離心風機的振動原因探析

于有江

大慶煉化公司聚合物一廠聚丙烯酰胺四車間 163411

離心風機的振動原因探析

于有江

大慶煉化公司聚合物一廠聚丙烯酰胺四車間 163411

離心風機最常見的故障現象是“振動”，本文筆者從現象到理論上進行了分析，并且提出了消除的途徑，以利于維護、檢修工作水平的進一步提高。

離心風機；振動原因；分析

1 引言

離心風機的運行是否穩定、安全可靠，不僅對工廠的正常生產是十分關鍵的，而且將保證單位所需的能源。所以，努力保證其平穩、安全運行是設備維護、檢修工作的主要內容之一。

2 離心風機振動現象與原因

機械故障產生的原因是多種多樣的，離心風機發生的故障從結果上看，同其他各類通用機械相比，因其結構簡單，在運轉過程中相對摩擦較小，故直接因磨損而產生的故障較少。但在運行過程中大部分故障及事故產生的表觀現象幾乎為振動，當振動加劇、增強到一定幅值便引發故障或事故。

運動的機械就會產生振動，離心風機也是如此。正常情況下，由于其振動是一種隨機振動，振動參數總是在某一平均值附近波動，隨時間變化而變化的現象不明顯。以目前普遍使用的離心鼓風機來看，其運行正常時各支撐點的表測振幅小于0.44 mm，基本可視為無異常。但由于生產工藝流程中不定因素的原因和機組檢修有誤的可能，時有使機組振動加大造成被迫停機，甚至機組部件損壞的現象發生，故對其產生的原因進行分析后提出正確處理措施是必要的，也是適用的。

2.1 轉子不平衡

風機轉子是鼓風機的核心部分，在制造過程中，存在著形狀不對稱、材質的不均勻、熱處理變形、加工及裝配誤差等原因，不可避免地存在著偏心質量。設偏心質量為m，偏心距為e，轉子以一定角速度～轉動時，偏心質量m產生的離心力：

Fo=mew2

投入運行的機組在經過一段時間后，其振幅會發生變化，一般是由小到大的趨勢。引起振幅變化的原因就是m與e發生變化，主要發生在以下部位：

(1)轉子葉輪的鉚釘，因葉片腐蝕、疲勞后脫落。

(2)局部的不均勻腐蝕、穿孔。

(3)轉子葉輪流道的堵塞、掛渣等造成動不平衡力矩的增大而引起風機的振動增大，破壞機組的正常運行。

由于轉子不平衡引起振動加劇的特征現象主要有下述幾種表現：

(1)振動的頻率與轉速同頻。

(2)振幅隨轉速和負荷的增加而加劇。

(3)在通過臨界轉速時振動加劇(剛性軸除外)。

2.2 氣流旋轉脫離和喘振造成的振動

離心風機的喘振是其本身固有的特征，一般認為離心風機喘振現象包含兩方面的因素：離心風機的氣流在一定條件下出現“旋轉脫離”是產生喘振的內在因素；與離心鼓風機聯合工作的管網系統的特征是其外界條件。只有外界條件適合于內在因素時，離心風機才發生喘振現象。由于管網阻力的增加，管網特性曲線左移，致使風機工況點向小流量偏移。風機的流量Q減少，而使氣體進入葉輪和葉片擴壓器的正沖角增加，附面層分離區擴大，產生相對于葉輪旋轉方向的“旋轉脫離”，而使葉輪前后壓力產生強烈的脈動。當流量QJ少到Qmin時，上述的正沖角增加得更大，分離區隨著擴大，由于旋轉脫離而引起的強烈周期性振動，致使鼓風機不能穩定工作，出口壓力會突然下降，而管網中氣體壓力并不同時下降，這時，管網中壓力戶，大于出口壓力戶，，即P1＞P2。因而管網氣流倒流向鼓風機，直至兩者壓力達到新的平衡，即P1′=P2′，這時，鼓風機又開始向管網壓縮氣體，鼓風機恢復正常工作，使管網中氣體壓力升高。

風機發生喘振時的特征表現主要有下述幾種：

(1)氣流參數產生大幅度脈動，各類顯示儀表可觀察得到波動。

(2)聲音異常，一般會發生周期性的脈動噪音，周期性的呼哧、呼哧聲。

(3)機組振動加劇，一般多為低頻振動，振動頻率與管網容量的平方根成正比。

2.3 部件損壞引起的振動

除上述原因引起的振動外，尚有許多安裝及檢修不當，運轉中零部件損壞等原因引起的振動，主要表現在：

2.3.1 動、靜部分發生的摩擦

動靜部分發生摩擦，多與安裝不當或機組溫度過高、部件變形、檢修不細致等原因有關，其振動產生的特征現象主要是：

(1)振動加劇；

(2)振動頻率分布較寬，范圍為2～8倍速頻頻率；

(3)啟動或停車時可聽到金屬摩擦聲。

2.3.2 聯軸器對中不良

主要是安裝檢修不當造成，其特征表現主要是：

(1)振動加大，主要發生在聯軸器附近的兩個軸承上；

(2)振動隨機組負荷的增加而增加；

(3)振動頻率一般為2～3倍低速頻頻率。

2.3.3 軸承故障引起的振動

軸承故障產生的原因，大多是因軸承間隙擴大、潤滑系統及油質不良等原因造成，它引起的振動表現特征一般為：

(1)機組振動加大，甚至發生強烈搖動；

(2)回油溫度超過正常值許多。

部件損壞引起的振動是多種多樣、多原因的，正確分析及判斷靠日常積累的實際經驗來確定，必要時可借用設備故障監測及診斷來分析判斷，我廠曾利用設備診斷技術及時發現了主電機軸瓦掉塊、主軸對中不良等原因引起的振動，避免了機組進一步劣化而導致事故的發生。

3 風機振動消除的主要方式

由上述各種原因引發的機械振動會使鼓風機的轉子及定子部件受到交變的動應力而損壞密封和軸承，甚至發生轉子與定子相碰撞摩擦，壓送的氣體外泄，引起著火爆炸等惡性事故的發生，因此對其必須力爭盡早發現、盡快判斷、盡力消除。

3.1 動不平衡的消除

對于動不平衡的消除方法目前有兩種，一是理論計算法，實際生產中很難應用，且計算繁瑣，一般不使用。另一種就是普遍采用的借助于動平衡試驗機，采用多次試重法，在滿足振幅最小或允許范圍內進行加重或減重。以減少或消除偏心質量，使轉子恢復平衡精度。我廠采用的是自制的低速動平衡機，利用三點加重法測試轉子的動不平衡量，動不平衡量及坐標找定后，采用加重法或去重法來消除不平衡量，使轉子達到動平衡要求。

3.2 離心風機喘振現象的消除

從前述分析中已知，離心風機喘振的發生主要與管網狀態變化及機組運行調節有關，而與機械部分無關。因此，喘振現象的消除主要集中在系統操作上。

我廠風機喘振現象主要在開機、倒機或管網阻力波動時發生，具體表現在以下幾個方面：

(1)開機時，操作人員操作不當，出口閥門未能及時迅速打開，致使機組在小流量狀態下運轉，發生喘振。此時及時糾正，迅速開啟出口閥，加大流量，使機組在正常工況曲線運行即可消除。

(2)倒機時發生喘振，主要表現在雙機并聯管網上，此時一機正常運行，一機欲停，備機欲開狀態下，如指揮不當，容易造成開、停兩臺機因“爭風”而處于小流量下，致使喘振發生；或停機出口閥門關閉后，新啟動的機組因啟動緩慢，受正常運行機組壓力阻攔而帶不上負荷，使其在喘振狀態下運行。對此情況，可將欲停機迅速關閉，急速啟動備機達正常工況；如因帶不上負荷，可短時間減少運行機的負荷，待啟動機帶上負荷后，再將兩機聯合調整正常，即可消除。

(3)管網阻力波動，主要有兩方面，即鼓風機機前吸力受阻和機后壓力升高，此時只要找出原因，及時調整工藝，即可排除異常。

(4)因零部件受損而引起振動的消除，則主要靠停機運行檢修，排除缺陷，恢復正常即可。

4 結語

離心風機是煉化工廠重要機械設備之一，對風機振動產生的原因從理論上進行分析，結合實際進行準確的判斷，并針對故障現象探討消除方式，能夠對風機的維護、檢修、操作以及運行有一定的幫助，為保證其良好運行狀態，避免故障及事故發生，起到一定的作用。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.08.078