多級鼓風機運行中的振動原因分析

馬學營

摘 要：曝氣鼓風機，主要作用是在鼓風機的出口接管道至曝氣池，為活性污泥微生物提供所需的溶解氧，以保障微生物代謝過程中的需氧量。風機因機體振動超標、檢修電機等問題頻繁檢修，不僅加大了檢修工作量，增加了檢修費用，也對生產的正常運行帶來了極大的隱患。本文簡要分析總結了中國石化集團公司催化劑有限公司齊魯分公司供排水車間生化崗位離心式多級曝氣鼓風機軸承振動超標、維修頻繁的原因分析及處理措施，以更好的促進生產。

關鍵詞：多級；振動；原因分析；預偏

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.007

1 前言

齊魯分公司供排水車間生化崗位的關鍵設備——曝氣鼓風機，主要作用是在鼓風機的出口接管道至曝氣池，為活性污泥微生物提供所需的溶解氧，以保障微生物代謝過程中的需氧量。鼓風機類型是“華鼓”C-110.7多級離心鼓風機，于2012年6月22日在公司生化裝置投入使用，共有3臺。投入運行的前兩年，風機因機體振動超標、檢修電機等問題頻繁檢修，先后共檢修12次，不僅加大了檢修工作量，增加了檢修費用，也對生產的正常運行帶來了極大的隱患。為此，我們機修車間檢修人員對風機的運行及檢修狀況進行了細致的跟蹤分析，并積極與生產車間技術人員及操作人員進行探討，對機體振動原因仔細查找并在設備運行操作及檢修中進行處理。現在，設備的機體振動超標、電機檢修頻繁等狀況已消除，運行狀況良好，在2015年僅在2月份檢修過一次。為此，本文對設備的振動超標原因進行分析總結，以更好的促進生產。

2 “華鼓”C-110.7多級離心鼓風機簡介

“華鼓”C-110.7多級離心鼓風機系上海華鼓鼓風機有限公司生產，其特點是多級、單吸入、雙支撐結構，電動機和鼓風機安裝在同一底座上，除了連接動力的主軸外，無其他的外部轉動部件，是把原動機械能轉變為氣體壓力能的一種旋轉葉片機械（見圖1）。其原理是當氣體通過進氣室均勻地進入葉輪后，在旋轉的葉片中受離心力作用以及擴壓段的擴壓作用下，使其大部分機械能轉變成氣體壓力能，如此氣體經過幾級連續壓縮，獲得所需要的壓力。

3 風機振動原因分析

風機自投入運行一年半以來一直運行比較正常，用振動檢測儀測量兩軸承箱體的水平和垂直兩處檢測點，其徑向及軸向振動值均在2.7～3.5mm/s之間.。但自2014年3月份以來，檢修比較頻繁，使檢修工作量劇增，如下表1所示：

由表1檢修數據可以看出，風機在運行到一年半的時間后開始了頻繁的檢修。尤其是更換排氣端軸承，最短的間隔周期只有9天。更換軸承的原因是軸承座處振速超標。鼓風機廠家要求的振動測量標準是每個軸承座在水平、垂直方向的徑向、軸向的振速值都要≤6.3mm/s，因此在軸承振速超標后我們就進行更換。但是我們更換的振速超標軸承大多數情況下看不出有損壞的地方，軸承振速超標應該不是軸承損壞，而是有別的原因，我們對其進行了跟蹤分析處理：

3.1 聯軸器對中不良，同軸度超差容易引起風機振動

通常，我們使用的單級離心式風機，采用彈性圓柱銷聯軸器傳動時同軸度徑向偏差應≤0.08mm，軸向偏差應≤0.06mm。而這三臺曝氣鼓風機為多級離心式風機，氣體經過幾級連續壓縮后導致風機排氣端溫度超過室溫，產生熱膨脹。廠家要求風機正常運行中，溫度升高至穩定狀態后同軸度偏差應≤0.05mm。因此對多級風機冷態找正時需計算溫升補償量，然后對軸系進行正確的預偏，以保證風機運行后熱態時的同軸度。

我們檢修人員在風機剛開始運行的一年半多的時間里，風機及電機檢修后都用設備原來的墊片厚度，找正后風機運行良好。但之后由于頻繁檢修我們懷疑是對軸系的預偏誤差較大，于是對風機的熱膨脹量進行了重新計算調整并找正。過程如下：

3.1.1 測量計算熱偏移的數據（參考圖1）

A=軸的中心線到風機底座的的高度為720mm；

B=風機兩個螺栓之間的距離820㎜；

C=風機驅動端地腳螺栓孔到電機驅動端地腳螺栓孔之間的距離840㎜；

D=電機兩地腳螺栓孔之間的距離510㎜；

COE=鑄鐵的熱膨脹系數為0.000006”/℃

T（△t）=進氣機殼與排氣機殼之間的溫度變化約為60℃（由測溫儀測量）。

3.1.2 計算補償量并找正（參考圖2）

E=出口端溫度上升引起的熱膨脹量

=A×（△t）×0.000006=720 ×60 ×0.000006=0.26mm

F=電機前底腳補償值

=（C/B）×E=（840/820） ×0.26=0.27mm（負值）

G= 電機后底腳補償值

=﹝（C+D）/B﹞×E=（840+510）/820×0.26=0.43mm（負值）

注：（1）驅動端在進氣口一側時，進行冷機補償必須使用使電機軸線比風機軸線低一些；

（2）風機冷態時軸線位置為“0”，F，G的標準控制在十幾分之幾毫米以內。

根據此計算數據我們又進行了找正，之后設備軸承還是振速較高。于是我們與生產廠家進行了聯系，對找正問題進行了探討。

3.1.3 按廠家所給經驗數據進行找正

據風機廠家的技術人員介紹經驗：冷機補償時聯軸器徑向偏差和軸向偏差都約為0.10mm，如圖3所示，即：e=0.10mm，S=0.10mm。

由經驗值e=0.10mm，S=0.10mm可推出G、F的數值：

測量L1為310mm——支點A到聯軸器測量平面間的距離，mm；（如圖4所示）

測量L2為820mm——支點B到聯軸器測量平面間的距離，mm；

測量d為240mm ——聯軸器的計算直徑（百分表測量頭回轉直徑），mm。

根據找正計算公式可得：

F=L1×s/d+e

=310×（-0.10）/240+（-0.10） =（-0.13）+（-0.10） =-0.23mm

G=L2×s/d+e

=820×（-0.10）/240+（-0.10） =（-0.34）+（-0.10） =-0.44mm

由此可見，此值與先前計算的補償量相差極小，但我們還是對風機進行了重新找正。找正后軸承振速與先前相近，還是較高。為此，我們重新想辦法。

3.1.4 熱態找正

我們在對風機及電機冷態找正后，又增加了一道程序，讓設備運轉起來，等一切溫度正常后再次找正，即熱態找正。其中2014年7月22日對1號風機熱態找正數據達到了徑向偏差為0.005mm，軸向偏差為0.01mm，已經接近理想數值，但軸承還是使用時間不長后就振動超標了。

因此我們判斷聯軸器對中不良不是引起振動的主要原因。

3.2 曝氣部分阻力過大，使風機運行工況點接近了“喘振區”

事實證明，這是風機振速超標的主要原因。因為在2014年9月中旬生物池清理污泥后，風機的軸承振速降了下來，只有1.5mm/s左右。

3.2.1 “喘振”現象簡介

具有駝峰型特性的風機在運行過程中，當負荷減小，負載流量下降到某一定值時，出現工作不穩定現象。這時流量忽多忽少，一會兒向負載排氣，一會兒又從負載吸氣，發出如同哮喘病人“喘氣”的噪聲，同時伴隨著強烈振動，這種現象稱之為喘振。

3.2.2 “喘振”產生的原因分析

“喘振”的產生有內因及外因兩方面的因素，內因是風機本身由于流量很小時，氣流進入葉片的方向角βl與葉片安裝角βlA差值變大，即沖角i=β1A-βl增加，引起葉道中嚴重的氣流脫離，損失增加，風機的效率很快下降，甚至無法向管網中輸氣。外因是管網系統的，若管網阻力系數很大（即性能曲線比較陡），管網性能曲線很容易與風機性能曲線的左下部相交，而產生喘振。

圖5給出了具有駝峰型特性的離心風機的特性曲線。

圖中，曲線1是離心風機在某一轉速下的特性曲線，代表出口絕壓P2與入口絕壓P1之比與風機流量之間的關系，是一個駝峰曲線，駝峰點M處的流量為Qm。曲線2是管路特性曲線，正常工作點為A。可以看出，在駝峰點右側，工作時穩定的。因為任何偶然因素造成的工作點波動（例如流量增加），對于風機特性曲線1而言，壓力會減小，而對于管路特性曲線2而言，壓力會增加，這兩個相互矛盾的結果最終會使工作點返回到原來的位置，在駝峰點M的左側，這種情況正好相反，任何偶然因素造成的工作點波動將使沿風機特性曲線1上的壓力變化趨勢與沿管路特性曲線2上的壓力變化趨勢具有完全的一致性，其結果加劇了工作點的偏移，使之不能返回到原來的工作點上，風機的工作出現不穩定情況。

因此，駝峰點M右側的區域為穩定工作區域，駝峰點M左側的區域為不穩定工作區域。管網阻力增加會使處于駝峰右側的工作點向駝峰點靠近，工作點越靠近駝峰點M，越會出現工作不穩定的可能性。

3.2.3 處理措施及效果

（1）降低生物池的污泥濃度。因為鼓風機的負荷越大，發生喘振的幾率越大。在公司安排對生物池污泥進行了清理后，振動恢復正常值，就驗證了這點。因此，我們認為，在滿足工藝基本要求的情況下，盡量降低生物池的污泥濃度，減少耗氧量，以使鼓風機的工作負荷降低，離開喘振區域及工作不穩定區域。

（2）保證整個管路的通暢，經常對進口風道過濾網、曝氣頭進行了檢查，以避免堵塞，降低整個管路的阻力。

采取以上兩種措施進行處理后，三臺設備的振速都降了下來，在1.5mm/s～2.0mm/s，比設備剛開車運行時還小，噪聲也明顯減小。

4 結束語

經過半年多的頻繁檢修及原因分析、處理，幾臺曝氣風機終于能安穩運行。現在單臺風機的運轉周期已由最短的9天時間延長到8個月（具體運轉周期還需進一步繼續觀察），操作人員和檢修人員的工作量都大大降低，同時也大幅降低了檢修費用，確保了生化裝置的平穩運行。