離心式風機葉輪與軸系統不平衡振動故障分析

寇佳迅

（大慶煉化公司聚合物二廠，黑龍江大慶 163000）

0 前言

大慶煉化公司聚合物二廠共有離心式風機71臺，分為輸料風機、給風機、廢氣風機三大類。在使用過程中，經常發生風機葉輪與軸系統的不平衡的振動故障。針對聚合物二廠離心式風機的典型故障進行診斷與分析，提出可行性解決方案，在以后的工作中機械工程技術人員能夠更好地使用風機，在風機出現運轉故障的時候，能夠及時分故障產生的原因，并根據故障產生的原因采取有效的措施進行維修，建設故障損失時率，提高風機的運轉效率。

1 風機的結構特點及分類

除少數與電機直連的離心式風機，離心式風機主要由葉輪、渦殼、軸及軸承箱等零部件4部分組成。葉輪是離心式風機傳遞能量的主要部件，它由前盤、后盤、葉片及輪轂等組成。按照現在國際上通用的風機運轉標準，風機的正常工作轉速為600～120 00 r/min，在這一工作轉速范圍內軸承蓋會產生很大的振動，振動的頻率范圍在10～1000 Hz，機器的振動強烈程度可以分為四個類，第一類的功率要求＜15 kW，這樣的風機主要為固定的小機器；第二類功率15～75 kW，這類風機主要安裝在功率＜250 kW的機器上；第三類為重型基礎上的大型旋轉風機；第四類主要應用于輕型基礎上的旋轉風機。在廠車間使用的風機種類復雜，涵蓋上述4個種類，在風機的劃分當中又把每個種類都分了4個品質級，以A，B，C，D表示，各種類振動強度范圍見表1。

在上述A，B，C，D的4個品質級中，將A級定為優質，標準為振動烈度值在在良好值以下，將B級定為合格，標準是振動烈度值低于良好值，但高于報警值。將C級定位尚合格，標準是振動烈度值高于停機限值，但是低于報警值。將D級定為不合格，這個時候的振動烈度超過停機限值。

表1 不同振動烈度不同風機類型對應的品質等級

2 葉輪與軸系統的不平衡原因分析

在風機的運轉過程中，由于振動原因產生的故障主要可分為葉輪與軸系統的不平衡、軸承問題、機械松動、聯軸器不對中、機械磨擦等多種情況。多年的現場故障檢測和維修經驗證實，在風機產生故障的主要原因是振動超標，同時也可能伴隨其它方面的原因，因此在風機的故障檢測與維修過程中進行準確判斷，查找病因，才能高效清除風機故障。隨著科技的進步，故障檢測方法也從傳統的耳聽手摸發展到應用測振儀測量振幅、振動速度、振動加速度，通過數據采集并對設備進行檢查就可以使一部分常見的故障與非常見的機械故障區分開來。為此，重點討論一下葉輪與軸系統產生不平的根本原因。

2.1 葉輪的磨損

聚合物二廠廢氣風機中含有氨氣、粉塵等雜質，輸料風機輸送膠體顆粒，返料風機中含有干粉，生產工況的不理想導致了風機振動超標問題。原因就是在風機的運轉過程中很多夾雜在空氣中的大顆粒粉塵隨著高速氣體一起進入到風機中使風機的葉片受到損傷，隨著時間的不斷延長，就在風機葉片出口處就呈現出刀刃狀，在這以磨損過程中，由于空氣中夾雜的粉塵顆粒的大小和多少不盡相同，因此造成葉片的磨損也不規則，正是由于這種不規則的磨損才導致了葉輪的不平衡，甚至會使葉片脆性斷裂。此外，輸料風機中膠體顆粒溫度較高且潮濕，長時間在這種條件下葉輪表面就會發生氧化反應生成氧化皮，這些氧化皮在外力或者振動大的情況下也會自然脫落，這樣也會造成葉輪的不平衡。

2.2 葉輪的結垢

葉輪的結垢也是造成風機葉輪不平衡的一個原因。這是因為在當風機停止運轉后風機中存留的氨氣、粉塵顆粒以及輸料風機中的膠體都會吸附在風機葉片的表面上，時間長了后就會在葉片表面結垢，當風機再次啟動后這些葉片表面的垢就會滑落，使牙輪失去原有的平衡，這樣也會導致整個風機出現振動。

3 解決葉輪不平衡的對策

3.1 解決葉輪磨損的方法

在風機進口處增設濾網和除塵器，清除空氣中的固體顆粒和粉塵。提升風機葉輪耐磨損性能，在這一方面目前比較通用的做法是在風機葉輪表面增加一種特殊的耐磨材料，這種耐磨材料是一種惰性物質，具有抗高溫、耐氧化性能高等有點，這樣就會大大解決葉輪的不平衡問題。

3.2 解決葉輪結垢的方法

目前在生產維修中對葉輪結垢的去除方法主要有噴水除垢、高壓氣體除垢和氣流連續吹掃除垢3種方法。

（1）噴水除垢方法是一種既方便，又實用的除垢方法。噴水系統裝在風機的機殼上，由管道、3個噴嘴及排水孔組成。噴水除垢方法使用的水通常是鹽水，噴水壓力為0.4 MPa。這種方法雖然有很多優點，但是在進行噴水除垢的時候需要風機停止運行，并且在清除污垢的時候還需要很長的時間。

（2）高壓氣體除垢方法。這樣除垢方法的結構和噴水方法的結構非常相似，這二者之間不同的地方主要體現在噴水所用的管道為普通管道，而高壓氣體所用的管道為高壓管道，并且還需要配備專用的噴嘴和具有一定壓力的高壓壓縮空氣或者氮氣的氣源，壓力在（0.8～1.5）MPa。這種除垢方法雖然結構上相對復雜，但是具有操作簡單、除垢快速、不影響風機的正常使用等優點，在幾十秒內就可以完成葉片的除垢工作，極大了解決了人工除垢效率費時費力的難題，提高了機組的運行效率。

（3）氣流連續吹掃除垢系統不需要外部氣源，利用風機本身的排氣壓力，將少量的氣體(額定風量的1%～2%)從風機的內部引向專用噴嘴（期間經過濾網過濾），噴嘴位于葉輪的進口，將高速氣體噴射到葉片的非工作表面，這種除垢方法具有連續性，可以將剛剛粘到葉片上的粉塵吹掉，防止粉塵沉積，無需停機除垢。該裝置結構簡單，防結垢效果明顯，對風機改動量小，降低除垢成本。

4 結論

對離心式風機葉輪與軸系統的不平衡振動故障進行了研究，結合聚合物二廠離心式風機的工況特點，分析總結維修記錄，提出解決離心式風機因葉輪與軸系統的不平衡而產生振動超標的可行性方案。

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