风机振动故障与喘振现象详解及预防措施

造成除尘上部震动的原因

通常情况下,我们通过设备振动或其他状态信息来初步判断风机振动故障,不一定需要昂贵的仪器,普通的测振仪和自制听针就足够了。
我们可以通过听、看、摸、闻等方法,对风机振动故障进行初步诊断。
1 .轴承座振动1 .1 转子质量不平衡引起的振动在风机轴承振动中,转子质量不平衡是常见的原因。
转子质量不平衡可能由以下因素引起:叶轮磨损(尤其是叶片)、叶片表面积灰或附着物(如铁锈)、机翼中空叶片或其他部位空腔粘灰、主轴局部高温导致轴弯曲、叶轮检修后未找平衡、叶轮强度不足导致开裂或变形、叶轮上零件松动或连接件不紧固等。
转子质量不平衡引起的振动特征如下:①水平方向振动最大,轴向振动很小,且承力轴承处振动大于推力轴承处;②振幅随转速升高而增大;③振动频率与转速频率相同;④振动稳定性好,对负荷变化不敏感;⑤空心叶片内部粘灰或个别零件未焊牢而位移时,相位角值不稳定,振动频率为3 0%~5 0%工作转速。
1 .2 动静部分之间碰摩引起的振动例如集流器出口与叶轮进口碰摩、叶轮与机壳碰摩、主轴与密封装置之间碰摩等。
这种振动的特征是振动不稳定,振动是自激振动与转速无关,摩擦严重时会发生反向涡动。
1 .3 滚动轴承异常引起的振动1 .3 .1 轴承装配不良的振动如果轴颈或轴肩台加工不良、轴颈弯曲、轴承安装倾斜、轴承内圈装配后与轴心线不重合,或者滚动轴承的固定圆螺母松动,都会产生振动。
其振动特征为:振动值以轴向为最大,振动频率与旋转频率相同。
1 .3 .2 滚动轴承表面损坏的振动滚动轴承由于制造质量差、润滑不良、异物进入、与轴承箱的间隙不合标准等原因,会出现磨损、锈蚀、脱皮剥落、碎裂等损坏,导致滚珠相互撞击产生高频冲击振动,传给轴承座。
这种振动稳定性差,与负荷无关,振幅在水平、垂直、轴向三个方向均有可能最大。
精密诊断需要借助频谱分析,以准确判断轴承损坏的位置和程度。
表1 列出了滚动轴承异常现象的检测,可以看出各种缺陷所对应的异常现象中,振动是最普遍的现象。
抓住振动监测就可以判断出绝大多数故障,再辅以声音、温度、磨耗金属的监测,以及定期测定轴承间隙,就可在早期预查出滚动轴承的一切缺陷。
1 .4 轴承座基础刚度不够引起的振动基础灌浆不良、地脚螺栓松动、垫片松动、机座连接不牢固,都会引起剧烈的强迫共振现象。
这种振动的特征为:有问题的地脚螺栓处的轴承座振动最大,且以径向分量最大;振动频率为转速的1 、3 、5 、7 等奇数倍频率组合,其中3 倍的分量值最高。
1 .5 联轴器异常引起的振动联轴器安装不正、风机和电机轴不同心、风机与电机轴在找正时未考虑运行时轴向位移的补偿量,都会引起风机、电机振动。
其振动特征为:振动为不定性的,随负荷变化剧烈,空转时轻,满载时大,振动稳定性较好;轴心偏差越大,振动越大;电机单独运行,振动消失;如果径向振动大,则为两轴心线平行,轴向振动大,则为两轴心线相交。
2 .转子的临界转速引起的振动当转子的转速逐渐增加并接近风机转子的固有振动频率时,风机就会猛烈地振动起来,转速低于或高于这一转速时,就能平稳地工作。
例如:改造后的风机,由于叶轮太重,使风机轴系的临界转速下降到风机工作转速附近,引起共振;基础刚度不足,重量不够,其固有频率接近旋转频率;风机周围的其他物件、管道、构筑物的共振;调节门执行机构传动杆的共振。
其振动特征为:该物件共振处的相对振动最大;振动频率与旋转频率相同或接近。

喘振的定义

压缩机、通风机、离心式风机等流体机械设备在运行过程中可能会遇到一种叫做喘振的状况。
当设备流量降低到某个阈值时,会出现周期性的波动,伴随着强烈的振动和噪音。
喘振本质上是由于流量或压力降低导致叶片或转子流量不稳定,进而引发的机械振荡。
严重时,喘振可能对设备的安全运行造成重大影响,甚至导致设备损坏。

压缩机是喘振现象较为常见的设备之一。
当压缩机的气流压力管道出现较大的压力波动时,会导致输出压力迅速下降,进而引发喘振。
特别是在流量减少到一定程度时,气体流动的不稳定性会引起压缩机内部气体压力和温度的急剧变化,进而引发喘振。
此时,设备会产生更加强烈的噪音和震动。

离心式风机也可能发生喘振现象。
管道中流量的变化、风机叶片出口角度的变化以及流量与压力的不匹配等因素都可能导致喘振的发生。
这种机械振荡现象不仅会产生噪音和振动,还可能对设备的运行安全构成威胁。

因此,对喘振的监测和预防在设备运行过程中显得尤为重要。
总而言之,喘振是压缩机和通风机等设备在运行时遇到的一种流体机械故障现象。
当流量减小到一定程度时,会产生周期性的波动,引发强烈的振动和噪音。
喘振不仅影响设备的正常运行和使用寿命,还可能对人员和环境造成安全隐患。
因此,了解并预防喘振现象的发生对使用这些设备的场所来说至关重要。

风力发电机组常见故障

2 . 风力发电机组故障分析 风电机组故障主要分为三大类:首先是双馈式变桨变速机型,这是市场上普遍采用的型号;其次是直驱永磁式变桨变速机型,这类机型近年来兴起,被视为风电发展的未来趋势;最后是失速定桨定速机型,虽然不是主流,但维护简便。
发电机作为风电机组的关键部件,负责将机械能转化为电能,为电气系统提供动力。
随着风力机容量的提升,发电机的体积也在增大,这给发电机的密封保护带来了挑战。
发电机在多变的工作环境和电磁场中长时间运行,容易发生故障,常见的故障包括振动过大、过热、轴承过热、线圈短路、转子断条和绝缘损坏等。
统计数据显示,在所有发电机故障中,轴承故障占比4 0%,定子故障占比3 8 %,转子故障占比1 0%,其他故障占比1 2 %。
针对发电机的故障特点,诊断方法通常基于转子/定子电流信号、电压信号和输出功率信号等状态检测手段。
POPA等人通过分析定子电流和转子电流信号的时域特性,获取幅值信息,再通过FFT分析电流信号的谐波分量,从而识别发电机的三种模拟故障。
WATSON等人利用连续小波变换对输出功率信号进行分析,识别出发电机的转子偏心故障和轴承故障。
DJUROVIC等人研究了稳态下短时傅里叶变换在发电机定子开环故障中的应用,发现基于定子电流和瞬时功率的诊断方法均能有效识别故障,但瞬时功率信号中包含更多故障信息。
转子偏心现象通常表明轴承磨损或其他故障隐患。
检测转子偏心故障的方法基于输出电流、电压、功率等信号。
MOHANTY等人针对多级齿轮箱,通过解调异步发电机的电流信号来诊断齿轮箱故障。
BENNOLrNA等人在变转速下建立了双馈式异步发电机的线性与非线性数学模型,利用故障特征分析法检测转子偏心故障,但此方法仅能判断故障类型,无法准确定位故障源。
YANG提出了基于转矩和主轴转速的判断准则,以消除变转速的影响。
通过模拟定子绕组线圈的短路,对发电机定子绕组电流/功率信号进行处理,使用离散小波去除噪声,连续小波提取特征频率,有效识别故障。

3 . 风力发电机组叶片故障 风力发电机组在野外恶劣环境下运行,且多为无人值守,因此对其运行状态的监测至关重要。
由于环境因素,机体部件故障率较高,叶片作为主要部件之一,其故障监测尤为必要。
叶片故障如不及时处理,可能导致断裂,轻则停机,重则烧毁机组,影响供电,造成损失。
叶片故障类型包括裂纹、凹痕和破损等,振动形式主要有摆振、挥舞振动、扭转振动和复合振动。
叶片故障信息通常通过现场监测的震动信号反映。
在风力发电机组故障中,突变信号和非平稳信号常伴随故障出现。
理论上,叶片裂纹时,振动信号中会有强烈的高频冲击波,这些故障信号可能存在于任意频段。
故障诊断常用时域和频域分析方法,小波分解方法则能快速定位时域和频域中的信号,适合非平稳信号的故障诊断。

4 . 轴承故障检测 风电机组主要部件可靠性研究表明,电气和控制系统故障率最高,传动系统如齿轮箱、主轴承等故障率相对较低。
但机械传动系统的状态监测和预警维护更为重要。
轴承作为旋转机械的关键部件,对机械传动系统的故障诊断和运行维护至关重要。
风力发电机轴承主要分为四类:变桨轴承、偏航轴承、传动系统轴承和发电机轴承。
基于SCADA、振动分析、润滑油检测、声音和红外图像等方法进行轴承运行状态监测与故障识别。
SCADA方法利用机组已有数据,无需额外传感器。
振动分析方法在高速轴承中应用广泛,但在低速轴承中效果受限于低频滤波和环境噪声。
润滑油液分析方法则关注润滑不良引起的故障。

5 . 风力系统变频器故障分析 变频器故障种类繁多,包括与预期结果不符、动作不正确、过电流、过电压和电压不足等。
变频器过电压故障会导致滤波电容器寿命缩短,由电源侧冲击过电压引起。
过电流故障由负载突然变化、负载不均匀分布和短路等引起。
整流回路故障导致电压不足。
低压穿越电网时,变频器也可能产生故障。