轉爐煤氣離心風機轉子動平衡修復技術要點

王國君，肖任情

（湖南華菱漣源鋼鐵有限公司能源總廠，湖南婁底 417009）

前言

離心風機作為一種高效、節能的氣體輸送設備，廣泛應用于鋼鐵企業煤氣的加壓和輸送。轉爐煉鋼生產過程中的副產品煤氣，含有一定量的粉塵，通過電除塵系統處理后進入轉爐煤氣離心風機的煤氣仍殘留部分粉塵、冷凝水等酸性腐蝕介質，此時的粉塵顆粒小、成分復雜、不均勻堆積、腐蝕性強，且粉塵與風機轉子黏結強度高，易形成硬度較大的塊狀、絮狀物，導致轉子動不平衡量過大，再加之電化學腐蝕、沖擊腐蝕和應力腐蝕嚴重，導致離心風機振動經常偏高［1］。由振動帶來的一系列設備問題，如轉子變形、轉子軸彎曲、轉子軸磨損、風機地腳螺栓松動等，又會進一步增加動不平衡量，形成惡性循環，嚴重時能造成破壞性事故。

漣鋼轉爐煤氣加壓站用于一煉軋轉爐煤氣的回收加壓，選用3 臺煤氣離心風機，2 個備用轉子。由于一煉軋至轉爐加壓站的管道距離較短，粉塵較多，運行期間長則月余短則一周，轉子就會出現積灰腐蝕、振動超標的現象。振動主要體現在離心風機軸承座軸向振動和徑向振動，其中軸向振動明顯異常，靜不平衡和力偶不平衡同時存在，需要進行平衡修正。通過平衡校正的工藝修復措施可改變轉子的質量分布，使各質心的離心慣性力相互平衡，將風機振動控制在允許的范圍內。

振動超標時需對加壓機進行檢修，更換備用轉子，同步下線轉子，由專業動平衡修復廠家對轉子進行動平衡修復。由于修復需要24 h 內返廠，時間緊、難度大，且年度總修復數量也較多，因此，明確轉子動平衡修復技術要點，可避免出現線下轉子動平衡數據合格，而上線后振動超標的“假動平衡”現象，或者轉子反復校正調試，動不平衡量依然不合格等情況。

1 轉子簡介

離心風機額定工作轉速2 970 r∕min，風機傳動方式為D 型聯軸器連接，傳動方式示意圖見圖1，運行方式為變頻調速。該轉子采用單級懸臂式結構，轉子的結構和基本尺寸見圖2，軸瓦形式為剖開式橢圓滑動軸承，轉子總重M為690 kg，葉輪重490 kg，葉輪材質為Q460，葉輪直徑D為1 220 mm，葉輪寬b為110 mm，軸承跨距為820 mm，轉子總長L為1 640 mm。

圖1 風機傳動方式（D型聯軸器連接）

圖2 轉子的結構和基本尺寸

2 動平衡修復前注意事項

轉子下線前，需對離心風機軸承振動進行分析判斷，排除聯軸器對中偏差大、地腳螺栓松動等原因，確認振動的主要原因是由于轉子的動平衡被破壞造成的。

轉子轉運過程應做好固定措施和遮雨、防潮、防銹措施，儲存地點應干燥通風，轉子儲存離地有一定高度，轉運、儲存過程中需避免主軸彎曲變形。

轉子動平衡修復前首先用高壓水槍、角磨機等設備清理轉子附著的粉塵、銹蝕等雜物，嚴禁用火焰切割設備對轉子進行清理。清理后對轉子主軸徑向圓跳動進行測量，徑向圓跳動應≤0.02 mm，以防止主軸彎曲變形，校正后出現假動平衡現象。檢查傳動軸各軸瓦及支承位置是否存在磨損，葉輪、聯軸器是否松動。同時再對葉輪葉片進行仔細檢查，對可能出現的輕微裂紋進行補焊，若有較長裂紋或裂紋數量較多，則轉子只能報廢處置。

3 動平衡修復技術要點

3.1 平衡面的選擇

動平衡的修復校正是在垂直于主軸中心線的平面上進行，此平面稱為校正平面。通常情況下，帶有外伸端的懸臂轉子，轉子輪盤的質量約占整個轉子質量的1∕2。由于軸段回轉體具有均勻對稱的特點，一般情況下軸的不平衡量相對于輪盤帶葉片的不平衡量要小得多，因此，軸不平衡量可以忽略不計，主要不平衡量集中在輪盤轉動平面上，平衡校正面宜選在外伸端的輪盤左右兩個平衡面上［2］（即圖2所示的左校正平面和右校正平面）。這樣做一方面是便于對轉子添加或去除重量，另一方面也能最大程度增加校正半徑，減少校正配重。

3.2 校正質量

葉輪前盤厚度為8 mm，后盤厚度為12 mm，如去重較多則會對葉輪強度有影響，因此，僅當葉輪需要的校正質量很少時，才允許在不平衡的偏重方向上避開焊縫位置用砂輪或角磨機磨削，減少配重量，且被磨削表面不得出現局部退火現象，磨削面與葉輪原始面光滑過渡，不得出現凸棱、毛刺。磨削深度不得使輪盤厚度小于原厚度的75%，并可以適當擴大打磨區域。當葉輪前盤厚度≤6 mm，后盤厚度≤9 mm時，則不再允許對輪盤進行打磨去重。

正常進行動平衡修復校正時，通常使用的方式為焊接平衡塊校正。配重塊的材質應與被焊母材相同，即使用低合金Q460 鋼板，且厚度不得大于被焊母材的厚度，即左校正面配重塊厚度＜8 mm，右校正面配重塊厚度＜12 mm。在葉輪輪盤外側上，配重塊四周應進行滿焊施工，對棱角進行倒角或圓角處理，外形應整潔，焊縫不得出現裂紋，不得有焊渣。在同一校正平面上，配重塊的數量不得超過4塊，不得采用其他隨附物進行補償。當配重塊的數量超過4 塊時，必須割除原有配重塊，然后重新開始校正。配重塊數量越少，越能減少運行時粉塵積附，有利于轉子的長效運行。

3.3 校正方式

參考《機械振動 恒態（剛性）轉子平衡品質要求第 1 部分：規范與平衡允差的檢驗》（GB∕T 9239.1—2006），如果盤狀轉子的支撐間距足夠大且旋轉時盤狀部位的軸向跳動很小，即可以忽略偶不平衡（動平衡），進行單面（靜）平衡校正。同時《石油、石化和天然氣工業用離心泵》（API STD 610—2021）中對高速泵旋轉零部件動平衡的要求是當被平衡零部件的外徑與其寬度的比值為6 或更大時，允許只在一個平面上做動平衡。對于上線運行時間較短的新轉子，由于葉輪只發生了輕微的腐蝕，轉子也沒有發生撓曲變形，轉子的不平衡量很小。轉子直徑D與兩校正面的距離b之比，D∕b=11.09，比值＞6，因此，此類轉子可歸于盤類轉子，可對葉輪積灰進行清理后，在一個平面上做動平衡，即靜平衡校正。

為了提高整個轉子的平衡精度，在葉輪安裝之前對軸、葉輪應單獨進行一次平衡校正。把軸和葉輪作為單獨的剛性軸和單級葉輪，分別采用剛性轉子的平衡技術進行動平衡校正，避免把軸的不平衡量引入到轉子葉輪中來。各部件的不平衡度均應小于轉子總成的不平衡度，新采購回來的轉子，轉子總成的各部件在上線前已經進行了分別動平衡及整體平衡，轉子上線后重新動平衡修復可以不拆卸葉輪、軸、半聯軸器，進行整體動平衡校正。

若轉子更換或拆卸過葉輪、聯軸器或其他較大零部件，后未進行過動平衡校正，動平衡校正前應當提前告知動平衡修復單位。

3.4 動平衡的精度等級選擇

《機械振動 恒態（剛性）轉子平衡品質要求第 1部分：規范與平衡允差的檢驗》（GB∕T 9239.1—2006）規定了各類設備的平衡精度等級，其中離心風機類設備平衡精度等級應不低于G 6.3。

風機轉子出廠動平衡精度等級達到了G 1.0，殘余不平衡量在1 g 左右，綜合考慮平衡精度要求、經濟性及實際情況，動平衡修復校正最終選擇精度等級為G 2.5。

3.5 動平衡轉速的選擇

轉子平衡校正時轉速的選擇要合理，如果轉速過高，則平衡機的啟動功率、操作時間、潤滑保養均要比低速時要求高。如果低速平衡能滿足轉子的使用和技術要求，則不建議選用高速平衡。在保證精度的前提下，盡可能在低速做平衡校正，能延長平衡機的使用壽命。但如果設備的傳感器靈敏度較低，為了放大離心力產生的不平衡信號，則需要適當提高轉子的轉速，從而得到更加精確的數據［3］。

3.6 允許不平衡質量的計算

允許不平衡質量的計算公式為：

式中：Mper—允許不平衡質量，g；

M—轉子的質量，kg；

G—轉子的平衡精度等級，mm∕s；

r—轉子的校正半徑，mm；

n—離心風機的額定轉速，r∕min。

因轉子是雙面校正動平衡，故分配到每個校正面的允許不平衡質量為4.55 g。若做單面靜平衡，則Mper值就是該轉子的允許不平衡質量。

4 動平衡修復注意事項

（1）轉子平衡精度等級、風機額定轉速、轉子校正半徑、葉輪材質等參數需再次確定，并對轉子自身質量進行稱量，對轉子允許不平衡質量進行計算。

（2）平衡前，校驗員須檢查動平衡機基礎是否牢固、平穩，且讀數靈敏，并檢查轉子上的聯軸器、鍵、葉輪扣緊螺母等零件是否固定牢靠，用百分表校準主軸、葉輪、聯軸器的跳動是否在合理的范圍內。

（3）啟動動平衡機前應確保葉輪周邊安全，旋轉方向無作業人員，防止轉子旋轉后，灰塵、鐵銹等雜物飛出傷人。

（4）試重質量大小要合適，配重塊盡量加在原始不平衡的反方向，既要引起一定的振動變化，又不能引起過大的振動變化。

（5）啟動動平衡機，應緩慢加速至平衡轉速。通過試加配重，平衡機自動算出轉子初始不平衡量及相應的相位坐標，記錄該數值和坐標，并在葉輪相應位置處用記號筆標記出來。重復操作2 次，觀察數據是否穩定。根據試驗得出的數據，確定軸的各部件連接緊密，無竄動發生，數據基本無變化，取第一次的數值即可。

（6）如校驗員懷疑平衡機測量數據的準確性，可以更換其他試加配重質量或調整配重相位角度，重復校驗。

5 結束語

通過對轉子進行靜、動平衡的修復校正，可減小轉爐煤氣離心風機的振動，提高風機工作的穩定性及可靠性。明確風機轉子動平衡修復的注意事項和技術要求及要點，可為鋼鐵企業技術人員和動平衡修復人員提供指導，使其快速、準確地完成轉子動平衡修復，提高平衡精度，減少動平衡修復和離心風機的檢修工作量，延長轉爐煤氣風機檢修周期，降低轉爐煤氣的拒收率，為企業的正常生產和能源利用保駕護航。