現(xiàn)場動平衡技術(shù)在風(fēng)機檢修中的應(yīng)用

楊光

（山西潞安高純硅業(yè)科技有限責(zé)任公司機動部)

現(xiàn)場動平衡技術(shù)在風(fēng)機檢修中的應(yīng)用

楊光*

（山西潞安高純硅業(yè)科技有限責(zé)任公司機動部)

現(xiàn)場動平衡技術(shù)是解決風(fēng)機振動、保障化工生產(chǎn)系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運行的好方法。但是如何科學(xué)準確地將此技術(shù)應(yīng)用到實踐中很關(guān)鍵。必須具有豐富的經(jīng)驗才能做到校驗一次成功，縮短檢修時間，獲得經(jīng)濟效益。

動平衡 風(fēng)機 振動 試重 配重

0 概述

風(fēng)機是化工企業(yè)中的常用設(shè)備。有的化工企業(yè)中各類風(fēng)機多達上百臺，少的也有幾十臺。在設(shè)備運行時因葉輪不平衡而引起的風(fēng)機振動時有發(fā)生，由此帶來的風(fēng)機檢修必將在很大程度上影響生產(chǎn)系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運行。

現(xiàn)場動平衡技術(shù)是解決風(fēng)機振動、保障風(fēng)機連續(xù)穩(wěn)定運行的好方法?，F(xiàn)場動平衡技術(shù)是對旋轉(zhuǎn)機械進行振動測量和平衡校正的一種方法。在振動測量和平衡校正時，旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)速、安裝條件、支承條件和負載情況等與其工作狀態(tài)相同或接近。其基本原理是利用安放試探質(zhì)量 （試重）臨時改變轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布，測量由此引起的軸承振動大小和相位變化，由試探質(zhì)量 （試重）的影響效果確定出真正需要的校正質(zhì)量大小和安放位置。采用現(xiàn)場動平衡技術(shù)具有下述兩個優(yōu)點：

（1）避免大量拆裝，節(jié)約了拆裝工時、運輸工時，保存了原有的安裝精度，對生產(chǎn)的影響??；

（2）能有效地提高整個轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的平衡精度，同時現(xiàn)場動平衡在有些情況下也是風(fēng)機開車前所必須進行的步驟。

我公司使用的測試儀是日本電子工業(yè)珠式會社制造的型號為SB-8002振動測試平衡儀 （測量范圍：在 1200 r/min時振動范圍 0.001～999 μm， 轉(zhuǎn)速范圍 180～59 940 r/min；分辨率：振動位移±0.001 μm；轉(zhuǎn)動范圍： ±1 r/min）。該振動測試儀的速度傳感器采用低功耗、高亮度的發(fā)光二極管作為光源，接通電源后發(fā)出可見紅光，配合反光標志可在 1～40 mm 的距離內(nèi)接收 180～59 940 r／min 的轉(zhuǎn)速信號，用來測量風(fēng)機的轉(zhuǎn)速和角度；其磁電式振動傳感器可測量水平與垂直振動，測量值為雙向振動值。利用SB-8002動平衡儀測量振動需注意以下幾點。

（1）測量位置：測量位置應(yīng)選在最能反映轉(zhuǎn)子振動的點上，一般選在軸承面上或最接近軸承位置的機器的殼體上。

（2）測量方向：應(yīng)在軸承的水平和垂直兩個方向上進行測量，至少要在有最大振動幅度的方向上進行測量。一般情況下，通常是在水平方向上測量，在測量結(jié)果有疑問時，再在兩個方向上測量。

（3）參考標記：為提供角度和頻率基準，參考標記應(yīng)標在轉(zhuǎn)子上容易看到且角度容易測量的地方。

該SB-8002振動測試平衡儀已數(shù)次用于鍋爐引風(fēng)機、送風(fēng)機、排煙風(fēng)機等的現(xiàn)場動平衡校驗,并排除了故障，成功率達96%。

1 現(xiàn)場動平衡故障的識別

旋轉(zhuǎn)機械的故障類型多種多樣。據(jù)統(tǒng)計，旋轉(zhuǎn)機械故障的起因75%以上是由不平衡引起的。在現(xiàn)場對某一設(shè)備進行動平衡校驗前，首先要判斷故障的類別。轉(zhuǎn)動設(shè)備若發(fā)生軸彎曲、沒有對中、機械松動和軸裂紋等故障，是無法使用現(xiàn)場動平衡技術(shù)校驗的，只有在轉(zhuǎn)子發(fā)生不平衡的情況下現(xiàn)場動平衡才是最有效的。一般的轉(zhuǎn)子不平衡將產(chǎn)生一個均勻的旋轉(zhuǎn)力，此力的方向連續(xù)變化 ,但始終作用在徑向方向。因此，軸和支承軸承趨向于以某一圓周軌道運動，然而由于軸承的垂直方向比水平方向剛性強，所以通常振動響應(yīng)是一定程度的橢圓軌跡。水平方向振動通常大于垂直方向振動，一般在2～3倍左右，并且機器在垂直方向的最大位移將在水平方向最大位移之前 1/4轉(zhuǎn) (即 90°)處出現(xiàn)，即水平和垂直方向的相位差約為90°。

2 現(xiàn)場動平衡的應(yīng)用

2.1 動平衡簡介

現(xiàn)場動平衡校驗的測量方法是在轉(zhuǎn)子支承點上用振動傳感器測取振動信號，用速度傳感器測取轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子振動角度信號，角度測量以轉(zhuǎn)子上一個固定參考標記做為基準，將兩組信號傳入SB-8002振動測試儀,通過該振動測試儀提供的現(xiàn)場動平衡應(yīng)用軟件進行數(shù)據(jù)處理，最終得出校驗結(jié)果。

2.2 單面動平衡的應(yīng)用

我公司熱動廠的兩臺引風(fēng)機是公司的重要動設(shè)備并具有現(xiàn)場單面動平衡的代表性，其電動機功率900 kW，轉(zhuǎn)速990 r/min,流量Q=150.8 m3/s，風(fēng)壓Δpg=41.9 kPa，軸承型號為 22236CC/W33（基本額定動載荷為1180 kN、200℃下工作2500 h）,潤滑方式為30#機油甩油，電動機通過彈性柱銷聯(lián)軸器與風(fēng)機聯(lián)結(jié)，葉輪直徑2 m，寬度180 mm，葉片數(shù)為11片。

某一天，公司熱能動力廠的一臺引風(fēng)機振動值嚴重超標，在檢修時間緊的情況下，決定用現(xiàn)場動平衡方法對風(fēng)機葉輪進行降振 （圖1為現(xiàn)場動平衡校驗測試簡圖）。但是振動值嚴重超出測振儀的測量范圍 （999 μm），同時也超出動平衡儀的測量范圍 （999 μm，999 g）， 先期無法進行動平衡校驗，必須靠原始的靜平衡將振動降到測振儀的檢測范圍內(nèi)。經(jīng)過18 h的靜平衡后，經(jīng)粗測振動降到了動平衡檢測的范圍內(nèi)。之后，用現(xiàn)場動平衡儀進行了精確測量和減振。

圖1 動平衡校驗測試

2.2.1 靜平衡過程

該葉輪為中間有隔板的雙面葉輪。靜平衡過程是依據(jù)杠桿原理來粗找平衡。經(jīng)過三次測試表明，10號位置加載質(zhì)量足夠大時，葉輪才轉(zhuǎn)動。這說明10號位置輕，因此三次加載都在10號葉片位置處加重。風(fēng)機葉輪及加載位置如圖2所示。三次加載詳細數(shù)據(jù)如下。

第一次加載：9.5 kg；方位：10號葉片西5 kg,10號葉片東4.5 kg。

第二次加載：4 kg；方位：東9號和10號葉片中間2 kg，西8號和9號葉片中間2 kg。

第三次加載：2.85 kg；方位：東10號葉片0.85 kg，西9號葉片2 kg。

靜平衡各葉片的試重質(zhì)量配置情況分別為：

1#—4.7 kg， 2#—4.95 kg， 3#—4.7 kg， 4#—5.6 kg， 5#—6.2 kg， 6#—6.2 kg， 7#—6.9 kg，8#—7.05 kg， 9#—7.1 kg， 10#—6.2 kg， 11#—5.25 kg。測試試重的質(zhì)量如圖2所示。

通過靜平衡粗找后，各葉片的測試試重的質(zhì)量已相差不大，最大差距為9號葉片和3號葉片，質(zhì)量相差2.4 kg。對于這樣大的引風(fēng)機這一差距顯然已經(jīng)降到了動平衡的測試范圍內(nèi)，可以通過現(xiàn)場動平衡來進行精確找平衡了。下面介紹引風(fēng)機的動平衡過程。

2.2.2 動平衡過程

引風(fēng)機端3#測點水平振動達到361 μm，已超標 （控制振動值為60 μm）。該風(fēng)機的測點位置布置簡圖見圖1。通過振動測試及頻譜分析發(fā)現(xiàn)：（1）水平振動大于垂直振動，振值分別為361 μm和39 μm，振值相差近10倍； （2）振動頻率為工頻即轉(zhuǎn)動頻率。

2.2.2.1 現(xiàn)場動平衡校驗

（1）停機狀態(tài)下在聯(lián)軸器輪轂處貼光標紙鑒相片，標出相位角。在3#測點 （見圖1）水平方向放置速度傳感器。從觀察孔中沿風(fēng)機旋轉(zhuǎn)方向，在葉輪筋板上做標記，總計葉片數(shù)為11片。

（2）啟動風(fēng)機，待轉(zhuǎn)速平穩(wěn)后，測量初始振動值及相位角，分別為361 μm和89°（即位置4）。

（3）停機，打開觀察孔，將950 g試重塊點焊在某任意位置處 （即葉輪前盤棱緣處），蓋好觀察孔。開機，待轉(zhuǎn)速平穩(wěn)后，在動平衡儀上輸入試重的質(zhì)量數(shù)據(jù)，通過計算得出實際配重質(zhì)量和相位角，分別為大于1000 g和313°。

（4）停機，將原試重質(zhì)量塊從葉輪上取下，由于儀器顯示配重大于1000 g，因此我們暫采用實際配重質(zhì)量950 g點焊在313°的位置上，這里的313°是以試重位置為0°順著旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)313°確定的。第一次校驗結(jié)束。開機后測得3#測點處振動值為122 μm，剩余不平衡質(zhì)量和相位為430 g和305°。

（5）停機，將430 g殘余不平衡質(zhì)量塊焊在313°位置處。開機后3#測點處水平振動值為50 μm。

2.2.2.2 動平衡校驗結(jié)果

現(xiàn)場動平衡校驗結(jié)果如表1所示。

圖2 風(fēng)機靜平衡測試

表1 現(xiàn)場動平衡校驗過程及結(jié)果

此次平衡加載共計配重質(zhì)量17.73 kg。最后振動測試結(jié)果：西垂直6 μm，西水平50 μm，東垂直 20 μm， 東水平 73 μm。

2.3 雙面動平衡的應(yīng)用

雙面平衡在試重階段要試重雙面，比單面平衡多試重一次，其它過程相同。因此，本文就不再詳細介紹雙面動平衡了。

2.4 如何將試重較準確地焊在實際配重位置

在實際操作過程中，加試重是個看似隨意但又很講究的過程。如果試重加的位置較為準確，開風(fēng)機后振動大幅下降，甚至可以免做加配重的步驟，這樣不但能減少電機啟動次數(shù)，減少停車時間，而且還可以降低對大型電機使用壽命的影響；如果試重加的位置偏差較大，開風(fēng)機后振動會大幅上升，甚至可以超出SB-8002動平衡儀的測量范圍，這樣不但增加了電機啟動次數(shù)，延長了停車時間，而且還影響到大型電機的使用壽命。

加試重的0°位置是以速度傳感器對準反光紙時，振動傳感器在軸承座上對應(yīng)的葉輪的位置。在風(fēng)機轉(zhuǎn)子空轉(zhuǎn)時，測到的振動量即振幅和相位，都是風(fēng)機各軸承座反映出來的葉輪的振動和相位，測不到不平衡質(zhì)量的大小和相位，但是空轉(zhuǎn)測得的振動向量 （α）與實際不平衡質(zhì)量之間存在一種特定規(guī)律，即

式中 α——不平衡質(zhì)量相位；

α空——空轉(zhuǎn)測得的振動相位；

α定——常數(shù)，對一套固定測振系統(tǒng)是定值。

加試重的位置β應(yīng)在α的反方向，即β=α+180°。 所以， 加平衡質(zhì)量的相位 β=α空－α定+180°。

α定值的確定是計算β值的重要環(huán)節(jié)。經(jīng)過近幾年現(xiàn)場動平衡試驗積累了一些經(jīng)驗和數(shù)據(jù)。結(jié)合經(jīng)驗對這些數(shù)據(jù)進行了認真的整理分析，找出了型號SB-8002振動測試平衡儀的α定值為45°。

2.5 存在的問題

雖然在進行現(xiàn)場動平衡操作時有固定的程序，但在化工生產(chǎn)系統(tǒng)中風(fēng)機工況復(fù)雜，要求各異，必須具有豐富的經(jīng)驗才能做到一次成功。本文在第2.4節(jié)中介紹了如何將試重較準確地焊在實際配重位置。這個試重的質(zhì)量大小對后續(xù)工序很重要，因此有必要摸索出確定最佳的試重質(zhì)量的規(guī)律。筆者認為，最佳的試重質(zhì)量與風(fēng)機的直徑、寬度、質(zhì)量、轉(zhuǎn)速、初始振動值等有一定關(guān)聯(lián)，應(yīng)在以后的實踐中不斷摸索，爭取早日解決這個問題。

[1]王維民，高金吉，江志農(nóng)，等.旋轉(zhuǎn)機械無試重現(xiàn)場動平衡原理與應(yīng)用 [J].振動與沖擊，2010（2）.

[2]李莊.化工機械設(shè)備安裝調(diào)試、故障診斷、維護及檢修技術(shù)規(guī)范實用手冊 [M].吉林：吉林電子出版社，2005.

Application of Field Balancing Technology in Fan Overhaul

Yang Guang

Field balancing technology is a good way to solve the problem of fan vibration and to ensure the continuous and stable running of chemical system.However,it is important to apply the technology into practice scientifically and accurately,and it needs rich experience to complete the inspection successfully at one time,so as to shorten the maintenance time and get economic benefits.

Balancing;Fan;Vibration;Test weight;Formal weight

TQ 050.1

*楊光，男，1981年生，助理工程師。長治市，046108。

2012-05-15）