軸流風機振動問題研究分析

路錦新

（大慶石化公司熱電廠，黑龍江 大慶 163000）

軸流風機具有風量大、啟動平穩、能夠適應復雜風道等特點逐漸取代離心式風機成為工業風機的首選。軸流風機的結構特點明顯，一般按照風量調節方式分為動葉式和靜葉式兩種。動葉式軸流風機是通過改變葉片的角度來調節風量的，具有風量調節范圍大、送風效率高、無截流損失等優點。但是，動葉式軸流風機中采用了復雜的葉片開度調節機構，故障率較高，一般只應用于一次風機中。靜葉可調軸流風機的葉片開度無法調節，需要采用改變氣流流通面積的方式調節風量的大小，結構較動葉式軸流風機簡單，但是，會產生一定的截流損失，一般在復雜工況下使用。

軸流風機的大量使用，其異常振動問題日漸凸顯，并且振動的原因與離心式風機有很大不同。本文通過梳理軸流風機產生異常振動的原因，對查障和排障進行了總結，以期為軸流風機的進一步推廣提供幫助。

1 動葉調節結構導致振動

動葉可調軸流風機從其名稱不難看出，其送風量的調節主要依靠改變葉片角度來實現，在每個葉片上都附加傳動連桿，葉片角度的改變是由一套復雜的液壓傳動機構（見圖1）完成的，整個機構異常復雜，對部件的安裝和磨損要求都很高，振動的原因有單級葉輪的葉片開度異步、二級葉輪的葉片開度異步或傳動部件偏心等。

1.1 單級葉輪部分葉片開度異步

導致單級葉輪部分葉片開度異步原因有很多，常見的有連桿磨損、滑塊偏磨、軸承轉動失穩、曲柄旋轉部位空曠等。上述問題均能引起葉片開度異步或旋轉部位偏心等問題，這就導致風機在高速旋轉狀態下動平衡嚴重失衡，產生振動。

判斷單級葉輪部分葉片開度異步導致振動可以依據如下幾點：

（1）由于葉片運轉失穩導致氣流脈動，振動頻譜中可檢測出工頻高次諧波，在位移頻譜中則沒有明顯現象。

（2）能夠明顯檢測到風機振幅的變化，在葉片角度調節時尤為明顯，葉片開度穩定后，則振幅的變化逐漸減小。

（3）風機在啟動時的振幅較小、隨葉片的開度增大振幅逐漸增加。

1.2 二級葉輪葉片開度異步

二級葉輪葉片開度異步的現象只存在于具有雙級結構的風機中。導致二級葉片開度異步的主要原因有很多，比如，液壓機構中的銅滑套磨損或連桿磨損，銅滑套磨損能夠引起葉片的整體角度發生變化，使二級葉片與一級葉片處于不同的角度工作，連桿磨損能夠導致二級葉片的開度出現差異。

當單個葉片的角度相同時，振動頻譜中的工頻所占比重很小，葉片通過頻率占比很大，當銅滑套或連桿出現較大的松動時，會出現工頻高次諧波，振動的最大值出現在特定區域內，風機負荷小時振動減輕。

1.3 調節部件偏心

調節部件安裝偏心或松動時，都會在高速旋轉時產生較大的偏心慣量，使風機出現振動。在動葉可調軸流風機中，常見的原因有液壓缸安裝偏心改變質量分布，引起質心偏移故障，這時，故障頻譜中可檢測到以工頻為主，并且對負載的變化不敏感。假如液壓缸在安裝時的預緊力不達標會在風機旋轉后出現松動，導致質心變化，在離心力的作用下會使液壓缸發生位置改變，并且振動頻譜呈現不規律行變化。

2 氣流脈動導致振動

氣流脈動是指氣流分離或渦流。在軸流風機的后期改造中經常出現由于結構設計不合理導致的氣流脈動。常見的有以下幾種：

（1）葉片開度的冗余度設計過大，導致風機在低負荷運行時由于葉片開度變化落入振動區域內，引起氣流脈動。

（2）風機構件焊接缺陷或金屬腐蝕引起的葉片磨損也會導致風機運轉不平穩，擾亂氣流，引起氣流脈動。

（3）風機進風口阻塞引起的氣流流量變化也會導致氣流脈動，比如，擋板故障或風道堵塞等。

以上幾種氣流脈動所導致的風機振動具有一定的相似性，在現場進行的測試表明其振動特征如下：

（1）在風機運行時，通過音頻或視頻檢測設備進行的檢測結果顯示，在不同位置上的檢測設備所得到的結果有很大差異，無法使用單純的音頻對齊進行結果的分析，只有采用最新的時碼對齊功能，才能得到所需的音頻對齊文件。

（2）當風機葉片出現不同程度磨損或開裂時，所產生的氣流脈動會與系統的機械振動產生共振，在故障頻率中能夠檢測到大量的葉片通過頻率。

（3）氣流脈動最主要的表現是噪音和風機電流異常，在兩臺相同的風機并聯工作時，出現氣流脈動的風機電流變得極不穩定，噪音也會明顯高于另一臺正常風機。

3 支撐動剛度弱及局部共振導致振動

大容量軸流風機的自重較大，安裝尺寸也較大，需要的支撐構件多，導致風機運行時經常出現由于支撐構件缺陷引起的振動現象，支撐構件缺陷主要是指構件的剛度不夠、松動引起的局部振動。

3.1 支撐構件動剛度較弱

支撐構件的動剛度是其主要性能指標，在大容量軸流風機的安裝中，經常采用三座水泥支座作為風機的主要承重結構，水泥支座的橫截面積過小或剛度不足就無法為風機提供有效的支撐，在風機運行時產生振動，這時負荷越大對支座的反作用力越大，產生的振動越強。

由于水泥支座剛性不足或橫截面積過小引起振動時，可在振動頻譜中工頻占比最大。這時，振動的幅度從支座底面向上逐漸增大，并且以橫向振動為主，通過加固底座，或提高轉子動平衡精度能夠有效降低風機運行時的振動幅度。

3.2 連接松動

在三座水泥支座上面架設風機，風機的支腿與水泥支座之間采用螺栓連接進行固定。大容量軸流風機的自重較大，因此，需要的固定螺栓數量較多，在風機長時間的運行中，這些螺栓經常出現預緊力下降或松動的現象，導致風機運行時出現很大的振動。并且連接松動還會導致風機的共振頻率發生偏移，更容易進入共振轉速，這種共振有時會將振動放大幾倍甚至十幾倍。一些大容量軸流風機在安裝時還會采用彈性基礎，在長期運行后產生基礎沉降不均的現象，也會引起振動。

這類由于風機的支腿與水泥支座之間的連接松動引起的振動，可以通過緊固螺栓進行消除。并且在振動頻譜中，工頻的占比最大，隨著風機負荷的變化呈規律性變化，在連接松動的地方能夠明顯感覺到振動的存在，這時，應該按照先墊支腿后緊固螺栓的順序進行。

3.3 局部共振

軸流風機的結構特征導致其共振現象較容易發生，這是由于軸流風機的固有頻率較大也較多，比如，支腿、殼體、葉片等位置都有一個或多個固有頻率，發生局部共振的可能性非常大。

由于其構件的固有頻率導致的振動較難排除，一般采取降低風機激振力的方法來改善振動情況，在確保緊固件和連接面接合牢固后，可通過動平衡等手段降低工頻激振力，通過提高葉片開度協調性、修復葉片磨損等方法降低通過頻率的激振力。

4 振動故障處理建議

（1）進行軸流風機振動排除時，在采用最常見的振動頻率分析法基礎上，還應該結合振動的特性進行綜合分析，比如，振動隨時間、負荷、開度、環境溫度等的變化情況，以及隨風機轉速變化情況等，還要考慮連接件的松動或預緊力不足引起的振動情況。

（2）多次動平衡仍無法達到預期時，應考慮去除前期加裝的平衡塊，并通過兩次起機測試振動特性，找出振動原因。

（3）動葉可調軸流風機液壓調節結構較為復雜，排障時，應先測試葉片的通過頻率或工頻諧波，然后，根據振動的特性排查與之相關的液壓機構部件問題。