水泥设备振动的识别与处理

王占光
（焦作坚固水泥有限公司）

0　引言
设备的稳定运行是生产的基础，振动不仅有损设备寿命，其无功消耗也是企业效益的直接损失。规模相同、产能相同的企业，为什么效益不同，这与稳定运行密不可分。所以降低振动，减小无功消耗，意义重大。随着科技的进步，测振元件已广泛应用于水泥行业，对水泥设备的监护和稳定运行起到了积极的作用，也为振动的分析提供了依据。本文通过对振动特征的分析，阐述振动的识别与处理方法，供同行们交流。
1.0 设备振动源的分析
振动的种类很多，形式多样。但对于水泥行业来说，主要是通过对振动特征的分析，找出振源，消除振动的原因，降低振动强度等级，保证设备稳定运行。水泥设备的振动主要来自于设备的支撑、动力的传递、回转体的不平衡、紧固件的松动、零部件的干涉以及系统的扰动等几个方面。
1.1 来自于支撑方面的振动
支撑的振动主要来自于轴承的损坏、设备机座刚度的不足和松动。当轴承的内外套及滚动体出现点蚀剥落时，由于接触面的不光滑，运转时便会产生冲击振动，伴随振动发出的响声连续、闷长且残破，有明显的压溃感，多表现在垂直方向较为剧烈，振动值偏大；若轴承内外套或滚动体断裂，在滚动体通过裂缝瞬间时，产生冲击振动，发出的响声较大，且残破脆短，裂缝的直径方向振动值偏大；若异物卡入轴承内，不但引起振动，还会发出尖叫声， 若异物停留在滚道内形成垫层，滚动体通过该处时产生振动，其发出的响声发闷且有阻力感， 振动表现在垫层的径向偏大，若异物随轴承运转会发出摩擦响声，一旦听到轴承内发出摩擦、尖叫，可能是保持架出了问题；当轴承与轴不同心时，振动表现在轴向较大，响声时轻时重， 但比较规律，主机负载呈现有规律的波动；正常磨损的轴承，若游隙超过了初始游隙的三倍以上，振动值会明显增加，振动方向以垂直方向为主。对于滑动轴承，一般情况下无声无振， 只有在轴与瓦间隙过大时，由于润滑油的涡动，才会产生振动，振动的方向表现在垂直方面， 还有一种情况就是，在回转体轴向定位不好时，回转体的轴向来回串动，磕碰瓦裙产生轴向振动。运转中的滚动轴承或滑动轴承出现以上情况，无论哪一种，其表现的振动值、振动方向，由小到大，再由大到小，都比较规律，峰值稳定，轴承响声也是如此。设备机座刚度不足时，设备颤动量大，易产生左右晃动，振动值不稳定，峰值时大时小，振动方向也不稳定， 有时垂直方向大，有时水平方向大，有时轴向方向大；若机座松动，如轴承盖、地脚、垫铁松动，当其松动的程度还未影响到安装精度时，则多表现在垂直方向振动值增大。
1.2 动力传递过程引起的振动
水泥行业的动力传递以齿轮、皮带、联轴器等为主，振动也由此产生。正常的齿轮传动，啮合响声比较均匀，振动也比较稳定，但在如轴承损坏、齿轮点蚀、断齿、键切断、轴弯曲等情况下，齿轮的重叠系数减小，啮合精度降低，运转中便会产生冲击，振动不可避免， 发出难听的噪音，我厂一台人字齿轮减速机，曾出现断齿事故，断掉部分约占总长度的百分之四十，降低了镍和精度，重叠系数减小，发出周期性的响声和振动，就是根据振动的方向并结合各级速比计算出频率，确定了断齿的部位，验算承载能力后，确定了降负荷的运行方案，一直等到了备件到位，才做了更换。轴承损坏时，齿轮啮合不稳定，撞击声不断，直齿轮振动值水平方向和垂直方向增大，斜齿轮则轴向增大；键切或键松动时，出现不正常啮合， 冲击频次较低，反映到主机表现为转数不稳定，振动方向多表现在垂直方向和水平方向；齿轮出现点蚀，噪音连续、稳定、难听，直齿轮的振动以垂直方向为主，斜齿轮则以轴向为主；断齿时冲击甚重，响声脆短不连续，频率与转速相关，垂直方向振值很大；轴弯时齿轮响声， 时轻时重比较规律，频率与转速一致，振动以水平方向、垂直方向为大。皮带传动中的振动以皮带的松紧、轴承的损坏引起的振动比较典型，皮带过松时，有时吃力大有时吃力小，往往引起振动，造成转速不稳，皮带出现上下抖动，并发出拍打声响，振动方向表现在量皮带轮的连线上；轴承损坏时的表现特征除了以上特征外，也伴随有轴承不正常响声和振动。传动中最为常见、最为突出的振动，来自于联轴器，因为联轴器的安装一般在最后，或是时间紧或是疏忽或是工具不到位，同轴度很难保证，运转起来产生扰动，轴向振动增大，两端设备响声不均，负荷出现波动。
1.3 回转体不平衡引起的振动
运行中的设备，回转体的不平衡，一般由不均匀粘灰、不均匀磨损、轴的弯曲、配重块的松动或脱落等原因引起，但是无论是以上哪一种原因引起的不平衡，其表现特征大致相同，反映在水平方向上的振动特别大，其振动值峰值波动规律、稳定，有明显的周期性，只是轴弯曲后振动值会逐日增大，这是因为轴在振动中运行，会越来越弯；粘灰一般不牢靠， 随着振动有时会脱落，表现出现今日振动，明日或许不振，这很可能是粘灰所致；当支撑回转体的轴承出现跑圈时，由于其间隙过大，定心功能消退，若把回转体的两个支撑和联轴器联系起来看，如同轴弯一样，其不平衡量很大，振动值也特别大，突出反映在水平方向，轴向次之，过一段时间或许好转，停机再开或许不振，但不会长久；由于种种原因，如轴承外套与轴承座配合间隙较大等，回转体的支撑轴承在外力的驱动下，会出现内外套歪斜、轴承外套与轴承座的歪斜，当轴承座刚度不足时还会引起轴承座的歪斜等，其结果是造成轴承游隙固定在某一个方向，运转起来一边费劲，一边轻松，在轴向产生较为强烈的振动，进行振动检测，峰值不稳定，有时大有时小，轴承响声不均匀。
1.4 松动引起的振动
设备的振动与紧固件的松动密切相关，地脚螺栓松动时，对振动的阻尼作用降低，设备出现颠簸，振动参数处于不稳定状态，设备内部紧固件或部件的松动，多伴随有较为异常的响声。若松动引起不平衡，水平方向振动参数增大明显，若松动引起定位失效，发生在轴向， 则轴向振动大，发生在径向，则水平、垂直方向振动增大，若松动引起了干涉，会发生明显的撞击声，振动参数的增大表现在干涉方向。干涉的危害很大，不但引起振动，还会造成设备的撞击，使运转恶化，甚至引起机毁人亡的恶性事故，必须及时处理。常见的轴承座的松动，振动特征表现在垂直方向。
1.5 生产系统不稳定引起设备振动
在水泥行业，生产系统不稳也是设备振动的原因之一。立磨在料床不稳时会产生振动， 振动的方向反映在机架上以垂直为主，水平方向次之，振动的大小取决于料床不稳的的程度；预热器系统的塌料，会造成高温风机叶轮的暂时不平衡，引起水平方向的剧烈振动，垂直方向次之，严重时还会蹩停电机，造成事故；回转窑结蛋时，会对基础造成低频颠簸，窑皮的不均匀垮落会使筒体温度在环向有高有低，进而促使筒体弯曲，影响到传动便产生振动，转到凸出的地方时，齿轮咬根，发出沉闷的根切响声，振动表现在水平方向较大，转到凹进去的地方时，齿轮重叠系数降低，发出响亮的敲击声，振动表现在垂直方向较大，但因为回转窑转速较慢，振动频率较低，所以不易测出，但震感强烈。
1.6    干涉引起的振动
运转部件的干涉发生在运转部件与运转部件之间，也可以发生在运转部件与静止部件之间。如减速机、罗茨风机内部有多个运转部件，一旦内部部件定位失效，运转间隙发生变化， 运转部件之间就会发生碰撞或摩擦干涉，由此产生的振动不可避免，振动的方向与冲击的方向相同。运转部件与静止部件之间，当固有运动空间发生变化，超出了极限范围时，就会引起部件的干涉，使设备产生振动，如窑头窑尾的弯曲，会挂坏窑门罩和窑尾烟室，产生振动；管磨的端盖螺栓退出会碰到基础，产生振动等等。
2.0 设备振动的处理
了解了各设种振动的表现特征，就可以根据经验并借助仪器，初步或较为准确地判断出振动的原因和产生振动的部位，针对设备的结构特点，制定维修方案，进行处理。
2.1 设备支撑方面引起的振动处理
在运行中，发现设备晃动或振动，应检查设备地脚螺栓是否松动，若有松动，必须进行紧固。紧固中若出现紧不紧的情况，则有可能是地脚螺栓断裂或则被拔出，必须对地脚螺栓进行再生根处理；若发现二次灌浆层裂开，垫铁松动，应先将垫铁打紧，再进行紧固，打紧过程须认真观察，避免打过造成机座产生较大变形；紧固中若发现有较硬的冲击出现，且伴随着紧固，振动加剧，应松开该螺栓，逐步紧固其它螺栓，其它螺栓紧固完毕，再紧固该螺栓，紧固前先将机座与设备之间的间隙用铁皮塞实，如在电机的四角紧固中，当螺栓对机座产生压力时停止紧固，用塞尺对电机四角与机座之间的间隙检查，有间隙的必须先垫实，然后紧固，否则，电机在运行中不但产生振动，发出难听的磁场声，还会出现断角事故。例如我厂的煤磨收尘风机电机，在对电机和风机联轴器找正后，紧固电机地脚螺栓，并穿上销子， 盘车时发现阻力不均，轻重不一，开机时轴向振动较大，停机检查联轴器对中情况，偏差较大，经松开电机地脚螺栓检查发现，电机一脚与机座接触不实，后按以上方法处理后，试机运行正常，这是由于电机四角与机座接触部位不符实所致，一旦地脚紧固，便造成电机壳体变形，失去了原来的找正精度，若强制对中，电机气隙便会发生变化，运行时会发出较难听不正常响声。
对于支撑设备回转体的轴承，若出现如前 1、1 所述的响声和振动特征，可以判断轴承已经损坏，必须做维修更换处理，处理期间，轴承的预热要控制在 120 度以内，保证轴承与轴同心，内外套对齐，油脂添加适当，一般情况下，高转数的加油量应控制在油腔的三分之一到二分之一，但不能低于滚动体的下限，低转速的可以加满。检修期间，若发现轴与轴承跑圈，必须进行处理，若跑圈不严重，可在轴承内套与轴之间填充金属胶粘结,我厂的小型轴承多采用该方法，效果良好，但采用胶粘时需先测量轴承内套与轴的间隙，再选择合适的金属粘结剂；对于外套与轴承座之间的跑圈，可加垫片固持；如果轴或轴承座磨损严重，必须进行更换或机加工处理。为了保证设备的精确运行，在此建议高转速轴承当其游隙达到原始游隙的 2 倍时、一般转速轴承游隙达到原始游隙的 3 倍时、低转速轴承游隙达到原始游隙的 5 倍时，在检修时应当予以更换，我厂基本采用这项原则，既保证设备有效运转，也不浪费，也因该项内容获得中国设备管理学会二等创新奖。对于滑动轴承，当瓦与轴的间隙大于原配合间隙的 3 倍时，应通过调节两瓦口的结合面的高低，即降低瓦口的中心高，缩小间隙，但 180 度或 120 度的如窑磨大瓦不在该建议范围。
2.2 传动引起的振动的处理
传动引起的振动形式较多，齿轮箱内产生的冲击振动，首先要根据振动的方向、冲击的响声，进行一一的分析，判断产生振动的原因。轴承损坏产生的振动和响声频率较高，振动的方向和响声显得杂乱，振动参数也不稳定，峰值不均，再者，损坏的轴承一般都有较大的压溃、破裂响声，损坏的轴承处振动较大，未损坏的轴承处只能听到传过来的响声，相对较弱。若遇到此类情况，可根据响声的轻重，振动的大小，判断轴承损坏的形式，找出损坏的轴承，并进行如前 2、1 所述的方法做更换处理。若齿轮箱内发出的响声节奏明显，规律性强，与某级转速同步，振动峰值稳定并与转速同步，可以判定某级齿轮可能已经出现了以下故障，如齿面点蚀、断齿或局部断裂、齿轮轴弯曲、齿面变形、齿面沾有异物等，若齿轮啮合钢音不连续，应属齿面点蚀，可对点蚀面进行修研，增加润滑油的粘度维持运转，待检修时处理；若冲击噪声很大，很难听到啮合钢音，振动强烈，应属断齿或局部断裂，还有就是齿面沾有异物或齿轮轴弯曲严重，必须停机做换轴、换齿轮处理，若是轮齿变形或齿面沾有异物，清除异物或进行齿形修正即可；我厂煤磨减速机曾出现过齿轮断角故障，断角碎屑又遭到齿轮挤压，不但造成轮齿齿向变形，还使齿面出现麻坑，引起振动和不均匀啮合声， 经齿向研磨和齿面打磨后，再把润滑油的粘度提高了一个档次，振动值恢复了正常，噪音也大为降低。
若齿轮箱内冲击较大转速不稳，甚至没有输出，多属齿轮与轴之间的键松动、键被切之类的故障，重新配键即可，处理期间须注意，因平键靠侧面传递动力，所以侧面配合应当紧密，钩头键靠摩擦力传递动力，所以顶面必须打紧，使轴与孔产生足够的摩擦力，否则运行不稳，我厂有一台边缘传动的管磨机的小齿轮，就是采用钩头键与轴联接，就曾出现过该类故障。开式齿轮传动的振动特征与齿轮箱基本相同，如大窑的弯曲就与轴的弯曲产生的结果一样，只是开式齿轮的中心距易于调整，以此可以消除振动，改善齿面接触精度。另外， 在齿轮传动的安装或维修过程中，应使齿面中部接触，避免两端齿面接触过硬，不然齿轮易挂角打齿，开式齿轮在安装或维修过程中要考虑弥补运转中大小齿轮中心距的变化，如窑在热态时，由于轮带的热涨而使中心距扩大，使齿轮的啮合精度下降，造成磨损过快等的不利影响。
皮带传动中引起的振动，除了轴承、机架松动影响外，皮带的松紧对设备的振动影响 较大，特别是在皮带的松紧与振动密切相关，所以当发现皮带跳动，检查若无其他问题时， 可以直接对皮带进行张紧，消除振动。皮带的张紧程度以皮带跳动小于 5mm 或看不到皮带跳动为准，但不可过紧，否则会造成轴承发热，当发现运行轴承温升大于 40 度，说明皮带紧过了，若小于 40 度，且运行稳定，说明松紧合适。不过皮带在运行中有不断延伸的特性， 所以在运行中要常检查，发现松动及时张紧，否则会影响皮带正常功能的发挥。
联轴器是动力与负载联系的桥梁，它引起的振动主要反映在轴向，所以当检测到联轴器两侧的设备产生轴向振动，设备其它部分又正常，一般就可认为是联轴器对中出了问题，重新对联轴器找正即可，在此提醒注意，不能靠松紧某个地脚螺栓进行，这样会造成机座变形， 对主机形成伤害。找正过程，一定要按标准进行，保证两联轴器的径向位移和角位移在标准的允许范围之内，或在说明书要求的范围之内，在联轴器的回装过程中，还要注意使柱孔与穿销配合应适中，可松不可紧，以销子较为轻松穿过柱孔为宜，不然在穿销过程中，会使两端设备的轴承滚动体脱离正确的滚道，单边轴向呈无游隙状态，运行中产生摩擦而发热，损害轴承，例如某厂的多级离心水泵，就是没有注意类似问题，结果造成轴承发热，最后改变了联轴器的穿销方法，在紧固销子之前，先在联轴器的轴向间隙内夹了一个厚度适中的铁块， 保证在紧固销子时，两侧轴承不受影响，从而解决了问题。
2.3 不平衡引起振动的处理
设备中的回转体一般在设计过程中都做过极限转速的校核，以避免工作转速与回转体  的固有频率的倍数重叠引起共振，为避免不平衡引起的振动，也对回转体的平衡精度做出要求，所以该文所述的不平衡，是指设备在工作过程中，因遭到不均匀磨损、不均匀沾灰以及轴发生弯曲等情况下而产生的不平衡。此类不平衡产生的振动以水平方向为主，垂直方向次之，振动从高到低，再由低到高比较规律，峰值稳定，处理方法如下，停机检查，若发现回转体上有沾灰现象，把沾灰清理干净即可消除振动,；若发现有不均匀磨损或轴弯，需要修 补磨损部位，再做动平衡试验，根据测出的残余不平衡量及方位，适当配重即可解决问题。我厂高温风机在一段时间内，多次出现水平方向的振动，经检查为叶片上存在不均匀粘灰， 一清就好，开机时间不长又粘灰振动，后调整了配料方案，减少了铁的含量，才解决了粘灰问题，消除了粘灰振动。另外若在盘车时，发现回转体停止的部位总在一个固定的位置，说明不平衡较大，必须做不平衡试验进行校正；再者，若发现水平真振动值超过允许值的两倍或两倍以上，也必须进行再平衡校验。回转体在安装或维修回装过程中，要考虑设备的运行工况，如高温风机、循环风机、余风风机、管磨机等设备，工作温度很高，会产生热胀冷缩， 所以必须给自由端的轴承留有足够的伸缩串动空间，同时保证轴承与轴承座接触面相对光  滑，避免因热涨轴承串动时阻力过大，内外套错位，滚动体脱离正确滚道，形成偏载，使轴承发热而遭到损坏，此类故障若不能及时发现，会造成轴与轴承跑圈，损坏轴承，使轴遭到磨损，磨损较多时，叶轮的回转中心不稳定，产生如同不平衡一样的水平振动，不同的是， 轴承轴承运行响声消失，振动峰值不稳定；如果振动产生在轴向，说明轴承座刚度不足、轴承外套与轴承座配合间隙过大，在外力作用下轴承座、轴承内外套出现了歪斜，影响了联轴器的对中精度，此类故障表现为轴向振动峰值不稳，轴承失去正常响声，温度偏高，应对轴承与轴承座的配合精度、轴承座的刚度进行处理。我厂的高温风机曾出现过类似问题，就是自由端轴承座内孔地面出现了压痕，由于轴不能自由伸长，导致轴承发热，一度造成固定端轴承发热，产生轴承内圈与轴相对转动，把轴磨细，使轴承失去了定心作用，从而产生水平方向的振动，表现的形式为有时振动，有时不振动，振动往往在负荷调整后，也听不到轴承滚动体的转动响声，多次做平衡校验，也未能消除振动，后经打磨轴承座，才解决了问题。不过回转体的零部件及配重块的松动脱落，也会使设备产生不平衡振动，表现为振动不稳定， 伴随有松动磕碰声，如齿轮箱中零部件的松动、风机叶轮上挂有异物等，此类响声在开停机过程中表现更为突出，处理方法是对零部件复位紧固、去掉异物。
2.4 松动引起振动的处理
松动引起的振动因松动部位的不同，表现特征不同，以垂直方向为特征的振动，一般是固定螺栓拉长、退扣等原因引起，适当紧固即可，如轴承座的合口螺栓松动，还有单机设备的地脚螺栓松动等，紧固一下就可以了，若发现轴承游隙增大较多，可以对轴承做更换处理；以轴向振动为特征的振动，多属地脚螺栓松动引起的相互联系的设备对中超差所致，应当停机找正并对松动部位紧固，如联轴器等；还有以水平方向为特征的振动，它是松动后引起了回转体的不平衡，应照原位恢复紧固松动部件，若恢复困难，要在紧固后进行动平衡试验，消除不平衡量，特别是回转体的配重块；还有齿轮的径向力产生的水平振动，这可根据前述齿轮传动引起振动的特征，一一分析，查出原因，并按前述方法进行处理，如边缘传动的管磨机小齿轮地脚就会出现类似情况。
2.5 生产系统造成设备振动的处理
生产系统故障能使设备产生剧烈振动，在水泥行业以高温风机和立磨比较典型。当系统塌料时，往往引起高温风机的水平振动，其处理方法就是要稳定系统，使风料比适中，防止气料在非分离区内分离沉积导致在一定条件下时塌料，其二是消除死角，使物料无处沉积， 实现分散排出；此类事故在水泥行业不乏其例，我厂在相当一段时间内就经常出现类似故障， 并使系统跳停，影响生产，按以上方法处理后才得到缓解。立磨的振动反映在料床不稳的时候最多，所以操作时可以通过稳定来料、稳定粒度、物料增湿、清除坚硬异物、实时调节磨内压差等措施稳定料床，减小振动，通过调节辊压、调节储能器压力等措施缓解振动；我厂曾出现过因通风不足，引起磨内被带起的物料突然塌下，造成料床不稳而振动，还发现砂岩中含有较多铁块而振动。回转窑因筒温不均弯曲后，易挂窑头窑尾、使大小齿轮产生振动， 其根本办法就是稳定系统，补挂脱落的窑皮，促使筒温在环向基本一致，尽快使窑伸直。
2.6 相互干涉产生振动的处理
相互干涉引起的振动，有的在设备内部，有的在设备外部，有的在运转部件之间，有的在运转部件与静止部件之间。设备内部运转部件多的，若相互定位失效，运转空间就会发生变化，会造成碰撞干涉，引起振动，如罗茨风机转子、减速箱的齿轮等，因定位失效会出现擦壳、转子碰撞现象，应及时对其修理，对错位部件进行复位；对于机壳和零部件变形引起的干涉，应及时去除干涉部位，例如风机进风口与叶轮的摩擦时，应当修理进风口，消除其对叶轮的干涉。无壳体设备或部件与相邻物件的干涉，如管磨机的端盖螺栓松动退出，会干涉基础而振动，联轴器的销子退出会碰撞轴承座产生振动等，应及时对螺栓、销子复位，使其运行在允许的空间内。
3.0 结束语
设备的振动危害极大，不宜超过允许值的 1.5 倍，超过 2 倍必须处理，否则若控制不好，就会造成恶性事故，要慎重对待。对于的振动来说，当前的分析方法和测试的手段已经相当先进，但在水泥行业尚未普及，望该文能对设备管理者起到抛砖引玉的作用；同时提醒读者，设备的振动识别与处理，是一项比较复杂的工作，需要一定的综合分析与判断能力， 还要了解设备零部件的受力方向，以及经验的积累，遇到问题应冷静分析，找出症结，方可处理；再者由于笔者水平有限，阅历不深，文中不足之处，敬请批评指正。

（来源：智慧水泥）