風機葉輪與軸系不平衡分析與對策

趙曉利

（南通醋酸纖維有限公司，江蘇 南通 226008）

一、料倉輸送風機簡介

料倉輸送風機電機型號YAG-200L2-2W，功率30kW，轉速1 480r/min；風機轉速3 092r/min，葉輪葉片12個，皮帶輪與風機軸的配合為錐套鎖緊結構。測點布置和結構簡圖見圖1。

二、離心風機常見故障分析

1.葉輪與軸系的不平衡特征

（1）懸臂轉子可產生一倍頻轉速頻率的軸向力，引起軸向振動，這種軸向振動等于或大于徑向振動幅值。

（2）通常懸臂轉子除了產生力不平衡之外，還產生大的力偶不平衡。

（3）對于單純懸臂轉子不平衡，在測點3處的軸向方向振動相位將近似等于測點4處的軸向方向振動相位 (±30°)。該振動相位差另外還取決于其他諸如不對中、共振等影響因素，其數值反應了不平衡故障占優勢的程度。

2.轉子不平衡原因和危害

轉子不平衡原因主要有轉子結構不對稱、材質不均勻、制造誤差、安裝誤差、零部件的變形及移位、零件結垢及破損。在維修作業過程中，維修人員在發現風機皮帶輪磨損或葉輪變形后，通常僅更換葉輪與軸系的局部部件，這樣葉輪與軸系的剩余不平衡質量將有可能產生疊加，產生新的不平衡量，從而產生較大的振動。轉子不平衡將導致轉子振動變大，葉輪與軸系承受較大應力，因此設備在較大振動下長期運行存在較高的安全風險；另外大的振動還將產生噪聲污染，同時大的振動還將導致設備能量損耗增加。

圖1

三、診斷分析

1.振動檢測

運用COMMTESTVB3000數據采集器對風機各測點進行了振動檢測。風機轉速3 092r/min，各測點分布與檢測數據如表1所示。振動特征是風機軸承座軸向振動大于垂直方向幅值，水平方向帶輪中心連線方向振動表現顯著；風機振動幅值隨轉速變化而顯著上升，分析風機可能存在共振或不平衡。

2.頻譜分析

通過對風機振動頻譜（圖2）分析發現，振動以風機基頻率振動為主，其他頻率成分振動能量很小，這更確定了風機存在共振或不平衡。

表1 mm/s

圖2

3.相位分析

再對風機軸承座水平方向和垂直方向相位差進行檢測發現，測點3、4單個軸承座水平垂直方向相位差分別為96°和105°，接近90°，排除共振可能，因為共振該相位差特征應表現為0°或180°。另外測點3、4水平方向和垂直方向相位差分別為145°和150°，接近180°，測點3、4軸向振動相位差為18°<30°，進一步證明了風機轉子系統存在不平衡。

圖3

四、對策

1.更換備用葉輪

維修人員根據振動分析指導意見更換一備用葉輪，該葉輪出廠前已用平衡機動平衡過。更換葉輪后測點3振幅由23.574mm/s降至13.148mm/s，測點4振幅由24.917mm/s降至12.421mm/s。更換葉輪起到一定效果，但是未能徹底解決振動問題，經過檢測風機更換葉輪后頻譜特征與更換葉輪前相似，只是振動能量小了一些。更換葉輪后的頻譜圖見圖3。

2.風機進行現場動平衡調試

更換備用葉輪后頻譜顯示風機仍然存在一定的不平衡量，于是決定實施現場動平衡。首先在風機兩軸承座水平方向同時安裝好2個加速度傳感器及鍵相計，采集不平衡轉子的原始數據。然后試加重到平衡面上去，進行另一組振動數據采集，此時儀器顯示推薦修正質量，接著將修正質量加到相應的平衡面上即完成動平衡過程。結果在葉輪邊緣打孔固定一5g螺絲，開車測試風機運行正常。

[1]黃昭毅.簡易振動診斷現場實用技術 [M].北京：機械工業出版社，2003.

[2]廖伯瑜.機械故障診斷基礎 [M].北京：冶金工業出版社，2002.

[3]黃文虎，夏松波，劉瑞巖.設備故障診斷原理、技術及應用[M].北京：科技出版社.