離心風機的振動原因探析

于有江

大慶煉化公司聚合物一廠聚丙烯酰胺四車間 163411

離心風機的振動原因探析

于有江

大慶煉化公司聚合物一廠聚丙烯酰胺四車間 163411

離心風機最常見的故障現(xiàn)象是“振動”，本文筆者從現(xiàn)象到理論上進行了分析，并且提出了消除的途徑，以利于維護、檢修工作水平的進一步提高。

離心風機；振動原因；分析

1 引言

離心風機的運行是否穩(wěn)定、安全可靠，不僅對工廠的正常生產(chǎn)是十分關(guān)鍵的，而且將保證單位所需的能源。所以，努力保證其平穩(wěn)、安全運行是設(shè)備維護、檢修工作的主要內(nèi)容之一。

2 離心風機振動現(xiàn)象與原因

機械故障產(chǎn)生的原因是多種多樣的，離心風機發(fā)生的故障從結(jié)果上看，同其他各類通用機械相比，因其結(jié)構(gòu)簡單，在運轉(zhuǎn)過程中相對摩擦較小，故直接因磨損而產(chǎn)生的故障較少。但在運行過程中大部分故障及事故產(chǎn)生的表觀現(xiàn)象幾乎為振動，當振動加劇、增強到一定幅值便引發(fā)故障或事故。

運動的機械就會產(chǎn)生振動，離心風機也是如此。正常情況下，由于其振動是一種隨機振動，振動參數(shù)總是在某一平均值附近波動，隨時間變化而變化的現(xiàn)象不明顯。以目前普遍使用的離心鼓風機來看，其運行正常時各支撐點的表測振幅小于0.44 mm，基本可視為無異常。但由于生產(chǎn)工藝流程中不定因素的原因和機組檢修有誤的可能，時有使機組振動加大造成被迫停機，甚至機組部件損壞的現(xiàn)象發(fā)生，故對其產(chǎn)生的原因進行分析后提出正確處理措施是必要的，也是適用的。

2.1 轉(zhuǎn)子不平衡

風機轉(zhuǎn)子是鼓風機的核心部分，在制造過程中，存在著形狀不對稱、材質(zhì)的不均勻、熱處理變形、加工及裝配誤差等原因，不可避免地存在著偏心質(zhì)量。設(shè)偏心質(zhì)量為m，偏心距為e，轉(zhuǎn)子以一定角速度～轉(zhuǎn)動時，偏心質(zhì)量m產(chǎn)生的離心力：

Fo=mew2

投入運行的機組在經(jīng)過一段時間后，其振幅會發(fā)生變化，一般是由小到大的趨勢。引起振幅變化的原因就是m與e發(fā)生變化，主要發(fā)生在以下部位：

(1)轉(zhuǎn)子葉輪的鉚釘，因葉片腐蝕、疲勞后脫落。

(2)局部的不均勻腐蝕、穿孔。

(3)轉(zhuǎn)子葉輪流道的堵塞、掛渣等造成動不平衡力矩的增大而引起風機的振動增大，破壞機組的正常運行。

由于轉(zhuǎn)子不平衡引起振動加劇的特征現(xiàn)象主要有下述幾種表現(xiàn)：

(1)振動的頻率與轉(zhuǎn)速同頻。

(2)振幅隨轉(zhuǎn)速和負荷的增加而加劇。

(3)在通過臨界轉(zhuǎn)速時振動加劇(剛性軸除外)。

2.2 氣流旋轉(zhuǎn)脫離和喘振造成的振動

離心風機的喘振是其本身固有的特征，一般認為離心風機喘振現(xiàn)象包含兩方面的因素：離心風機的氣流在一定條件下出現(xiàn)“旋轉(zhuǎn)脫離”是產(chǎn)生喘振的內(nèi)在因素；與離心鼓風機聯(lián)合工作的管網(wǎng)系統(tǒng)的特征是其外界條件。只有外界條件適合于內(nèi)在因素時，離心風機才發(fā)生喘振現(xiàn)象。由于管網(wǎng)阻力的增加，管網(wǎng)特性曲線左移，致使風機工況點向小流量偏移。風機的流量Q減少，而使氣體進入葉輪和葉片擴壓器的正沖角增加，附面層分離區(qū)擴大，產(chǎn)生相對于葉輪旋轉(zhuǎn)方向的“旋轉(zhuǎn)脫離”，而使葉輪前后壓力產(chǎn)生強烈的脈動。當流量QJ少到Qmin時，上述的正沖角增加得更大，分離區(qū)隨著擴大，由于旋轉(zhuǎn)脫離而引起的強烈周期性振動，致使鼓風機不能穩(wěn)定工作，出口壓力會突然下降，而管網(wǎng)中氣體壓力并不同時下降，這時，管網(wǎng)中壓力戶，大于出口壓力戶，，即P1＞P2。因而管網(wǎng)氣流倒流向鼓風機，直至兩者壓力達到新的平衡，即P1′=P2′，這時，鼓風機又開始向管網(wǎng)壓縮氣體，鼓風機恢復(fù)正常工作，使管網(wǎng)中氣體壓力升高。

風機發(fā)生喘振時的特征表現(xiàn)主要有下述幾種：

(1)氣流參數(shù)產(chǎn)生大幅度脈動，各類顯示儀表可觀察得到波動。

(2)聲音異常，一般會發(fā)生周期性的脈動噪音，周期性的呼哧、呼哧聲。

(3)機組振動加劇，一般多為低頻振動，振動頻率與管網(wǎng)容量的平方根成正比。

2.3 部件損壞引起的振動

除上述原因引起的振動外，尚有許多安裝及檢修不當，運轉(zhuǎn)中零部件損壞等原因引起的振動，主要表現(xiàn)在：

2.3.1 動、靜部分發(fā)生的摩擦

動靜部分發(fā)生摩擦，多與安裝不當或機組溫度過高、部件變形、檢修不細致等原因有關(guān)，其振動產(chǎn)生的特征現(xiàn)象主要是：

(1)振動加劇；

(2)振動頻率分布較寬，范圍為2～8倍速頻頻率；

(3)啟動或停車時可聽到金屬摩擦聲。

2.3.2 聯(lián)軸器對中不良

主要是安裝檢修不當造成，其特征表現(xiàn)主要是：

(1)振動加大，主要發(fā)生在聯(lián)軸器附近的兩個軸承上；

(2)振動隨機組負荷的增加而增加；

(3)振動頻率一般為2～3倍低速頻頻率。

2.3.3 軸承故障引起的振動

軸承故障產(chǎn)生的原因，大多是因軸承間隙擴大、潤滑系統(tǒng)及油質(zhì)不良等原因造成，它引起的振動表現(xiàn)特征一般為：

(1)機組振動加大，甚至發(fā)生強烈搖動；

(2)回油溫度超過正常值許多。

部件損壞引起的振動是多種多樣、多原因的，正確分析及判斷靠日常積累的實際經(jīng)驗來確定，必要時可借用設(shè)備故障監(jiān)測及診斷來分析判斷，我廠曾利用設(shè)備診斷技術(shù)及時發(fā)現(xiàn)了主電機軸瓦掉塊、主軸對中不良等原因引起的振動，避免了機組進一步劣化而導(dǎo)致事故的發(fā)生。

3 風機振動消除的主要方式

由上述各種原因引發(fā)的機械振動會使鼓風機的轉(zhuǎn)子及定子部件受到交變的動應(yīng)力而損壞密封和軸承，甚至發(fā)生轉(zhuǎn)子與定子相碰撞摩擦，壓送的氣體外泄，引起著火爆炸等惡性事故的發(fā)生，因此對其必須力爭盡早發(fā)現(xiàn)、盡快判斷、盡力消除。

3.1 動不平衡的消除

對于動不平衡的消除方法目前有兩種，一是理論計算法，實際生產(chǎn)中很難應(yīng)用，且計算繁瑣，一般不使用。另一種就是普遍采用的借助于動平衡試驗機，采用多次試重法，在滿足振幅最小或允許范圍內(nèi)進行加重或減重。以減少或消除偏心質(zhì)量，使轉(zhuǎn)子恢復(fù)平衡精度。我廠采用的是自制的低速動平衡機，利用三點加重法測試轉(zhuǎn)子的動不平衡量，動不平衡量及坐標找定后，采用加重法或去重法來消除不平衡量，使轉(zhuǎn)子達到動平衡要求。

3.2 離心風機喘振現(xiàn)象的消除

從前述分析中已知，離心風機喘振的發(fā)生主要與管網(wǎng)狀態(tài)變化及機組運行調(diào)節(jié)有關(guān)，而與機械部分無關(guān)。因此，喘振現(xiàn)象的消除主要集中在系統(tǒng)操作上。

我廠風機喘振現(xiàn)象主要在開機、倒機或管網(wǎng)阻力波動時發(fā)生，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)開機時，操作人員操作不當，出口閥門未能及時迅速打開，致使機組在小流量狀態(tài)下運轉(zhuǎn)，發(fā)生喘振。此時及時糾正，迅速開啟出口閥，加大流量，使機組在正常工況曲線運行即可消除。

(2)倒機時發(fā)生喘振，主要表現(xiàn)在雙機并聯(lián)管網(wǎng)上，此時一機正常運行，一機欲停，備機欲開狀態(tài)下，如指揮不當，容易造成開、停兩臺機因“爭風”而處于小流量下，致使喘振發(fā)生；或停機出口閥門關(guān)閉后，新啟動的機組因啟動緩慢，受正常運行機組壓力阻攔而帶不上負荷，使其在喘振狀態(tài)下運行。對此情況，可將欲停機迅速關(guān)閉，急速啟動備機達正常工況；如因帶不上負荷，可短時間減少運行機的負荷，待啟動機帶上負荷后，再將兩機聯(lián)合調(diào)整正常，即可消除。

(3)管網(wǎng)阻力波動，主要有兩方面，即鼓風機機前吸力受阻和機后壓力升高，此時只要找出原因，及時調(diào)整工藝，即可排除異常。

(4)因零部件受損而引起振動的消除，則主要靠停機運行檢修，排除缺陷，恢復(fù)正常即可。

4 結(jié)語

離心風機是煉化工廠重要機械設(shè)備之一，對風機振動產(chǎn)生的原因從理論上進行分析，結(jié)合實際進行準確的判斷，并針對故障現(xiàn)象探討消除方式，能夠?qū)︼L機的維護、檢修、操作以及運行有一定的幫助，為保證其良好運行狀態(tài)，避免故障及事故發(fā)生，起到一定的作用。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.08.078