石化生產中風機現場動平衡技術的研究及應用

傅樹霞，李 寧，段志宏，李 程

(1.廣東石油化工學院 廣東省石化設備故障診斷重點實驗室，廣東，茂名 525000；2.廣東石油化工學院 機電工程學院，廣東 茂名 525000；3. 廣東省特種設備檢測研究院 茂名檢測院，廣東 茂名 525000)

石化生產中風機現場動平衡技術的研究及應用

傅樹霞1，李 寧2，段志宏1，李 程3

(1.廣東石油化工學院 廣東省石化設備故障診斷重點實驗室，廣東，茂名 525000；2.廣東石油化工學院 機電工程學院，廣東 茂名 525000；3. 廣東省特種設備檢測研究院 茂名檢測院，廣東 茂名 525000)

分析了風機產生不平衡的原因，總結了現有現場動平衡方法，其中以影響系數法最為常用也最成熟，文末以一現場動平衡的實例闡述了影響系數法的應用。

風機現場動平衡;影響系數法;無試重現場動平衡;ANSYS動力計算

風機在石化行業生產中占據著重要地位，一旦風機出現故障，將對生產造成重大影響，更嚴重的會影響到車間工人的人身安全，因為振動問題應該引起重視。引起風機故障的振動原因，包括不平衡、不對中、松動、碰磨、旋轉失速等，其中不平衡是引起振動的主要原因。因此我們就風機不平衡的原因進行分析，總結了風機現場動平衡的常用方法，并用實例介紹其操作路程。另外我們總結了現場動平衡的常見問題及解決經驗，希望能給現場動平衡技術的實現提供一定的指導和幫助。

1 風機不平衡原因

風機與電機組成的回轉軸系，由于風機在使用過程中,粘泥脫落、葉輪葉片的磨損等原因，葉輪和主軸的回轉體裝配易出現質量分不均勻,質心偏移量超標問題。這時候整個回轉軸系圍繞旋轉軸轉動時，不均衡的分布質量產生離心力。這種不平衡離心力作用在轉子軸承上，引起軸承劇烈振動，加速軸承磨損，減少軸承使用壽命，增加動力損耗，影響鄰近的機械精確度與正常功能，產生噪聲，給操作者帶來困擾和負擔，嚴重時導致設備事故發生。

2 風機現場動平衡方法

動平衡方法主要分為動平衡機平衡法，現場整機動平衡法和在線動平衡法。其中動平衡機平衡法需要拆卸轉子放置到動平衡機上進行校正，這就需要專用的動平衡機。而且動平衡機的運作工況與現場實際生產工況之間存在差別。對于較大型的轉子，拆裝、運輸都存在困難。 在線動平衡結構復雜，對平衡模塊的控制精度要求極高，性價比低。考慮動平衡的經濟性和可行性以及大型風機轉子的結構特點，現場整機動平衡是最為簡單實用的，可以實現高速動平衡，足以滿足其平衡要求。

風機現場動平衡常采用的方法有影響系數法，三點四圓法，ANSYS動力計算一次配重法等。影響系數法是最常采用的一種方法。

2.1 三點四圓法

(1) 這種方法是在電測技術不是很發達的時代使用的方法，但是在生產中得到一定的應用[1-2]。三點四圓法簡單理解就是測三個點，然后等分圓周，再畫四個圓，根據交點判斷配重的大小和相位。三點四圓法需要多次啟停機，操作比較復雜，而且需要手工繪圖，誤差相對較大。

2.2 影響系數法

影響系數法是使用最早，也是目前現場生產中最常采用的一種平衡方法,已經廣泛應用于現場生產中[4-5]。隨著經驗的積累，電測技術的發展，現在的影響系數法已經趨于成熟。

影響系數法是根據線性振動理論，求得影響系數并計算出校正質量。以單面現場動平衡為例，其理論上的計算步驟如下(所有角度均以鍵相位置為起點，逆轉速方向計量)：

設風機的不平衡質量為M；初始振動值A=A

計算影響系數a=(B-A)/G

影響系數成功的關鍵在于找到正確的影響系數，但是因為測點選擇不當、測量記錄不準等會對計算結果產生一定的影響，因此我們需要一定經驗的指導，在常見問題與總結中我們列出了一些影響系數法使用中的一些經驗。

但是影響系數法由于啟停機次數頻繁，對于大型機組，動平衡校正仍然需要很長的時間，所以無試重的現場動平衡方法受到關注。

2.3 無試重現場動平衡方法

無試重現場動平衡方法是近些年大家研究的一個熱點，因其啟停機次數少而倍受青睞。其中分為兩種，一種是ANSYS等軟件模擬，一種是通過實驗研究尋找配重值與不平衡量值的對應關系式，前一種方法已經用于實際生產[6]，后一種還在研究中。

2.3.1 ANSYS動力計算無試重法

該方法是利用ANSYS有限元軟件，利用轉子動力學原理，根據風機轉子的主要尺寸、質量參數進行建模，分析轉子動力特性，準確計算轉子的失衡模式與所需配重。同時使用速度傳感器在軸承箱進行數據采集，以確定配重相位[7]。

這種方法對軸系的動態特性進行計算，同時優化分析了參數，方便、直觀，大大減少了啟停機次數，縮短現場檢修時間與費用。但是這個方法要求操作人員有專業計算機知識，熟練掌握ANSYS動力學計算軟件，并且要了解風機轉子尺寸、質量參數及結構，實施起來，有一定難度。

2.3.2 無試重現場動平衡的實驗研究

根據現場動平衡實驗原理，自行設計配重平衡盤，通過實驗，探索不同轉速下平衡配重與平衡量的關系。經過實驗，得到了低轉速下平衡配重與對應平衡量的數學關系式，并在實驗中驗證該方法的可行性[6]。

3 風機現場動平衡的實例

某石化公司動力廠熱電一風機的振動出現異常，對其進行故障診斷。

該風機的參數如表1。

表1 風機參數

風機測點示意圖見圖1。

圖1 風機測點示意圖

車間反映風機B-6503A振動較大，動設備所對該機組振動大問題連續跟蹤監測了兩天，用測相位、測振及頻譜分析的手段監測其運行狀況，振動數據如下：

3.1 現場實測數據(單位：mm/s)

原始振動實測數據見表2。

表2 原始振動實測數據

3.2 相位測量數據 相位角度

原始相位測量數據、相位角度見表3。

表3 原始相位測量數據、相位角度

結合振動頻譜分析，風機東、西兩端水平測點3H、4H一倍頻成分幅值非常大，同時還伴有較明顯且豐富的3、4、5、6諧頻成分，風機兩端相同方向相位差接近0°，風機同一端的水平和垂直的相位差接近90°，這兩點符合轉子不平衡故障特征。

因此分析判斷主因是轉子不平衡造成振動加大(其中水平振動最大)，于是對轉子進行平衡校正。

測得初始不平衡振動值，3測點處為7.36mm/s∠83°,4測點處為9.10mm/s∠289°。根據經驗公式，第一次試重值取120g∠55°，啟機，測振動值，3測點為6.52mm/s∠57°，4測點為5.81mm/s∠193°。停機，取下第一次試加重，進行第二次試加重80g∠234°。啟機，測振動值，3測點為4.73mm/s∠15°，4測點為8.52mm/s∠73°。最終計算得3測點配重為323g∠82°，4測點配重為128g∠146°。

配重后，啟機測點振動值如表4。

表4 動平衡后振動值 mm/s

振動值明顯下降，平衡效果良好。

4 結論

現場動平衡的幾種方法，雖然產生時間不同，各有優勢和不足，但是這幾種方法依然同時被采用。其中影響系數法相對比較成熟，但是其啟停機次數多，效率相對較低。無試重動平衡方法雖然啟停機次數較少，但是需要專業技術人員才能實現。各種動平衡技術均有其繼續發展的空間，總體來說現場動平衡技術的研究將趨向于簡便化，易于工廠工人操作的方向。

[1] 崔靜澎.三點法找動平衡在大型風機上的應用[J].民營科技，2013(2):43.

[2] 李升明.三點法找動平衡在發電廠排粉風機的應用探討[J].電力學報，2013，28(01)：85-87.

[3] 王汝美.三點四圓法找動平衡[J].煉油設備設計，1982(6):67-69.

[4] 王峰林,安麗娜,王麗娥,等.離心風機現場動平衡技術的實踐[J].節能技術，1998(5):13-15.

[5] 王志強.影響系數法在引風機現場動平衡中的分析與應用[J].煤，2011(2):37-41.

[6] 吳潘越，郎 博，金 穎，等.利用ANSYS動力學計算實現燒結風機現場動平衡一次配重法[J].科技資訊，2014(36):47.

[7] 王維民,高金吉,江志農, 等.旋轉機械無試重現場動平衡原理與應用[J].振動與沖擊，2010，29(2)：212-215.

[8] 張祿林，段滋華，李多民，等.無試重的動平衡技術的研究[J].機床與液壓，2014，42(9):114-116.

(本文文獻格式：傅樹霞，李 寧，段志宏，等.石化生產中風機現場動平衡技術的研究及應用[J].山東化工，2016，45(12)：108-109，113.)

Status Research of Fan Site Balancing used in Petrochemical Production

Fu Shuxia1, Li Cheng2,Duan Zhihong1,Li Cheng3

(1.Guangdong Petrochemical Equipment Fault Diagnosis Key Laboratory, Guangdong University of Petrochemical Technology, Maoming 525000, China;2.College of Mechanical and Electrical Engineering,Guangdong University of Petrochemical Technology,Maoming 525000,China；3.Guangdong Institue of Special Equipment Inspection and Research Maoming branch,Maoming 525000, China)

We analysis the cause of fan unbalance and summarize site balancing method which is used in the factory now.Among them, the influence coefficient method is most common and mature.The application of influence coefficient method is described through an example at the end of the article.

fan site balancing;the method of influence coefficient;no trial weight site balancing;ANSYS dynamic calculation

2016-04-26

廣東省普通高校國際暨港澳臺合作創新平臺及國際合作重大項目(編號：2015KGJHZ026)

傅樹霞(1988—)，女，山東德州人，碩士研究生，主要研究方向為轉子動平衡。

TH113.2

A

1008-021X(2016)12-0108-02