离心风机故障诊断与降噪技术研究进展

杨鹏(青海盐湖镁业有限公司，青海 格尔木 816099)

0 引言

离心风机是金属冶炼行业中重要的流体传输设备，一般对其运行参数的监测包括：流量、压力、振动等，利用这些监测指标只能简单得地反馈设备的运行状态，并不能提供设备故障的诊断信息。因此，探究离心风机故障诊断技术对迅速定位风机故障部位、提高设备的运行效率具有重要的工程实际意义。

随着人们对安全生产理念和职业健康的深入理解，离心风机机组产生的气动性噪声逐渐受到普遍关注。当前对降噪离心风机的研发还处于实验室研究阶段，其研发的周期较长，对设计人员的经验要求较高，并用于工程实际时受众多因素影响。离心风机噪声是流体振动和流体与部件之间的摩擦造成，如何降低离心风机的工作噪声，改善风机的操作环境，降低部件之间的摩擦损失需要大量的研究工作。

针对离心风机故障的诊断与降噪的实际需要，对现有文献进行总结，综述了离心风机的故障诊断的技术、噪音的预测与控制技术，为离心风机的安全稳定运行提供参考。

1 离心风机故障诊断

离心风机是金属冶炼行业中的基础设备，它可以用于一次送风和二次冷却送风、烟气除尘抽风、离心压缩送风等，具有风机故障中的共性，如滚动轴承、轴瓦、地脚等部件松动摩擦与刚度不足引起的故障，部件离心引起的转子动不平衡和对中不良的故障。其中，离心风机故障以转子动不平衡振动为主，约占所有故障总数的40%[1]。而转子动不平衡的原因是金属材料腐蚀导致的缺陷、转子本身结构设计和制造的不合理、安装误差导致转子质心偏离风机轴承等。

离心风机故障诊断分为三个部分：(1)采用高灵敏度传感器对风机各参数指标进行采集。许峰[2]就采用压电式与磁感应式等两种方式耦合的传感器用于风机参数的采集，大幅度提高了故障监测的灵明度。(2)利用计算机数据处理与分析技术进行编码与信号提取。潘作为[3,4]等通过小波降噪与时频分析对轴承摩擦故障响应数据进行计算，采用该分析方法提高了数据计算的可靠性。(3)根据故障特征进行数据模拟与计算，定位可能的故障部位。Hurault[5]等研究结果表明，风机外壳与转子振动会引起转子动不平衡，并采用雷诺应力三维模型对转子振动响应数据进行模拟，消除噪声与其他响应信号对故障的位置定位的干扰。离心风机故障的迅速解决取决于以上三个步骤的共同作用。例如，史庆余[6]等对低速运转下的离心风机出现振动爬升的现象进行了研究，并对风机轴承在运转全过程的振动响应进行了分析。根据风机轴承振动的变化并结合时域特征分析，发现风机轴承的振动是转子与定子碰撞与摩擦造成。同时调整密封间隙后，机组运行情况大大改善。袁博[7]针对离心风机运行过程的振动图谱数据，经过气流流量与压力性能曲线的计算与分析，认为气流激励会引起机组异常振动，气流气流激励诱发振动的故障频率在0.5～0.8倍频区间。周云龙[8]等采用模态分解(EMD)对联轴器振动响应进行分析，建立自回归(AR)模型。结果表明，离心风机轴承不对中的故障频率以2倍频为主。

综上所述，离心风机故障诊断的可靠性取决于数据采集方式的可靠性、数据算法与模型建立的准确性，由于离心风机的各参数指标的关联性、计算的复杂性，以及如何采用云计算等智慧方法快速定位风机故障部位仍然是研究的热点。

2 离心风机降噪技术

离心风机叶轮在输送流体过程中，会导致流体无规律的振动产生噪声。目前对离心风机噪声的控制主要是通过改变风机的蜗壳结构与进口位置避免声源的产生或者安装消声器等方法对声能进行吸收。

2.1 噪声源预测

研究者通过对风机噪声产生机理的探究，发现离心风机的噪声是由偶极子气动噪声源振动产生。通过消除风机噪声源可以从源头杜绝噪声的产生，因此如何预测风机噪声源研究者们亟待解决的问题。而对离心风机噪声源的预测是通过以下途径进行的，首先根据金属冶炼行业实际工矿，采用fluent 等模拟计算软件对离心风机内部流场的定常数值与非定常数值进行计算与建模，并仿真偶极子声源，对原始风机的结构进行改造，验证噪声源的位置[9]。

2.2 降噪技术

离心风机降噪技术主要分为主动降噪与被动降噪，主动降噪是从源头降低噪声。刘绍辉[10]等就通过对风机内部加装防涡圈和入口加装仿真导流板，降低了风机内部流场湍流度，使噪声升压分别降低了0.7dB 和2dB。而被动降噪是指在传播过程中吸收风机产生的噪声，一般采用吸声材料的多孔性消除风机噪声，如采用多孔玻璃纤维吸音板可以使噪声降低约1dB[10]。也可使两种降噪方式结合，如朱志能[11]等结果表明离心风机的气动噪声源来源于蜗壳，在蜗壳内壁增加穿孔板和隔音棉等手段能够有效降低风机的噪声。王广夫[12]等采用阻性消声器与吸声材料大幅度地降低了理性风机的噪声污染。闫苗苗等[13]对7种风机降噪方案进行验证，结果表明，隔声罩的降噪效果优于消声器，隔声罩与消声器共同用于风机，噪声峰值降低到58dB。并且吸声材料采用双层结构并且表面加装阻尼后，降噪效果明显提高。尽管对金属冶炼行业离心风机的主要噪声源的研究较少，隔声罩可能影响风机的散热，采用消声器和吸声材料共同控制噪声不乏为有效降噪手段。

3 结语

目前，研究者对离心风机故障诊断技术的探究主要关注在排除其他响应的干扰，提高故障振动响应的数据模拟与计算可靠性的难点方面。噪声源预测过程中，风机内部流场可靠性模型的建立，主动降噪与被动降噪的兼容降噪方式探究仍然需要大量的研究工作。