對一個頻譜分析的工作人員來說,第一時間要解釋頻譜圖上的每一個頻率有時候是困難的,因為自己沒碰過、或沒有人討論過、或訓練教材沒提過。透過多次比對、與他人討論、檢討機械構造、檢討機械系統慢慢地會有收穫。
迴轉失速(Rotating Stall)
一送風車風量為1530 m3/min 風壓為420 mmAq,馬力為260 HP*4P如(圖1)。風車入口前有一調節風門來控制送風量,在例行的振動量測中偶而會發現0.6倍頻具有高振動如(圖2),時而卻又正常如(圖3)。起初懷疑是風車吸入口調節風門葉片的自然頻率被激發,也懷疑過風車底部橡膠避振器的自然頻率被激發,事後都證實並非如此。而後廠方為了節能將馬達改為變頻控制,操作頻率約落在50Hz左右,風車轉速降低而入口風門全開,但是這問題依然存在如(圖4)及(圖5)。回顧所有量測記錄發現這0.6倍頻的振動時而發生時而消失,再檢討系統流程圖我們懷疑被燃燒物堆積不平均,有時堆積比較薄風車風壓足以穿透被燃燒物,有時過厚導致風壓提高。於是我們在空氣預熱器的前後增設風壓錶來確認,在堆積比較厚的時候測得風車出入口的風壓各為330 mmAq及負50mmAq總壓為380 mmAq,此時風車上的振動可測得0.6倍頻的振動。又在堆積比較薄的時候測得風車出入口的風壓各為240mmAq及負50 mmAq總壓為290 mmAq,此時風車上的振動0.6倍頻的振動不存在。利用停機機會做一個實驗,將空氣預熱器前的人孔打開讓部分空氣排出(風車出口風壓降低為160 mmAq),此時風車上0.6倍頻的振動消失如(圖6)。離心式風車0.6倍頻的振動即所謂的迴轉失速(Rotating Stall),發生於當風車實際風壓高於風車性能風壓。在系統流程(圖7)中燃燒室須要1000m3/min的風量並須要240 mmAq來穿透被燃燒物,此案例中風車全速60Hz時靜壓為420 mmAq,當在50Hz時依輪機相似定律計算風壓為290 mmAq,實測風車入口負壓60 mmAq及風車出口330 mmAq,風車實際風壓達390 mmAq遠大於290 mmAq。以本風車系統而言要讓被燃燒物堆積保持相同的厚度在實務上有困難,比較容易做的是更換風車葉輪,馬達及風車外殼軸心等留用,依現有操作條件其系統需要1000m3/min(在50Hz)。將風車規格變更為風量為1200 m3/min 風壓為535 mmAq(在60Hz),當風車運轉於50Hz時其風量為1000m3/min風壓為372 mmAq,稍調整轉速當可滿足其操作條件並避免迴轉失速發生。迴轉失速的振動通常發生於0.6~0.8倍頻。
類似的一台風車於出口設有風門,當風門全關時主要振動為轉速的0.773倍具有高振,又當風門打開後這0.773倍頻的振動消失了如(圖8)及(圖9)。
齒輪減速機入力軸轉速伴隨出力軸轉速的旁波
攪拌機以四段齒輪減速機驅動,減速機速比為1/179。減速機出力軸以剛性聯軸器聯結攪拌軸,在連軸器上方設有軸封而軸封內有一軸承如(圖10)。(圖11)減速機入力軸轉速為29.9Hz,(圖12)在出力軸以高解析度量測的頻譜,顯示入力軸轉速為29.84Hz,入力軸轉速並伴隨出力軸轉速(0.1667Hz)的旁波,這種頻譜特性在齒輪診斷要領裡未曾見過。從(圖13)的時間波形可發現出力軸每一迴轉產生一個調幅(盡管不是那麼完美的調幅),(圖14)將時間波形展開可發現主要振動是入力軸的轉速頻率,而不是齒輪嚙合頻率。以百分錶量測減速機出力軸的偏擺度,實測結果為0.16mm。這就是出力軸偏擺造成出力軸大齒輪偏心運轉所產生的振動。
另一攪拌機以兩段齒輪減速機驅動,第一段為正齒輪組(32T/71T),第二段為傘齒輪組(15T/62T),減速機出力軸上部以剛性聯軸器將出力軸向上延伸並增設軸承,出力軸下部也以剛性聯軸器將出力軸向下延伸到攪拌桶並增設軸承及軸封如(圖15)。也就是說在減速機出力軸及其延伸軸上共有4個軸承,在機械設計上這不是一個好的設計,首先三根軸以兩對剛性聯結很難連成一直線,其次4個軸承箱很難在一直線上。在(圖16)及(圖17)減速機出力軸轉速的9.17倍頻伴隨其諧振且各主振伴隨轉速的旁波,這像極了出力軸軸承內環的損壞頻率,事實上出力軸的9.17倍頻其實就是入力軸的一倍頻如(圖18)。以百分錶量測減速機出力軸的偏擺度,實測結果為0.14mm。這也是出力軸偏擺造成出力軸大齒輪偏心運轉所產生的振動。
擺線齒輪減速機(賽驅樂)損壞的振動特性
擺線齒輪減速機減速比大體積小是其特點,廣泛應用於各種設備的驅動,坊間幾乎不見討論它損壞的振動特性。它通常由五大部分組成:入力軸,偏心軸承,擺線齒盤,環齒輪,出力軸如(圖19),(圖20)為馬達直結驅動的構造圖。它的減速比為:i=(NR-NC)/NC,其中NR為環齒輪的齒數,NC為擺線齒盤的齒數,通常環齒輪齒數比擺線齒盤齒數多1齒,例如銘牌上的減速比為1/43,那它的擺線齒盤齒數就會是43齒,而環齒輪齒數就會是44齒。
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