鈦風機振動原因分析及葉輪修復工藝

陳榮坤

摘 要：在日常生活中，人們可能對鈦風機比較陌生，鈦風機主要是在工業應用當中輸送一些具有腐蝕性的氣體。設備在運行過程中，如果發生大的振動，會導致很多小問題出現。本文以離心式鈦風機為例，根據實際生產過程，主要分析鈦風機在工作過程中產生振動的原因，并由此提出一些解決措施。

關鍵詞：離心式鈦風機;振動原因;葉輪修復

中圖分類號：TH432 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）05-0037-02

Abstract： In daily life， people may be unfamiliar with titanium blower， which mainly conveys some corrosive gases in industrial applications. During the operation of equipment， if large vibration occurs， many minor problems will arise. Taking centrifugal titanium fan as an example， according to the actual production process， this paper analysed the causes of vibration of titanium fan in the working process， and put forward the solving measures accordingly.

Keywords： centrifugal titanium fan;vibration reason;impeller repair

1 風機結構

離心式鈦風機結構比較復雜，主要包括電機、聯軸器、傳動軸等系統。其葉輪跟液力變矩器相似，由多個不同的葉片組成，這些葉片的角度是可調的，通過調節葉片的角度來調節風量。傳動組主要包括彈性柱銷、軸承以及軸承座等，在傳動過程中，其抗震性能較好，可承受大扭矩的傳遞。因為離心式鈦風機工作環境極其惡劣，所以一些關鍵零部件采用的是鈦合金。比如，軸端裝配采用的是鈦材與聚四氟乙烯制造的部件，主要作用是將腐蝕性氣體與傳動組其他零部件分開，防止軸端被腐蝕。密封的地方，采用的也是這種材料，在工作過程中能夠有效預防氣體或者液體泄漏。離心式鈦風機的葉輪非常大，傳動軸也比較長，對于工作過程中的動平衡要求很高[1]。

2 振動原因

將鈦風機的內部結構進行分解之后發現該風機的葉輪出現了裂縫，而且部分葉片已出現變形的問題，原因是葉輪工作過程中將機械能傳遞給氣體介質，并轉化成氣體的壓力能，氣體在傳遞過程中出現了一系列的加減速變化，使葉片承受周期性變化的反作用力。長時間經過這些周期性變化的反作用力會引起葉片變形，振動能量導致葉片出現裂縫，從而導致系統失衡，在工作過程中出現振動。而葉片強烈的振動以及噪聲會在整體上影響離風機的工作狀態，反過來進一步加速了葉片出現裂紋，導致風機受到了嚴重的破壞，甚至使整個設備處于癱瘓狀態[2]。

3 葉輪修復過程的控制

離心式鈦風機在工作過程中的主要特點是轉速較高，因為它的葉輪大，一旦出現故障需要及時進行修復。對其進行修復是一項比較重要的工藝，下面將對修復流程進行詳細說明。

①逐一排查葉輪上面的焊縫，檢查是否存在裂縫，以排除潛在的危險。

②分析葉輪材料，確定其材料是否為鈦合金，材料確定之后，可根據材料的性質選擇相對應的焊絲和焊接工藝。

③對裂縫進行焊接后，還要對斷口和焊縫進行后處理，即打磨，保證焊接滿足設備使用的標準。

④如果發現某些葉輪的葉片已出現斷裂現象，必須對其進行焊接或者對已發現的裂紋進行修補。

⑤對葉輪進行最終平衡實驗。

3.1 動平衡操作方法

動平衡操作的主要目的是尋求系統中不平衡質量在軸線方向的具體位置，確定軸線方向的具體位置之后，還要確定其在圓周方向的位置，緊接著確定不平衡質量的大小、位置，原理類似于汽車傳動軸，對于不平衡的地方要進行加重或者減重處理，最終使整個轉子處于平衡狀態，消除其在旋轉過程中的振動。在平衡臺上進行動平衡，即不停地加配重進行調試，每一次加完配重之后，必須觀察其振幅變化，進而確定所加的配重是否達到使用要求，即“試配法”[3]。

3.2 葉輪修復后的動平衡校核

焊接修補也是一道比較重要的工藝。焊接完之后，從表面上看葉輪已完好無損。但是，考慮到部件的工作環境，因為葉片在不停旋轉，對其進行焊接處理過后的葉輪質量會在一定程度上發生變化。對于變化部分的質量，絕對不能忽略，因為在旋轉過程中會產生不平衡的慣性力，這些力會施加在葉輪的支撐部件上，對其造成破壞。因此，在葉輪焊接之后必須進行動平衡操作，使其精度等級達到使用要求。此外，對于高速旋轉的部件來說[4]，旋轉軸上存在的不平衡質量在高速旋轉的過程中會產生巨大的離心力，離心力和軸的轉速平方成正比。進行動平衡的目的是確定葉輪的精度等級和加減配重，使機器在工作過程中產生的振動和振幅不超過標準要求的規定值，動平衡的主要技術要求如表1所示。

3.3 葉輪變形控制

對葉輪進行焊接操作之后，除了前面所述的動平衡實驗，還要對其公差精度進行測量，包括形狀、表面尺寸以及偏差位置是否在標準要求范圍內。進行葉輪焊接時采用的是堆焊，該工藝不僅會使葉輪受熱產生變形，還會產生焊接應力，從而導致焊接變形。因此，必須采取適當的工藝措施來嚴格控制其公差范圍。堆焊時主要采取以下工藝手段。

①焊接順序一定要準確。在每一個葉片上進行堆焊之后，需要對葉輪進行轉動，在其對稱位置上焊接另一個相同質量的粉塊。這一操作必須反復進行直至每個葉片都完成相同的操作，以確保葉輪前后盤均勻收縮，在一定程度上能避免應力的過度集中，避免產生過大的變形。

②對焊接后的焊縫進行錘擊操作。葉輪變形主要是因為堆焊工藝完成之后，在冷卻過程中，焊縫會進行一定程度的收縮。因此，每一個葉片堆焊完一粉塊之后，必須用小錘進行敲打，將堆焊層進行一定程度的延展，這樣可補償部分的收縮量，減少焊縫的變形。

③需采取一定的工藝手段，減少葉片在焊接過程中得到的熱輸入量，以減小熱應力。

④鈦的彈性模量是鋼的一半。在鈦葉輪的焊接過程中，面對的對象大多是丁字形焊縫，這種形狀的焊縫不同于一般的線性焊縫，焊接過程中易出現很大的應力和變形。因此，焊接完成之后，必須將部件送到加熱爐內進行加熱處理，這一操作的原理是在焊縫還沒有完全冷卻之前，將其送到一個高溫的環境中使變形程度降到最低，從而在一定程度上提高葉輪的尺寸和裝配精度。

通過上述操作，對風機進行一系列檢測，可發現每一處的標準都符合實際要求。

4 結論

鈦風機在工作過程中產生振動的原因很多，通過利用焊接后的動平衡工藝進行處理后，可使離心風機受損的葉輪在一定程度上得到修復，確保離心風機傳動軸在工作過程中不會出現質量的不平衡現象，使整個系統的機械振動得到有效控制。

參考文獻：

[1]李峰，王德國，劉錄，等.超高壓壓縮機及管線系統的振動分析與控制[J].中國機械工程，2010（6）：656-659.

[2]洪偉杰.風機振動原因分析及處理[J].科技資訊，2010（6）：31.

[3]張艷全，馬風龍，陶義，等.LF-80Ⅱ型軸流式風機振動超標原因分析及對策[J].科技創新導報，2010（25）：55.

[4]程代康，馬國新，名建華，等.天然氣壓縮機系統振動分析與對策[J].中國高新技術企業，2008（1）：77.