端軸承座上裝有溫度計(jì)以監(jiān)測(cè)軸承溫度。
2.2問題的提出
在該機(jī)組運(yùn)行期間，發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)軸承處的振動(dòng)強(qiáng)度明顯增大，振動(dòng)的速度值超過(guò)10㎜/s。遂進(jìn)行停車處理。對(duì)設(shè)備檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)：定位側(cè)軸承座上半體出現(xiàn)兩條尚未貫穿的軸向裂紋。由于缺乏備件，當(dāng)時(shí)對(duì)軸承座進(jìn)行了簡(jiǎn)單的加固處理，用夾具以及底部焊接在基礎(chǔ)上的4條M18的錨螺栓將軸承座加固。經(jīng)過(guò)上述處理后，振動(dòng)強(qiáng)度有所下降。在接下來(lái)的幾天中，由于錨螺栓因振動(dòng)而導(dǎo)致螺母松動(dòng)，使振動(dòng)強(qiáng)度又有所回升。在此期間，只要重新緊固錨螺栓。振動(dòng)的強(qiáng)度就會(huì)有一定程度的下降。問題的關(guān)鍵是：究竟是什么原因使轉(zhuǎn)子振動(dòng)強(qiáng)度增加，并且能夠達(dá)到如此高的峰值，導(dǎo)致軸承座損壞。只有找到引起振動(dòng)的主要因素，然后進(jìn)行針對(duì)性的整改，才能從根本上解決這個(gè)設(shè)備故障。
2.3故障原因分析
以風(fēng)機(jī)定位端軸承座垂直方向的頻譜圖（見圖3）為例進(jìn)行分析。

首先判斷是否為軸承本身的組件發(fā)生故障，這樣必須確認(rèn)該軸承故障的特征頻率：
風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的正常轉(zhuǎn)速為1490r/min，這樣，其振動(dòng)的1倍頻（即工頻）為f工＝1490/60=24.8333Hz，其2倍頻為49.6666Hz。由表1計(jì)算出對(duì)應(yīng)的軸承故障特征頻率，見表2。
由圖3的振動(dòng)頻譜中沒有發(fā)現(xiàn)22222CK軸承的故障特征頻率所表現(xiàn)的峰值，這樣，可以排除因軸承滾動(dòng)體、內(nèi)外圈滑道缺陷造成的振動(dòng)。但不能排除因內(nèi)圈內(nèi)孔相對(duì)于轉(zhuǎn)子偏心等軸承損傷故障導(dǎo)致振動(dòng)的可能。根據(jù)圖3振動(dòng)頻譜圖分析可以初步得出以下判斷。
（1）振動(dòng)的主流頻率是工頻以及工頻的高次諧波。
（2）軸承組件的特征頻率基本上沒有表現(xiàn)，可以在很大程度上排除由于軸承滾動(dòng)體碎裂、內(nèi)外圈滑道出現(xiàn)剝落、保持架嚴(yán)重磨損等軸承損壞原因?qū)е碌霓D(zhuǎn)子振動(dòng)。由于能夠引起工頻振動(dòng)的原因很多，如轉(zhuǎn)子不平衡，部件松動(dòng)，軸頸與軸承不對(duì)中等，必須使用其他判據(jù)來(lái)輔助判斷。
（3）目前的判斷可以排除的可能性是轉(zhuǎn)子不對(duì)中引起的故障。原因：在各個(gè)測(cè)振點(diǎn)的各個(gè)方向上的頻譜圖中振動(dòng)的2倍頻成分含量都比較低，且2倍頻的諧波成分也不具有峰值。如果轉(zhuǎn)子對(duì)中存在問題，那么自由側(cè)的軸承座（離電機(jī)較近）的振動(dòng)強(qiáng)度理論上應(yīng)稍高于定位側(cè)，而實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)正好相反。
表1軸承故障特征頻率[4]
振動(dòng)原因特征軸承構(gòu)造引起的振動(dòng)滾動(dòng)體傳輸振動(dòng)Zƒc軸彎曲或軸裝偏Zƒc±ƒ0滾動(dòng)體直徑不一致ƒc 或 nƒc±ƒ0軸承不同心引起的振動(dòng)兩軸承不對(duì)中0.5ƒ0軸承支座裝配松動(dòng)內(nèi)圈內(nèi)徑圓度誤差2ƒc軸頸劃傷或進(jìn)入異物軸承損傷引起的振動(dòng)內(nèi)圈偏心內(nèi)圈點(diǎn)蝕nƒ0nZƒInZƒi±ƒ0nZƒi±ƒc外圈點(diǎn)蝕nZƒ0內(nèi)圈剝落ZƒI外圈剝落Zƒc滾動(dòng)體剝落Zƒb


















表中：Z——滾動(dòng)體數(shù)；ƒ0————轉(zhuǎn)子的工頻（Hz）；ƒI————內(nèi)圈頻率（Hz）；ƒc————外圈頻率（Hz）；ƒb————滾動(dòng)體頻率（Hz）；n——正整數(shù)。
前言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境保護(hù)要求的提高，電力及石油、天然氣等能源供求關(guān)系的變化，近年來(lái)燃油燃?xì)忮仩t使用得越來(lái)越多。而燃油燃?xì)忮仩t房的設(shè)計(jì)關(guān)系到人民生命和國(guó)家財(cái)產(chǎn)的安全，也是能否保證鍋爐正常運(yùn)行的關(guān)鍵。在鍋爐房設(shè)計(jì)中除了鍋爐房的位置、容量等要滿足有關(guān)規(guī)范要求外，其通風(fēng)工程的設(shè)計(jì)也是一個(gè)重要內(nèi)容。但由于現(xiàn)有的規(guī)范和手冊(cè)中涉及通風(fēng)的內(nèi)容不多，也沒有具體的給出設(shè)計(jì)計(jì)算方法，給設(shè)計(jì)帶來(lái)一定的困難。本文就這方面問題，結(jié)合筆者的工程經(jīng)驗(yàn)，作一些分析、計(jì)算和討論，提出自己的觀點(diǎn)，供大家參考。

1　燃油燃?xì)忮仩t房通風(fēng)工程設(shè)計(jì)原則

1.1　根據(jù)《鍋爐房設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50041-92）第13.3.2條規(guī)定：鍋爐間、凝結(jié)水箱間、水泵油泵間等余熱，宜采用有組織的自然通風(fēng)排除，當(dāng)自然通風(fēng)不能滿足要求時(shí)，應(yīng)設(shè)置機(jī)械通風(fēng)。鍋爐房?jī)?nèi)的余熱主要來(lái)自鍋爐本體、汽水管道、煙道、水箱等排熱損失。這就涉及到鍋爐房?jī)?nèi)各房間夏季要保持多少溫度較合適的問題，而溫度的高低決定了采用何種通風(fēng)方式及通風(fēng)量的大小。雖然現(xiàn)在的燃油燃?xì)忮仩t自動(dòng)化程度較高，操作人員大多時(shí)間在設(shè)有空調(diào)的控制室內(nèi)，但其他房間的溫度也不宜太高，所以通風(fēng)量的大小首先應(yīng)從消除余熱來(lái)考慮。

1.2　按照《鍋爐房設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50041-92）第13.3.6至13.3.8條規(guī)定：設(shè)在其它建筑物內(nèi)的燃?xì)忮仩t間應(yīng)有每小時(shí)不少于3次的換氣量，換氣量中不包括鍋爐燃燒用風(fēng)量。燃?xì)庹{(diào)壓間等有操作危險(xiǎn)的房間，應(yīng)有每小時(shí)不少于3次的換氣量，當(dāng)自然通風(fēng)不能滿足要求時(shí)，應(yīng)設(shè)置機(jī)械通風(fēng)裝置，并應(yīng)有每小時(shí)換氣不少于8次的事故通風(fēng)裝置。燃油泵房和貯存閃點(diǎn)小于45℃的易燃油品的地下油庫(kù)，除了用自然通風(fēng)外，燃油泵房應(yīng)有每小時(shí)換氣次數(shù)10次的機(jī)械通風(fēng)裝置，油庫(kù)應(yīng)有每小時(shí)換氣6次的機(jī)械通風(fēng)裝置。以上三條均是為了保證排除各房間內(nèi)空氣中易燃易爆油氣而規(guī)定設(shè)置的最小通風(fēng)量。

1.3　鍋爐間、油泵油箱間、燃?xì)庹{(diào)壓間一般采用水噴霧或氣體滅火工程。如采用氣體滅火裝置，則一旦發(fā)生火災(zāi)，啟動(dòng)滅火工程工作，同時(shí)要關(guān)閉通風(fēng)工程及出入這些房間風(fēng)道上的閥門。確定火熄滅后，再啟動(dòng)通風(fēng)工程，排除殘留氣體，為保證滅火后能從室內(nèi)下部地帶排除殘留廢氣，房間的換氣次數(shù)不少于4次/h，并于房間下部設(shè)置通風(fēng)口。這就從消防方面規(guī)定了通風(fēng)工程風(fēng)量。

1.4　燃油燃?xì)忮仩t運(yùn)行時(shí)，需要有充足的空氣才能保證燃料的充分燃燒。而各種燃料所需的空氣量是不同的，所以要通過(guò)計(jì)算確定所需的通風(fēng)量。

以上是燃油燃?xì)忮仩t房通風(fēng)工程設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的幾個(gè)方面，下面重點(diǎn)討論通風(fēng)量的確定方法。

2 燃油燃?xì)忮仩t房通風(fēng)量的確定

為了敘述的方便，下面以燃油鍋爐房為例，且以 0#柴油為燃料作具體計(jì)算。至于燃?xì)忮仩t房及各種其它燃料，可根據(jù)有關(guān)資料，參照下面的方法類推。

2.1　燃料燃燒空氣需要量和產(chǎn)生的煙氣量

a.空氣需要量：根據(jù)有關(guān)資料，每kg燃料完全燃燒所需要的空氣量為：

　　V=αV0=α(+2)

式中：α——過(guò)量空氣系數(shù)，一般取1.2；

Q——燃料的低位發(fā)熱量，對(duì)0#柴油為42 900kJ/kg；

V0——1kg燃料完全燃燒所需要的理論空氣量。則有：

V0=+2=+2=10.71 (m3/kg)

所以每kg燃料完全燃燒所需要的空氣量為:

Va=1.2V0=1.2×10.71=12.85 (m3/kg)

b.產(chǎn)生煙氣量：每kg燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣量為

Vy=VRO2+V0N2+V0H2O+1.0161(α-1)V0

式中：

　VRO2=0.01866(Cy+0.375Sy)=1.6 (m3/kg)

　V0N2=0.79V0+0.008Ny=8.46 (m3/kg)

　V0H2O=0.111Hy+0.0124Wy+0/0161V0=1.67 (m3/kg)

　（對(duì)0#柴油，Cy=85.6，Sy=0.25，Ny=0.04，Hy=13.5，Wy=0）

則每kg燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣量為:

　　Vy=1.6+8.46+1.67+1.0161×（1.2-1）×10.71

　　=13.906 (m3/kg)

c.以筆者設(shè)計(jì)的某鍋爐房為例，設(shè)置2臺(tái)2t/h的燃油鍋爐，其鍋爐間面積約150m2，層高6m，每臺(tái)鍋爐耗油量為140kg/h。則2臺(tái)鍋爐全部滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)所需要的空氣量為：

Va×140×2=12.85×140×2=3 598 (m3/h)

換氣次數(shù)為4次/h（不考慮不同狀態(tài)下的修正，以下同），所產(chǎn)生的煙氣量為

Vy×140×2=13.906×140×2=3 895 (m3/h)

煙氣量是鍋爐房煙道、煙囪設(shè)計(jì)的依據(jù)。

d .常用燃料燃燒空氣需要量和產(chǎn)生的煙氣量見下表1：


2.2　排除鍋爐房?jī)?nèi)余熱所需的通風(fēng)量

a.鍋爐間內(nèi)余熱計(jì)算

鍋爐間的余熱主要來(lái)自鍋爐本體、汽水管道及煙道等排熱損失。對(duì)于目前普遍使用的進(jìn)口或國(guó)產(chǎn)燃油燃?xì)忮仩t，通過(guò)鍋爐的熱平衡分析，可知其排熱損失約為2%。對(duì)于上述2臺(tái)2t/h的鍋爐房，其余熱量為：

Q= Q×140×2×2%/4.18=42 900×140×2×2%/4.18=57 473(kcal/h)=67 (kW)

b.排除余熱所需要的通風(fēng)量

假如鍋爐房溫度夏季保持在40℃左右，則余熱中一部分通過(guò)房間圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳到室外，其余由通風(fēng)帶走。由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱量經(jīng)過(guò)計(jì)算可知，相對(duì)較小，可忽略不計(jì)，故排除余熱所需通風(fēng)量為：

V=

　　式中：Q —鍋爐房?jī)?nèi)余熱量，由上面計(jì)算可得；

t —室外通風(fēng)計(jì)算溫度，南京地區(qū)為32℃；

ρ 、c —空氣的密度、比熱。

將有關(guān)數(shù)值代入上式，可得

V==23 172 (m3/h)

2.3　經(jīng)過(guò)以上計(jì)算，對(duì)2臺(tái)2t/h的鍋爐房，要保持鍋爐間內(nèi)溫度在40℃以下，則需要約26次/h的通風(fēng)量，而為了保證2臺(tái)鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)燃料的充分燃燒，則需要的空氣量約為4次/h。而目前鍋爐房設(shè)計(jì)中，通風(fēng)量一般只有6~10次/h，送風(fēng)量一般為通風(fēng)量的50%~90%，這樣很難滿足上述要求，所以大多數(shù)鍋爐房?jī)?nèi)溫度較高。尤其是在夏季容量較大的地下鍋爐房，由于無(wú)法進(jìn)行自然通風(fēng)，機(jī)械通風(fēng)量又較小時(shí)，其溫度可達(dá)50℃以上，而且往往燃燒所需的空氣量得不到保證。

3　結(jié)束語(yǔ)

3.1　燃油燃?xì)忮仩t房通風(fēng)工程設(shè)計(jì)時(shí)，首先要計(jì)算排除鍋爐房?jī)?nèi)余熱所需要的通風(fēng)量，再計(jì)算鍋爐燃燒所需要的空氣量。由于燃燒所需要的空氣量是由燃燒器從鍋爐房抽走的，所以在選用鍋爐房送通風(fēng)機(jī)型號(hào)時(shí)送（補(bǔ)）風(fēng)機(jī)的風(fēng)量即為排除余熱所需要的通風(fēng)量，而通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量為上述兩者之差。

3.2 根據(jù)以上送、通風(fēng)量，校核是否滿足有關(guān)規(guī)范要求的排除易燃易爆油氣所需的換氣次數(shù)。

3.3 所有安裝在有易燃易爆危險(xiǎn)房間內(nèi)的通風(fēng)裝置應(yīng)有防爆措施。

3.4 確定送、通風(fēng)量時(shí)還要考慮到對(duì)鍋爐房?jī)?nèi)外空氣壓差的影響，因?yàn)殄仩t房?jī)?nèi)保持正壓或負(fù)壓關(guān)系到燃燒器的調(diào)節(jié)和煙道、煙囪的設(shè)計(jì)。


參考文獻(xiàn)

1 　燃油燃?xì)忮仩t房設(shè)計(jì)手冊(cè)，機(jī)械工業(yè)出版社

2 　鍋爐房設(shè)計(jì)規(guī)范（GB52041-92），中國(guó)計(jì)劃出版社

3 　民用建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)技術(shù)措施，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1996



通風(fēng)除塵
降溫設(shè)備
屋頂排熱風(fēng)機(jī)

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