離心通風(fēng)機振動超標(biāo)的原因分析及解決措施

李林峰，劉 兵

（中國化學(xué)工程第七建設(shè)有限公司，四川成都 610100）

0 引言

在工業(yè)生產(chǎn)中，離心通風(fēng)機的應(yīng)用廣泛，且在不同生產(chǎn)活動中功能也略有差異，例如：在礦井、隧道內(nèi)，可以通風(fēng)、排塵；在鍋爐、爐窯中，可以通風(fēng)、引風(fēng)；在電氣設(shè)備中，可以散熱、冷卻；在谷物加工中，可以選送、烘干。離心通風(fēng)機在運行過程中，常見的故障是振動超標(biāo)，不僅發(fā)生率高，而且故障原因難以判斷，嚴(yán)重時會導(dǎo)致整個生產(chǎn)線停止。下面結(jié)合實踐，探討離心通風(fēng)機振動超標(biāo)的原因和解決方法。

1 離心通風(fēng)機的構(gòu)造和工作原理

離心通風(fēng)機主要由以下四部分構(gòu)成：①機殼，材料選用鋼板，有整體式、半開式之分；②葉輪，包括前盤、后盤、葉片組成；③轉(zhuǎn)子，通過靜平衡和動平衡，實現(xiàn)穩(wěn)定轉(zhuǎn)動，保證良好性能；④傳動部件，包括主軸、軸承箱、滾動軸承、聯(lián)軸器等。在實際應(yīng)用中，離心通風(fēng)機的降溫、降水效果好，通風(fēng)時間短；缺點則是能耗高，容易出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象；適用于以降水為目標(biāo)的通風(fēng)工作。

離心通風(fēng)機的工作原理是將動能轉(zhuǎn)化為勢能，葉輪高速旋轉(zhuǎn)時，氣體加速和減速會產(chǎn)生壓力。以單級離心風(fēng)機為例，氣體進入葉輪后，方向從軸向轉(zhuǎn)變?yōu)閺较?；進入擴壓器后，能改變氣流方向。隨著管道斷面增大，氣流速度減緩，就能轉(zhuǎn)化為壓力能。如果使用多級離心風(fēng)機，回流器可促使氣流進入下一個葉輪，形成更高的壓力。

2 離心通風(fēng)機振動超標(biāo)的原因

2.1 機械原因。

（1）轉(zhuǎn)子不平衡。轉(zhuǎn)子零部件缺損或質(zhì)量分布不均勻，就會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不平衡現(xiàn)象。轉(zhuǎn)子在高速運轉(zhuǎn)時，產(chǎn)生的離心力、力矩較大，如果超過自身承受范圍，就會造成振動。振動原因主要有：①設(shè)計制造因素，如轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，導(dǎo)致應(yīng)力集中、轉(zhuǎn)子變形；在潮濕、雨雪天氣的影響下，異物粘在葉輪上，也會改變轉(zhuǎn)子質(zhì)心；材料加工時，熱處理不當(dāng)可能出現(xiàn)彎曲、腐蝕、變形等問題，也會破壞轉(zhuǎn)子的動平衡。②安裝因素。轉(zhuǎn)子是高速運轉(zhuǎn)的部件，對零件的安裝質(zhì)量要求高，如果安裝次序不對、安裝不夠嚴(yán)格，就可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效，繼而誘發(fā)振動問題。

（2）軸承異常。軸承部位引起的振動問題，主要原因有3 個：①安裝不規(guī)范，導(dǎo)致軸承變形，或者固定件安裝錯誤，導(dǎo)致軸承出現(xiàn)偏差；②軸承質(zhì)量差，例如潤滑不足，軸承發(fā)生損壞，或者有異物進入，導(dǎo)致滾珠變形磨損、金屬面剝落等；③軸承箱松動，主要是固定座和基礎(chǔ)的固定不牢，如連接螺栓斷裂，不僅會引起振動現(xiàn)象，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致軸承座報廢。

（3）聯(lián)軸器故障。聯(lián)軸器分為剛性、撓性兩種，離心通風(fēng)機多采用剛性聯(lián)軸器。如果電機和轉(zhuǎn)子的中心不對稱，就會造成振動現(xiàn)象。

（4）機架松動。因地基松動、螺栓松動、焊接部位開裂，導(dǎo)致機架松動，通風(fēng)機在高速運轉(zhuǎn)時，就會產(chǎn)生劇烈的振動。

2.2 氣流原因

（1）旋轉(zhuǎn)失速。氣流和葉片擴壓器之間形成正沖角，隨著正沖角增大，氣流離開葉片導(dǎo)致邊界層分離；當(dāng)正沖角達到臨界值，葉片凹面的渦流區(qū)擴大，就會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)脫離現(xiàn)象，葉輪前后出現(xiàn)壓力差，繼而引起振動。

（2）氣流喘振。通風(fēng)機的系統(tǒng)容量大，當(dāng)流量減少，工況點就會向左移動。如果工況點移動至不穩(wěn)定區(qū)域，就會引起振動，伴有喘氣聲、呼嚕聲。

2.3 電磁原因

電機作為驅(qū)動元件，通電運行時轉(zhuǎn)子在電磁感應(yīng)下，會出現(xiàn)不規(guī)律的變化，此時輸出功能改變，就會導(dǎo)致通風(fēng)機振動。

3 針對離心通風(fēng)機振動問題的解決方法

3.1 機械原因的處理

（1）轉(zhuǎn)子問題。企業(yè)應(yīng)在生產(chǎn)空閑時間檢查轉(zhuǎn)子的外觀、性能，查看是否有轉(zhuǎn)子變形、葉輪積灰等問題。如果轉(zhuǎn)子變形彎曲，可以使用振動測量儀器進行確診，不僅能縮短檢修時間，還能節(jié)約人力成本。

（2）軸承問題。因軸承問題引起的振動，應(yīng)該及時停機檢查更換。軸承出現(xiàn)問題后，典型的表現(xiàn)是軸承部位異常發(fā)熱。處理時，選擇質(zhì)量合格的軸承，使用優(yōu)質(zhì)潤滑油；同時要觀察軸承座的固定是否牢靠，如果出現(xiàn)松動，及時對緊固件擰緊，或?qū)p壞的緊固件更換。

（3）聯(lián)軸器問題。在動力裝置、執(zhí)行裝置之間，聯(lián)軸器是兩者的介質(zhì)，聯(lián)軸器出現(xiàn)問題后，電機底部的螺栓松動，或電機的電流增大，使用振動測量儀器就能確診。

（4）機架問題。離心通風(fēng)機運轉(zhuǎn)時，要注意觀察連接部位是否緊固，檢查焊接部位有無裂縫，對破損的螺栓進行更換。機架由多個元件組成，隨著使用壽命延長，問題故障發(fā)生率也會提高，只有提高保養(yǎng)維修力度，才能避免故障發(fā)生，減少帶來的損失。

3.2 氣流原因的處理

（1）旋轉(zhuǎn)失速。旋轉(zhuǎn)失速的發(fā)生，可能是葉輪上出現(xiàn)一個氣體脫離團，也可能出現(xiàn)幾個脫離團；脫離團可能發(fā)生在一級葉輪上，也可能發(fā)生在幾級葉輪上。一般情況下，存在2 個及以上氣體脫離團。實際生產(chǎn)中，發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速的角頻率·ω。其中，N 為氣體脫離團的數(shù)量，Q0p為實際工作流量，Q0為設(shè)計流量，ω 為轉(zhuǎn)子角頻率。旋轉(zhuǎn)失速是客觀存在的，但并不是出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)失速，就會引起振動問題；而是當(dāng)旋轉(zhuǎn)失速頻率、機組固有頻率耦合時，才會出現(xiàn)振動。對轉(zhuǎn)子角頻率進行監(jiān)測，調(diào)整旋轉(zhuǎn)失速的頻率，就能預(yù)防振動現(xiàn)象發(fā)生。

（2）氣流喘振。通風(fēng)機運行時，以入口流量—出口壓力曲線為準(zhǔn)，轉(zhuǎn)速一定時，某個流量值對應(yīng)著效率最高點。流量大于、小于這一數(shù)值，效率均會降低。結(jié)合實際生產(chǎn)，氣流喘振的頻率、振幅與管網(wǎng)容積有關(guān)，隨著管網(wǎng)容積增大，喘振頻率降低、振幅擴大。對于這種問題，應(yīng)加強參數(shù)調(diào)控，使通風(fēng)機在穩(wěn)定工況區(qū)域內(nèi)運行，這樣既能提高運行效率，又能避免振動產(chǎn)生。

3.3 電磁原因的處理

針對電磁原因引起的振動，主要是解決電機的氣隙偏心問題。以大容量同步電機為例，需調(diào)整定子的地腳螺栓，確保定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙處于最佳數(shù)值。如果設(shè)備大修，應(yīng)在修后使用塞尺測量上下左右的氣隙，調(diào)整到最佳位置，從而避免電磁振動發(fā)生。

4 實例分析

以某加工企業(yè)為例，使用離心通風(fēng)機供風(fēng)制氧，技術(shù)參數(shù)主要是：流量為75 550 m3/min，轉(zhuǎn)速為1120 r/min，全壓是2170 Pa，功率為65 kW，配套使用的電機功率是75 kW。該通風(fēng)機使用期間，各方面性能良好，但隨著使用時間延長，軸承座突然出現(xiàn)振動問題，振動速度達到8.7 mm/s，超過規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的7.1 mm/s。為了明確振動原因，使用振動數(shù)據(jù)采集器采集軸承端的振動波形和頻譜，并采取有效的處理措施。

4.1 布置測點

振動數(shù)據(jù)采集器的型號是BVM-100-2D，布置測點時，電機、液力耦合器、離心通風(fēng)機的兩端，各設(shè)置2 個測點（圖1）。

圖1 振動數(shù)據(jù)采集器的測點布置

4.2 啟停檢測

在1#測點安裝振動數(shù)據(jù)采集器，如果是電磁原因引起的振動，電機啟動后，振動值會明顯增大；停機后則會快速降低為0，且頻譜中不會出現(xiàn)電源頻率。本次檢測中，電機啟動后，隨著通風(fēng)機轉(zhuǎn)速增大，振動值也同步增大；通風(fēng)機轉(zhuǎn)速減小，振動值也減小。因此，可以排除電磁原因引起的振動。

4.3 頻譜檢測

（1）平衡前的檢測。風(fēng)機正常運行時，當(dāng)轉(zhuǎn)速達到1120 r/min，使用振動數(shù)據(jù)采集器檢測振動數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)6#測點的軸承H 方向上，振動加速度、速度、位移數(shù)據(jù)均超過正常范圍，其中加速度為13.85 m/s2，速度為8.8 mm/s，位移為188 μm。分析該部位的振動波形、頻譜變化（圖2）。

分析可知：①振動波形和正弦曲線類似，振動相位穩(wěn)定；②隨著風(fēng)機轉(zhuǎn)速變化，振動大小也相應(yīng)變化；③振動能量集中在18 Hz 左右，此時峰值突出；④高次諧波的分量小。綜合以上數(shù)據(jù)，得出結(jié)論是轉(zhuǎn)子不平衡引起的振動。

（2）動平衡校驗。為了保證生產(chǎn)安全性，檢修人員必須開展動平衡校驗工作，解除通風(fēng)機振動問題。具體步驟包括：

第一步，選擇測點。風(fēng)機啟動后，在軸承座H 方向上選取一點，該處的振動值變化，能準(zhǔn)確反映出不平衡量，標(biāo)記為測試點M。使用振動數(shù)據(jù)采集器，測量得到振幅為190 μm，風(fēng)門開度為40%，然后停機。

第二步，分析采集數(shù)據(jù)，結(jié)合葉輪的直徑、配重塊經(jīng)驗值，最終得到加重塊的質(zhì)量是180 g。

圖2 軸承振動波形和振動頻譜

第三步，從檢查門入手，清理葉輪上的灰塵，將葉輪前盤3 等分，分別記為A、B、C。將加重塊分別焊接在3 個點，并測定M 點的振幅，結(jié)果得到MA 為202 μm，MB 為256 μm，MC 為228 μm。

第四步，繪圖。以葉輪前盤中心點為圓心，半徑為190 μm 畫圓，對圓進行3 等分，分別記為點A、點B、點C。以A、B、C 為圓心，半徑為202 μm、256 μm、228 μm 畫弧，3 個弧線的相交點記為點E、點F、點G。找到EFG 的型心，標(biāo)記為D 點，連接OD 并延長，和圓O 相交于H 點。H 點即配重點，測量得到長度為32 μm。

第五步，計算配重質(zhì)量。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，計算得到配重質(zhì)量是：180×190÷（2×32）=534.4 g。

第六步，在葉輪前盤找到H 點，去除焊塊本身的質(zhì)量50 g，選擇484.4 g 的配重塊并焊接，完成后關(guān)閉檢測門。

（3）平衡后的檢測。動平衡校驗完成后，再次啟動風(fēng)機，當(dāng)轉(zhuǎn)速達到1120 r/min 時，用振動數(shù)據(jù)采集器檢測6#軸承H 方向的振動加速度、速度、位移。結(jié)果顯示，振動加速度是5.1 m/s2，速度為2.3 mm/s，位移為48.7 μm，均處于正常范圍內(nèi)。本次振動超標(biāo)問題解除，通風(fēng)機恢復(fù)正常運轉(zhuǎn)。

5 結(jié)束語

綜上所述，離心通風(fēng)機能將動能轉(zhuǎn)化為勢能，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。針對振動超標(biāo)問題，常見原因有機械因素、氣流因素、電磁因素。文中介紹了具體的解決方法，結(jié)合實際案例，指出現(xiàn)場檢測和動平衡校驗的要點，希望為實際生產(chǎn)提供借鑒，提高離心通風(fēng)機的運行安全性。