離心風機振動故障與處理

馬伯樂，王文豪，王春婷

（吉林石化公司動力二廠，吉林吉林 132000）

0 引言

風機是一種從動的流體機械，它將機械能轉化為流體的動能，本文所介紹的風機只限定于電動離心風機。離心風機應用于石油、化工、電力、農業等眾多領域，其運行的穩定性，直接決定一條生產線的正產運營。風機振動是影響風機運行的重要因素，如果風機運行過程中出現振幅或振速超限情況，一定存在不同程度的故障，風機振動現象表現在設備各部件（基礎座、軸承座、電機等）出現規律性晃動，若振動較大，必要時需要進行停機檢修，否則會引發較大事故。因此，根據風機振動情況，逐一排查引發振動的原因，并及時采取措施進行檢修處理。

1 設備基礎的穩固性

離心風機通過基座和螺栓固定在設備基礎上，如果設備基礎（圖1）不穩固，出現松動或開裂現象，無論怎么調整風機或電機的固定緊力，都會有振動偏大的情況，此時只能重新加固設備基礎或重新制作設備基礎才能消除振動。因此，風機振動與設備基礎的穩固性有直接關系。

圖1 風機基礎

2 風機地腳螺栓的固定緊力

在風機基礎穩固的情況下，基座與設備基礎通過錨栓連接，十分穩固。而風機（風箱、軸承箱、電機）與基座通過地腳螺栓固定連接（圖2），若連接緊力不夠出現松動，極易造成風機運行過程中振動。處理方法是檢查各個地腳螺栓的緊力，將松動的螺栓進行緊固處理。因此，地腳螺栓的緊力也直接影響風機振動。

圖2 地腳螺栓

3 聯軸器對中情況

本文所述的離心風機指大型電站離心風機，電機與風機通過聯軸器連接（圖3）。聯軸器分為剛性聯軸器和撓性聯軸器，作用是將不同機構中的主動軸和從動軸牢固的連接在一起共同旋轉，從而傳遞運動和扭矩。聯軸器安轉是否對中將直接影響風機運行振動，尤其是剛性聯軸器要求比較嚴格，軸向和徑向位差≤0.15 mm。而撓性聯軸器具有補償性，補償大小由撓性材料自身決定，其軸向和徑向的位差≤0.30 mm。即在此范圍內，能保持風機正常運行。若超出該范圍，則需要停運風機，對聯軸器進行重新找正對中，才能消除風機振動。

圖3 風機對輪聯軸器

4 風機轉動體軸承質量

轉子通過軸承（圖4）進行高速旋轉，而軸承分別固定在軸承箱和電機內，大型風機一般有推力軸承和支撐軸承，軸承的一個重要指標是軸承游隙，軸承游隙是軸承滾動體與軸承內外圈殼體之間的間隙，軸承的轉動通過間隙來完成，間隙過小則滾動體無法滾動，間隙過大則會引起整個轉子的振動。因此優質的軸承，其軸承游隙在一定范圍內（不同型號的軸承有不同的游隙標準），若超出這個范圍則需要停機檢修進行更換，否則將引起風機振動。

圖4 轉子軸承

5 轉子指標

圖5 風機轉子及葉輪

通常用撓度衡量轉子的軸徑水平，撓度出現偏差，則說明安裝出現問題。轉子（圖5）的彎曲度指轉子的彎曲程度，某個位置的晃度是彎曲度的兩倍，即彎曲度是晃度的1/2。偏心度指轉子間找中心偏離實際中心的程度，啟機或停機過程都需要測量偏心，測量由于受熱或重力引起的軸彎曲的程度，一般包括機械彎曲、溫升彎曲或重力彎曲。用特殊的方法對轉子的彎曲度和偏心度進行測量，若指標超限，則轉子需要進行修復或報廢處理，這是轉子自身的質量問題。另外，轉子的動平衡也不同程度的影響整個轉子在旋轉過程中的振動，由于現代的加工精度和調整方法，通常轉子的動平衡不會出現問題。

6 電機質量

若振動是由電機（圖6）引起的，需要對電機進行檢查檢修。可以通過斷開聯軸器的方法進行測試，若斷開聯軸器后振動仍然較大，則是電機自身問題；若斷開聯軸器后振動減小，則是負載機械側出現問題。機械側可以查找轉子動平衡或轉子軸承方面原因，而電機側則需要對整個電機進行檢定檢測，可能的原因：①電磁原因造成電壓不平衡，三相電動機缺相；②電機定子偏心、松動或繞組斷線，導致定子三相電流不平衡；③轉子偏心、松動或轉子籠條斷裂，轉子鐵心變形造成定子和轉子氣隙不均，導致氣隙磁通不平衡造成振動。

圖6 電機

7 葉輪動平衡

風機葉輪（圖7）動平衡不良或故障通常是指旋轉機械的轉子部件質量相對于旋轉軸的軸心發生偏心時所引起的異常振動。轉子不平衡通常由葉輪動平衡不良引起，所以對于轉子的不平衡，首先考慮葉輪動平衡問題。導致葉輪不平衡的因素有加工公差、安裝誤差、制造缺陷、材質不均、部件缺失、磨損變形、異物附著等；可以通過對葉輪的檢測檢修進行重新調整動平衡。例如安裝誤差，可以通過重新測定安裝位置，精度等調；材質不均以及磨損變形，可以對葉輪加裝平衡塊，調整其平衡；異物附著可以對其打磨處理，使異物與葉輪脫離，從使失衡得到矯正。

圖7 風機葉輪

8 離心風機葉輪在線動平衡檢修方法

離心風機葉輪因輸送的介質而造成磨損或附著，轉子動平衡不好或失效引發設備振動，嚴重的則損壞風機設備，影響生產。大多數運行的風機在生產過程中不允許停機拆卸檢修，因為設備解體檢修耗費大量時間，從而影響生產運行。例如：火力發電廠的引風機和排粉風機，經常因葉輪磨損而失去動平衡，但電廠承擔著發電供熱的艱巨任務，一旦長時間停運風機，則影響鍋爐正常運行。因此，風機在線檢修，不用解體大修極為關鍵。

8.1 判斷振動來源

首先根據風機的運轉狀態判斷振動來源，一般情況下，葉輪動平衡不好表現在風機的葉輪側軸承徑向水平振動超標，水平振動反應的是轉子和葉輪的動平衡不好，葉輪側軸承徑向垂直振動，一般是由軸承間隙過大或質量問題造成，這種情況下則建議更換軸承。若判斷振動來源并非是轉子動平衡失效，則在線動平衡檢修法效果不顯著，但有時通過葉輪動平衡法也可以緩解因其他原因引發的風機振動。

8.2 初測

在風機運行過程中，用精密測振儀器測量風機葉輪側軸承的水平振動值（一般取振幅位移值，μm）多次，取平均值以提高測量的準確性。根據振動值計算并確定加裝平衡塊的重量，振動位移每10 μm 需要加裝平衡塊（17～24 g），以此類推，用總位移量計算出加裝平衡塊的總重量。這里的（17～24 g）調整重量為經驗值，根據葉輪直徑大小確定調整克數。一般情況下，葉輪直徑越小，調整克數越少；葉輪直徑越大，調整克數越多。具體數值需根據風機運行參數、葉輪尺寸、運行狀態綜合判定。另外，調整平衡塊需要具備一定的焊接性能，一般常用金屬厚板裁剪而成，常用材料碳鋼即可。平衡塊表面光滑，質地均勻，不能太大或太厚，以免影響力矩調整。

8.3 離心法找失衡點

風機葉輪在轉動過程中，像一個旋轉的大圓盤。在圓盤旋轉過程中，其上各點是勻速對稱，每個點都能找到其鏡像的對稱點與之相平衡。如果其中一個點或幾個點沒有對稱點與之相平衡，就會引起整個圓盤的失衡，導致個別點的離心力突顯，造成整個大圓盤失衡晃動，破壞其原有的動平衡。無論是一個點或幾個點，只要找到其中一個與之對應的合力點，將離心力平衡掉，就能夠調整平衡。合力點的確認方法：①啟動風機，使風機在正常生產工況（風壓、風速必須為正常值，風機的擋板開度也要與之相符）下運行，用砂紙在靠近葉輪的軸端進行清理打磨，使之見光發亮。因此時風機處于運行狀態，所以一定要小心謹慎，避免出現安全事故；②用白粉筆沾水在軸上涂抹一層薄薄的細灰，水分蒸發后會發現整個軸端被涂抹的部分完全變成白色，著色是為了能更好地看清楚軸上的線和點；③用彩色鉛筆逆著軸的旋轉方向，從水平測向軸的中間位置靠近，鉛筆盡量不要觸碰到風機的其他部位，以免影響找點的準確性。接近軸的同時一定握好鉛筆，直到稍微接觸到旋轉的軸時，畫線著色已經完成，此時撤回鉛筆，停運風機。在軸上會留下一條弧形彩線，這條彩線的中間位置，就是造成振動的突出點方向。沿著其鏡像點（對稱點）就能找到其失衡點位置，將其旋轉180°，就是理論失衡點，但注意這是理論失衡點，并不是真正加裝平衡塊的位置；④實際配重點。實際配重點是沿著軸旋轉的方向逆向再旋轉23.5°（轉速3000 r/min 以下的經驗值）。23.5°是一個經驗值，它隨著風機的轉速變化而變化，風機轉速越大，該角度越大。

8.4 安裝平衡塊

找到實際配重點的方向，在轉子軸上作標記，順著這個方向在機殼開孔，直至看到風機葉輪邊緣，開孔的位置就是加裝配重塊的位置。葉輪材料一般為耐磨鋼、耐腐蝕鋼或不銹鋼，選用相同材料的鋼材，切割成相當質量的平衡塊，平衡塊可采用電子秤秤得實際質量。將平衡塊焊接在葉輪邊緣，必須焊接牢固，避免運行過程中因離心力而脫落而損傷葉輪。

8.5 風機試運

安裝平衡塊后不要封孔，要對風機進行試運轉，啟動風機至正常運行狀態，用精密測振儀器對風機各軸承箱進行測振并記錄，若軸承振動變小，說明本次平衡塊加對了位置。否則，需要重新找動平衡。

9 結語

在日常生產實踐中，有很多因素會導致離心風機振動，必須認真分析，逐一核查，只有找到真正引起風機振動的原因并采取相應措施，才能消除振動，保證設備安全穩定運行。