離心通風機振動超標的原因分析及解決措施

李林峰，劉 兵

（中國化學工程第七建設有限公司，四川成都 610100）

0 引言

在工業生產中，離心通風機的應用廣泛，且在不同生產活動中功能也略有差異，例如：在礦井、隧道內，可以通風、排塵；在鍋爐、爐窯中，可以通風、引風；在電氣設備中，可以散熱、冷卻；在谷物加工中，可以選送、烘干。離心通風機在運行過程中，常見的故障是振動超標，不僅發生率高，而且故障原因難以判斷，嚴重時會導致整個生產線停止。下面結合實踐，探討離心通風機振動超標的原因和解決方法。

1 離心通風機的構造和工作原理

離心通風機主要由以下四部分構成：①機殼，材料選用鋼板，有整體式、半開式之分；②葉輪，包括前盤、后盤、葉片組成；③轉子，通過靜平衡和動平衡，實現穩定轉動，保證良好性能；④傳動部件，包括主軸、軸承箱、滾動軸承、聯軸器等。在實際應用中，離心通風機的降溫、降水效果好，通風時間短；缺點則是能耗高，容易出現結露現象；適用于以降水為目標的通風工作。

離心通風機的工作原理是將動能轉化為勢能，葉輪高速旋轉時，氣體加速和減速會產生壓力。以單級離心風機為例，氣體進入葉輪后，方向從軸向轉變為徑向；進入擴壓器后，能改變氣流方向。隨著管道斷面增大，氣流速度減緩，就能轉化為壓力能。如果使用多級離心風機，回流器可促使氣流進入下一個葉輪，形成更高的壓力。

2 離心通風機振動超標的原因

2.1 機械原因。

（1）轉子不平衡。轉子零部件缺損或質量分布不均勻，就會導致轉子不平衡現象。轉子在高速運轉時，產生的離心力、力矩較大，如果超過自身承受范圍，就會造成振動。振動原因主要有：①設計制造因素，如轉子結構設計不合理，導致應力集中、轉子變形；在潮濕、雨雪天氣的影響下，異物粘在葉輪上，也會改變轉子質心；材料加工時，熱處理不當可能出現彎曲、腐蝕、變形等問題，也會破壞轉子的動平衡。②安裝因素。轉子是高速運轉的部件，對零件的安裝質量要求高，如果安裝次序不對、安裝不夠嚴格，就可能導致結構失效，繼而誘發振動問題。

（2）軸承異常。軸承部位引起的振動問題，主要原因有3 個：①安裝不規范，導致軸承變形，或者固定件安裝錯誤，導致軸承出現偏差；②軸承質量差，例如潤滑不足，軸承發生損壞，或者有異物進入，導致滾珠變形磨損、金屬面剝落等；③軸承箱松動，主要是固定座和基礎的固定不牢，如連接螺栓斷裂，不僅會引起振動現象，嚴重時可能導致軸承座報廢。

（3）聯軸器故障。聯軸器分為剛性、撓性兩種，離心通風機多采用剛性聯軸器。如果電機和轉子的中心不對稱，就會造成振動現象。

（4）機架松動。因地基松動、螺栓松動、焊接部位開裂，導致機架松動，通風機在高速運轉時，就會產生劇烈的振動。

2.2 氣流原因

（1）旋轉失速。氣流和葉片擴壓器之間形成正沖角，隨著正沖角增大，氣流離開葉片導致邊界層分離；當正沖角達到臨界值，葉片凹面的渦流區擴大，就會產生旋轉脫離現象，葉輪前后出現壓力差，繼而引起振動。

（2）氣流喘振。通風機的系統容量大，當流量減少，工況點就會向左移動。如果工況點移動至不穩定區域，就會引起振動，伴有喘氣聲、呼嚕聲。

2.3 電磁原因

電機作為驅動元件，通電運行時轉子在電磁感應下，會出現不規律的變化，此時輸出功能改變，就會導致通風機振動。

3 針對離心通風機振動問題的解決方法

3.1 機械原因的處理

（1）轉子問題。企業應在生產空閑時間檢查轉子的外觀、性能，查看是否有轉子變形、葉輪積灰等問題。如果轉子變形彎曲，可以使用振動測量儀器進行確診，不僅能縮短檢修時間，還能節約人力成本。

（2）軸承問題。因軸承問題引起的振動，應該及時停機檢查更換。軸承出現問題后，典型的表現是軸承部位異常發熱。處理時，選擇質量合格的軸承，使用優質潤滑油；同時要觀察軸承座的固定是否牢靠，如果出現松動，及時對緊固件擰緊，或對損壞的緊固件更換。

（3）聯軸器問題。在動力裝置、執行裝置之間，聯軸器是兩者的介質，聯軸器出現問題后，電機底部的螺栓松動，或電機的電流增大，使用振動測量儀器就能確診。

（4）機架問題。離心通風機運轉時，要注意觀察連接部位是否緊固，檢查焊接部位有無裂縫，對破損的螺栓進行更換。機架由多個元件組成，隨著使用壽命延長，問題故障發生率也會提高，只有提高保養維修力度，才能避免故障發生，減少帶來的損失。

3.2 氣流原因的處理

（1）旋轉失速。旋轉失速的發生，可能是葉輪上出現一個氣體脫離團，也可能出現幾個脫離團；脫離團可能發生在一級葉輪上，也可能發生在幾級葉輪上。一般情況下，存在2 個及以上氣體脫離團。實際生產中，發生旋轉失速的角頻率·ω。其中，N 為氣體脫離團的數量，Q0p為實際工作流量，Q0為設計流量，ω 為轉子角頻率。旋轉失速是客觀存在的，但并不是出現旋轉失速，就會引起振動問題；而是當旋轉失速頻率、機組固有頻率耦合時，才會出現振動。對轉子角頻率進行監測，調整旋轉失速的頻率，就能預防振動現象發生。

（2）氣流喘振。通風機運行時，以入口流量—出口壓力曲線為準，轉速一定時，某個流量值對應著效率最高點。流量大于、小于這一數值，效率均會降低。結合實際生產，氣流喘振的頻率、振幅與管網容積有關，隨著管網容積增大，喘振頻率降低、振幅擴大。對于這種問題，應加強參數調控，使通風機在穩定工況區域內運行，這樣既能提高運行效率，又能避免振動產生。

3.3 電磁原因的處理

針對電磁原因引起的振動，主要是解決電機的氣隙偏心問題。以大容量同步電機為例，需調整定子的地腳螺栓，確保定子和轉子之間的氣隙處于最佳數值。如果設備大修，應在修后使用塞尺測量上下左右的氣隙，調整到最佳位置，從而避免電磁振動發生。

4 實例分析

以某加工企業為例，使用離心通風機供風制氧，技術參數主要是：流量為75 550 m3/min，轉速為1120 r/min，全壓是2170 Pa，功率為65 kW，配套使用的電機功率是75 kW。該通風機使用期間，各方面性能良好，但隨著使用時間延長，軸承座突然出現振動問題，振動速度達到8.7 mm/s，超過規范標準的7.1 mm/s。為了明確振動原因，使用振動數據采集器采集軸承端的振動波形和頻譜，并采取有效的處理措施。

4.1 布置測點

振動數據采集器的型號是BVM-100-2D，布置測點時，電機、液力耦合器、離心通風機的兩端，各設置2 個測點（圖1）。

圖1 振動數據采集器的測點布置

4.2 啟停檢測

在1#測點安裝振動數據采集器，如果是電磁原因引起的振動，電機啟動后，振動值會明顯增大；停機后則會快速降低為0，且頻譜中不會出現電源頻率。本次檢測中，電機啟動后，隨著通風機轉速增大，振動值也同步增大；通風機轉速減小，振動值也減小。因此，可以排除電磁原因引起的振動。

4.3 頻譜檢測

（1）平衡前的檢測。風機正常運行時，當轉速達到1120 r/min，使用振動數據采集器檢測振動數據，發現6#測點的軸承H 方向上，振動加速度、速度、位移數據均超過正常范圍，其中加速度為13.85 m/s2，速度為8.8 mm/s，位移為188 μm。分析該部位的振動波形、頻譜變化（圖2）。

分析可知：①振動波形和正弦曲線類似，振動相位穩定；②隨著風機轉速變化，振動大小也相應變化；③振動能量集中在18 Hz 左右，此時峰值突出；④高次諧波的分量小。綜合以上數據，得出結論是轉子不平衡引起的振動。

（2）動平衡校驗。為了保證生產安全性，檢修人員必須開展動平衡校驗工作，解除通風機振動問題。具體步驟包括：

第一步，選擇測點。風機啟動后，在軸承座H 方向上選取一點，該處的振動值變化，能準確反映出不平衡量，標記為測試點M。使用振動數據采集器，測量得到振幅為190 μm，風門開度為40%，然后停機。

第二步，分析采集數據，結合葉輪的直徑、配重塊經驗值，最終得到加重塊的質量是180 g。

圖2 軸承振動波形和振動頻譜

第三步，從檢查門入手，清理葉輪上的灰塵，將葉輪前盤3 等分，分別記為A、B、C。將加重塊分別焊接在3 個點，并測定M 點的振幅，結果得到MA 為202 μm，MB 為256 μm，MC 為228 μm。

第四步，繪圖。以葉輪前盤中心點為圓心，半徑為190 μm 畫圓，對圓進行3 等分，分別記為點A、點B、點C。以A、B、C 為圓心，半徑為202 μm、256 μm、228 μm 畫弧，3 個弧線的相交點記為點E、點F、點G。找到EFG 的型心，標記為D 點，連接OD 并延長，和圓O 相交于H 點。H 點即配重點，測量得到長度為32 μm。

第五步，計算配重質量。根據以上數據，計算得到配重質量是：180×190÷（2×32）=534.4 g。

第六步，在葉輪前盤找到H 點，去除焊塊本身的質量50 g，選擇484.4 g 的配重塊并焊接，完成后關閉檢測門。

（3）平衡后的檢測。動平衡校驗完成后，再次啟動風機，當轉速達到1120 r/min 時，用振動數據采集器檢測6#軸承H 方向的振動加速度、速度、位移。結果顯示，振動加速度是5.1 m/s2，速度為2.3 mm/s，位移為48.7 μm，均處于正常范圍內。本次振動超標問題解除，通風機恢復正常運轉。

5 結束語

綜上所述，離心通風機能將動能轉化為勢能，在工業生產領域應用廣泛。針對振動超標問題，常見原因有機械因素、氣流因素、電磁因素。文中介紹了具體的解決方法，結合實際案例，指出現場檢測和動平衡校驗的要點，希望為實際生產提供借鑒，提高離心通風機的運行安全性。