一次加重現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)在鍋爐引風(fēng)機(jī)檢修中應(yīng)用

杜永春，楊生貴

（廣西華銀鋁業(yè)有限公司設(shè)備部，廣西德保 533700）

0 前言

廣西華銀鋁業(yè)有限公司熱電廠有220 t/h鍋爐5臺(tái)，配有30臺(tái)風(fēng)機(jī)，其中LH-BR260SW引風(fēng)機(jī)10臺(tái)。受煙氣粉塵氣流的沖刷，風(fēng)機(jī)葉輪葉片出現(xiàn)不同程度的磨損。同時(shí)，受運(yùn)行條件變化、結(jié)垢等原因影響，出現(xiàn)質(zhì)量偏心，引起轉(zhuǎn)子不平衡從而產(chǎn)生振動(dòng)。鍋爐風(fēng)機(jī)約有60～70%的振動(dòng)故障是由于轉(zhuǎn)子不平衡所引起的，所以轉(zhuǎn)子不平衡是鍋爐風(fēng)機(jī)的主要故障。現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡方法就是解決此類故障的有效手段。

1 轉(zhuǎn)子平衡方法的比較

風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子常用的平衡方法主要有4種：①專用平衡機(jī)平衡法。該法需要專用平衡機(jī)，并要將轉(zhuǎn)子從現(xiàn)場(chǎng)卸下，運(yùn)輸?shù)跹b到平衡機(jī)上，對(duì)于工礦企業(yè)來(lái)說(shuō)，這種方法工作量大、費(fèi)時(shí)，成本較高，所以該法主要用于制造廠。②3點(diǎn)平衡法。該法可以現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，在轉(zhuǎn)子的圓周上選取互為120°的3個(gè)點(diǎn)分別試加重量，用測(cè)振儀分次測(cè)出振動(dòng)狀態(tài)，按比例作圖求出不平衡量的大小與位置。該法要至少啟動(dòng)設(shè)備5次，平衡精度不很理想。③2點(diǎn)3圓平衡法。該法可以現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，測(cè)試中把一定質(zhì)量的試重塊分別加在轉(zhuǎn)子同一圓周平面的2個(gè)點(diǎn)上，用測(cè)振儀分次測(cè)出振動(dòng)狀態(tài)，以此作3個(gè)圓并交匯于一點(diǎn)，以此求出不平衡量的大小與位置。這種方法需要啟動(dòng)設(shè)備至少4次，平衡精度不是很理想。④影響系數(shù)法。此法要利用專業(yè)儀器測(cè)量風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子初始和試加重量后的振動(dòng)相位和幅值，根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)和試加重量，計(jì)算出影響系數(shù)，再通過(guò)影響系數(shù)計(jì)算出不平衡質(zhì)量的位置和大小。該方法實(shí)施動(dòng)平衡至少需要啟動(dòng)設(shè)備3次，是一種快速、高效、高精度的現(xiàn)場(chǎng)平衡法，也是較為常用的一種方法。

從以上比較可以看出：3點(diǎn)平衡法或2點(diǎn)3圓平衡法完成風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡校驗(yàn)，都需要多數(shù)啟停設(shè)備，既影響生產(chǎn)和電機(jī)及軸承的使用壽命，又會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成較大沖擊；影響系數(shù)法也至少要啟動(dòng)機(jī)組3次。而采用一次加重平衡法只需啟停設(shè)備2次，所以該方法能有效提高平衡效率，減少對(duì)正常生產(chǎn)的影響，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

2 一次加重平衡法研究

一次加重平衡法就是在現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡校正中，對(duì)轉(zhuǎn)子僅進(jìn)行一次加重設(shè)備振動(dòng)即合格的一種方法。其關(guān)鍵點(diǎn)是加重點(diǎn)位置和加重重量的確定。

2.1 相位及相位測(cè)量

相位是相對(duì)于基準(zhǔn)位置的量，是簡(jiǎn)諧振動(dòng)的三要素之一。從廣義上講，相位是指兩個(gè)事件之間的時(shí)間差。在旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)測(cè)量中，相位是指鍵相脈沖與振動(dòng)正峰值之間的時(shí)間差。由基頻振動(dòng)的相位和轉(zhuǎn)子的機(jī)械滯后角可以確定不平衡的角度。實(shí)際應(yīng)用中最重要的是測(cè)量基頻振動(dòng)的相位。

為了測(cè)量相位，必須在轉(zhuǎn)子軸上用反光帶作一個(gè)基準(zhǔn)，還要有一個(gè)接收基準(zhǔn)信號(hào)的傳感器（稱為鍵相器），每當(dāng)反光條經(jīng)過(guò)鍵相器時(shí)，鍵相器的電壓就會(huì)輸出產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，該脈沖與1倍頻諧波信號(hào)第一個(gè)正峰值之間的時(shí)間差定義為相位Φ。將一個(gè)周期的時(shí)間劃分為360等分，稱為360°，相位單位“°”表示。例如：相位為45°，說(shuō)明從鍵相器脈沖到第一個(gè)正峰值經(jīng)過(guò)了1/8個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)周期的時(shí)間。

用“°”表示相位的優(yōu)點(diǎn)在于它與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度是一致的。因此，相位也可以看作是鍵相脈沖到振動(dòng)信號(hào)第一個(gè)正峰值期間轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。由相位可以確定理轉(zhuǎn)子上的高點(diǎn)（圖1）：當(dāng)鍵相器對(duì)準(zhǔn)反光條時(shí)，高點(diǎn)在H位置；高點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)到探頭對(duì)應(yīng)下面振動(dòng)的正峰值，因此將軸上的反光條對(duì)準(zhǔn)鍵相器，由振動(dòng)傳感器的位置逆向轉(zhuǎn)動(dòng)Φ角，即高點(diǎn)位置。由高點(diǎn)位置和滯后角就可以知道不平衡的角度。

圖1 相位測(cè)量原理

2.2 滯后角及其確定方法

滯后角一般是指機(jī)械滯后角。在一定的轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)子重點(diǎn)（即轉(zhuǎn)子不平衡矢量和的位置）和高點(diǎn)之間的夾角稱為機(jī)械滯后角。由于系統(tǒng)存在阻尼，高點(diǎn)和重點(diǎn)不在同一個(gè)角位置，在時(shí)間上高點(diǎn)滯后于重點(diǎn)一個(gè)角度就是滯后角。對(duì)同一臺(tái)機(jī)組而言，轉(zhuǎn)速一定時(shí)其滯后角是不變的。

由高點(diǎn)的位置順著轉(zhuǎn)速的方向加上滯后角，就是轉(zhuǎn)子的重點(diǎn)。重點(diǎn)是指某一斷面處轉(zhuǎn)子不平衡向量的角位置，實(shí)際上是轉(zhuǎn)子質(zhì)心的角位置。不平衡質(zhì)量位置、原始不平衡的振動(dòng)相位、滯后角三者關(guān)系是ψ=d+φ。其中，ψ為不平衡質(zhì)量位置；d為原始不平衡的振動(dòng)相位；Φ為滯后角。配重塊的位置在不平衡質(zhì)量位置ψ的反面。如果設(shè)配重塊的位置為θ，則θ=d+Φ+180°。

滯后角確定，用儀器對(duì)轉(zhuǎn)子原始不平衡進(jìn)行測(cè)試，然后再用矢量法對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡操作，求得配重塊的位置，再根據(jù)配重塊的位置和原始不平衡振動(dòng)相位，即可確定滯后角大小（圖2）。

圖2 滯后角確定原理

2.3 動(dòng)平衡常數(shù)

動(dòng)平衡常數(shù)即轉(zhuǎn)子靈敏度，即風(fēng)機(jī)每mm/s應(yīng)加配重重量。振動(dòng)幅值正比于不平衡量，從而由給定不平衡量會(huì)引起多大的振動(dòng)，用矢量法將最終的動(dòng)平衡修正重量被原始的振動(dòng)幅值來(lái)除，即可得到風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡常數(shù)。

3 一次加重平衡法的應(yīng)用實(shí)例

通過(guò)2.2，2.3的方法探索出公司熱電廠鍋爐引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子一次加重的動(dòng)平衡的重要參數(shù)，即動(dòng)平衡參數(shù)：水平方向，滯后角為 115°，風(fēng)機(jī)應(yīng)加配重重量 200 g（/mm/s）。

3.1 設(shè)備主要參數(shù)及設(shè)備簡(jiǎn)圖

鍋爐引風(fēng)機(jī)設(shè)備簡(jiǎn)圖及測(cè)點(diǎn)布置如圖3所示。

圖3 鍋爐引風(fēng)機(jī)設(shè)備簡(jiǎn)圖及測(cè)點(diǎn)布置

電機(jī)型號(hào)YFKK560-6W，功率900 kW，轉(zhuǎn)速994 r/min，容量900 kW，轉(zhuǎn)子重量3037 kg，風(fēng)機(jī)葉片數(shù)12片，風(fēng)機(jī)兩側(cè)軸承為滾動(dòng)軸承型號(hào)為22232cc，有19個(gè)滾動(dòng)體。風(fēng)機(jī)葉輪左右兩端支承在軸承座3，4上，再通過(guò)聯(lián)軸器與電機(jī)相連。

3.2 采用一次加重法操作步驟

以3-2#鍋爐引風(fēng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡為例：

（1）在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸合適的位置貼上反光條作為相位測(cè)量基點(diǎn)，架好鍵相器，將傳感器與振動(dòng)數(shù)據(jù)采集器連接好。

（2）啟動(dòng)設(shè)備，用振動(dòng)數(shù)據(jù)采集器（VB7振動(dòng)分析儀器）采集不平衡振動(dòng)數(shù)據(jù)，即振幅和相位。3#軸承與4#軸承的水平方向和垂直方向的振動(dòng)相位基本相同，是典型的動(dòng)不平衡。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，只要計(jì)算水平方向的相位就能完全滿足動(dòng)平衡要求。

（3）停止風(fēng)機(jī)，確定加重塊的大小和位置。

用轉(zhuǎn)子的平衡常數(shù)乘以不平衡振動(dòng)的幅值，求出平衡塊重量大小。風(fēng)機(jī)的最大振動(dòng)為水平方向，7.83 mm/s，平衡塊重量大小為7.83×200=1566 g。用振動(dòng)高點(diǎn)位置和滯后角求出平衡塊重量的位置為 84.29°+115°+180°=379.29°

（4）在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子上的379.29°處將1566 g平衡塊焊牢。

（5）啟動(dòng)設(shè)備。測(cè)得振動(dòng)值（表1）達(dá)到機(jī)械設(shè)備振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)ISO2372優(yōu)級(jí)水平，振動(dòng)合格。

表1 軸承振動(dòng)值數(shù)據(jù)

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）在實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡前，通過(guò)頻譜分析和相位分析正確診斷故障原因，確認(rèn)設(shè)備振動(dòng)是由轉(zhuǎn)子的不平衡引起的。否則不能降低設(shè)備的振動(dòng)水平，還會(huì)延誤檢修時(shí)間。

（2）初始振動(dòng)信號(hào)的相位和幅值是加重相位和質(zhì)量大小選取的依據(jù)，平衡前準(zhǔn)確測(cè)量風(fēng)機(jī)的振動(dòng)向量十分關(guān)鍵。一次加重平衡法實(shí)施前，必須根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)所使用的測(cè)量系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)參數(shù)等有所了解。同時(shí)，經(jīng)驗(yàn)積累越多成功的概率就越大。

（3）一次加重平衡技術(shù)平衡風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的方法可以減少大型風(fēng)機(jī)的開停機(jī)次數(shù)。提高了風(fēng)機(jī)軸承和電機(jī)的使用壽命，減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊，經(jīng)濟(jì)效益良好。

（4）一次加重現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡的整個(gè)過(guò)程不超過(guò)2 h，如果準(zhǔn)備工作充分、停送電配合及時(shí)，將不超過(guò)1 h，減少對(duì)生產(chǎn)的影響，經(jīng)濟(jì)效益明顯。