離心式風(fēng)機振動原因分析與檢修

□ 閆俊杰 □ 姚云輝 □ 李 鵬

中國石化催化劑有限公司長嶺分公司 湖南岳陽 414000

1 離心式風(fēng)機概述

離心式風(fēng)機是催化劑企業(yè)常用的重要設(shè)備,在生產(chǎn)中主要用于焙燒爐燃氣助燃及系統(tǒng)通風(fēng)與除塵等。當(dāng)離心式風(fēng)機出現(xiàn)軸承振動偏大、軸承運行溫度偏高、響聲異常等故障現(xiàn)象時,如不能準(zhǔn)確判斷并及時處理,故障將會進一步嚴(yán)重,造成整條生產(chǎn)線甚至整套裝置停工,嚴(yán)重影響生產(chǎn)的正常進行。

在日常生產(chǎn)中,離心式風(fēng)機軸承振動及軸承運行溫度偏高是常見的故障現(xiàn)象。當(dāng)離心式風(fēng)機出現(xiàn)軸承振動偏大及軸承運行溫度偏高故障現(xiàn)象時,檢修人員可以通過軸承運行聲響、振動、溫升等可觀察的現(xiàn)象和測得的數(shù)據(jù),來分析離心式風(fēng)機振動及軸承運行溫度偏高的原因,并制訂相應(yīng)的檢修方案。一般用手持式測振儀測量振動,用紅外測溫儀測量軸承運行溫度。

2 離心式風(fēng)機結(jié)構(gòu)

離心式風(fēng)機通常由集流器、葉輪、機殼、傳動部件、基座、電機等組成,如圖1所示。

集流器將氣流均勻?qū)蛑寥~輪,使氣流流動阻力最小。目前,催化劑廠通常采用的集流器結(jié)構(gòu)為圓弧形。

葉輪是離心式風(fēng)機唯一的運轉(zhuǎn)部件,葉輪旋轉(zhuǎn)對氣流做功,使通過離心式風(fēng)機的氣流壓力升高。

離心式風(fēng)機的機殼為蝸卷形,由兩塊側(cè)板和一個蝸卷形板組成,蝸卷形板與葉輪之間的截面積沿蝸卷旋轉(zhuǎn)方向逐漸增大,目的是盡量減少氣流在機殼內(nèi)的流動損失。

傳動部件包括主軸和軸承,有的離心式風(fēng)機還包括聯(lián)軸器和皮帶輪。傳動部件用于連接離心式風(fēng)機與電機。

基座是離心式風(fēng)機的支撐部件,一般采用鑄件或用型鋼焊接而成。

3 離心式風(fēng)機工作原理

離心式風(fēng)機工作時,葉輪高速旋轉(zhuǎn),充滿在葉輪中的氣流在離心力作用下被甩向葉輪外側(cè),使空氣受到壓縮,壓力升高,并匯集到蝸卷形的機殼內(nèi)。在經(jīng)過斷面逐漸擴大的機殼時,氣流速度逐漸降低,氣流的一部分動能轉(zhuǎn)換為靜壓,最后氣流以一定的壓力由機殼的排氣口排出。與此同時,由于葉輪內(nèi)的氣流被排出,葉輪中心區(qū)域形成負(fù)壓,進氣口外的氣流在壓力差作用下,從進風(fēng)口流入。由于葉輪連續(xù)旋轉(zhuǎn),氣流不斷地被吸入和壓出,從而形成連續(xù)的具有一定壓力的氣流輸出。

4 振動原因分析

離心式風(fēng)機的振動一般表現(xiàn)為軸承部位的振動,通常運用測振儀、測溫儀、聽診器測得軸承箱處軸承的振動和溫度,同時結(jié)合軸承運轉(zhuǎn)聲響來分析軸承振動的原因。通過大量檢修案例總結(jié),筆者總結(jié)引起軸承振動的原因有五方面。

(1) 轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起的振動。在現(xiàn)場發(fā)生的軸承振動中,屬于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起的振動占多數(shù)。造成轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的原因主要有轉(zhuǎn)子葉片表面有不均勻積灰或附著物,葉輪背板積料,葉輪檢修后未做動、靜平衡導(dǎo)致葉輪不平衡,葉輪零件松動或連接件不緊固,葉輪磨損或腐蝕。

轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起的振動在水平方向最大,軸向則很小,并且葉輪端軸承振動大于電機端軸承振動,振動比較穩(wěn)定,對負(fù)荷變化不敏感,振幅隨轉(zhuǎn)速升高而增大。

(2) 軸承故障引起的振動。一種為軸承裝配不良引起的振動。如果主軸頸或主軸肩臺加工不良,那么主軸頸彎曲,軸承安裝傾斜,造成與軸心線不重合,使軸承每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生一次交變的軸向力,造成軸承的固定圓螺母松動,產(chǎn)生局部振動。軸承裝配不良引起的振動的特征為振動以軸向為最大。另一種為軸承表面損壞引起的振動。軸承由于制造質(zhì)量差、潤滑不良、異物進入、與軸承箱間隙不合標(biāo)準(zhǔn)等,會出現(xiàn)磨損、銹蝕、脫皮剝落、碎裂,進而造成損壞,滾動體相互撞擊而產(chǎn)生的高頻沖擊振動將傳給軸承箱,可以通過測振儀測得軸承箱的振動。這種振動穩(wěn)定性波動大,并且與負(fù)荷無關(guān),振動在水平、豎直、軸向三個方向均有可能最大,振動的精密診斷要借助頻譜分析。運用頻譜分析,可以準(zhǔn)確判斷軸承損壞的位置和程度。對振動監(jiān)測,可以判斷出軸承絕大多數(shù)故障,再輔以聲響、溫度、金屬磨耗監(jiān)測,可以在早期預(yù)查出軸承的故障缺陷。

(3) 聯(lián)軸器異常引起的振動。聯(lián)軸器安裝不正,聯(lián)軸器彈性圈損壞,離心式風(fēng)機主軸和電機軸同軸度差,這些都會引起離心式風(fēng)機及電機振動。這種振動的特征為振動不穩(wěn)定,隨負(fù)荷變化劇烈,空轉(zhuǎn)時小,滿載時大;同軸度偏差越大,振動越大;電機單獨運行,振動消失。

(4) 軸承箱基座剛度不足引起的振動?；A(chǔ)灌漿不良,地腳螺栓松動,墊片松動,基座腐蝕開裂及連接不牢固,這些都會引起劇烈的強迫共振現(xiàn)象。這種振動的特征為有問題的地腳螺栓處基座振動最大,并且以徑向分量為最大。

(5) 動、靜部分之間接觸引起的振動。動、靜之間接觸包括葉輪口環(huán)和機殼口環(huán)摩擦、主軸與密封裝置之間摩擦等。這種振動的特征為振動不穩(wěn)定,振動與轉(zhuǎn)速無關(guān),摩擦嚴(yán)重時會發(fā)生反向渦動。

5 檢修實例

5.1 轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡

2018年4月16日,在日常點檢中發(fā)現(xiàn)某離心式風(fēng)機軸承箱的振動大。測得葉輪端承力軸承水平方向振動最大為16.2 mm/s,軸向振動最小為9.1 mm/s,軸承溫度為41 ℃,運行聲響正常。將離心式風(fēng)機的頻率由45 Hz降低至20 Hz,振動減小至6.8 mm/s。通過相關(guān)數(shù)據(jù)和軸承運行情況,筆者判斷是葉輪質(zhì)量不平衡引起振動。拆開葉輪后,發(fā)現(xiàn)葉輪背板積料嚴(yán)重,如圖2所示,導(dǎo)致葉輪質(zhì)量不平衡,引起振動。清理完積料并復(fù)位后,離心式風(fēng)機開機運行正常,承力軸承振動最大為3.1 mm/s,見表1。

表1 轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡軸承振動 mm·s-1

圖2 葉輪背板積料

5.2 軸承異常

2017年11月8日,某離心式風(fēng)機出現(xiàn)軸承振動大,軸承運行聲響異常的現(xiàn)象。測得電機端軸承軸向振動最大為6.2 mm/s,溫度為45 ℃,運行過程中軸承處有周期性“嗬羅、嗬羅”聲。通過相關(guān)數(shù)據(jù)及軸承運行情況,筆者判斷軸承出現(xiàn)疲勞損傷。解體后,發(fā)現(xiàn)軸承滾道及滾珠出現(xiàn)疲勞剝落,如圖3所示。更換軸承后,離心式風(fēng)機運行正常,軸承最大振動為2.3 mm/s,溫度為37 ℃,見表2。

5.3 聯(lián)軸器異常

2017年9月,某離心式風(fēng)機在運行中振動大,測得電機端軸承軸向振動為12 mm/s,水平方向振動為10.2 mm/s,豎直方向振動為9.8 mm/s,軸承溫度為40 ℃。電機軸承振動同樣偏大。在故障判斷過程中,發(fā)現(xiàn)空轉(zhuǎn)時振動小,滿載時振動大,振動比較穩(wěn)定。當(dāng)電機單獨運行時,電機軸承振動正常。電機軸和離心式風(fēng)機主軸同軸度為0.06 mm,符合要求。根據(jù)以上情況,判斷是聯(lián)軸器異常引起振動。拆卸電機后,發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器彈性圈部分損壞。更換彈性圈后,離心式風(fēng)機運行正常,葉輪端軸承最大振動減小3.3 mm/s,見表3。

圖3 軸承疲勞損傷

表2 軸承疲勞損傷軸承振動 mm·s-1

表3 聯(lián)軸器異常軸承振動 mm·s-1

5.4 軸承箱基座剛度不足

某離心式風(fēng)機在運行過程中振動大,測得電機端軸承豎直方向振動最大為8.2 mm/s,軸向振動最小為5.2 mm/s,軸承溫度為38 ℃。幾次檢查軸承及地腳螺栓安裝,都未發(fā)現(xiàn)異常。離心式風(fēng)機葉輪質(zhì)量靜平衡檢測也沒有問題,但振動一直消除不了。筆者對軸承振動數(shù)據(jù)及運行情況進行分析,認(rèn)為是基座剛度不足造成離心式風(fēng)機振動大。原基座安裝如圖4所示。經(jīng)過現(xiàn)場檢查分析,認(rèn)為基座本身存在缺陷,在基座安裝時對主要承力點沒有加墊鐵,加之離心式風(fēng)機的電機主機總負(fù)載達到20 kN,導(dǎo)致離心式風(fēng)機在運行過程中基座剛度較差,進而產(chǎn)生振動。

圖4 原基座安裝

筆者在基座底部主要承力點1～6加裝墊鐵。因為基座地腳螺栓與主要承力點距離較遠,加裝墊鐵能使整個基座與基礎(chǔ)之間更加牢固。同時,在底部鋼梁上焊接四根M18螺栓,再在底部鋼梁上加壓兩根鋼梁,將基座主要承力的底部鋼梁向下壓緊。改進后基座安裝如圖5所示。改進后離心式風(fēng)機運行正常,軸向最大振動減小為3.3 mm/s,見表4。

圖5 改進后基座安裝

6 結(jié)束語

離心式風(fēng)機振動大是催化劑企業(yè)常見的故障情況,通過測量離心式風(fēng)機軸承的振動、溫度和運行聲響,可以快速有效地判斷故障原因,并制訂相應(yīng)的檢修方案。在實際生產(chǎn)中,應(yīng)用筆者所介紹的方法可以有效解決大部分離心式風(fēng)機振動大的故障,避免離心式風(fēng)機故障惡化,保證生產(chǎn)正常平穩(wěn)進行。所介紹的方法還可以延伸應(yīng)用于其它轉(zhuǎn)動設(shè)備的故障判斷。

表4 軸承箱基座剛度不足軸承振動 mm·s-1