電廠火檢風機動平衡應用

張道 曹璐 王朝立

摘 要：對于火檢風機轉子質量不平衡故障，可以采用影響系數法加以解決。本文分析影響系數法的計算過程，簡化配重角選取的計算公式，借助Excel軟件編制數值計算模型，通過火檢風機現場配重，解決了火檢風機質量不平衡故障，為風機動平衡提供了參考。

關鍵詞：風機;影響系數;配重角;動平衡

中圖分類號：TM621文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）19-0054-03

Abstract： The influence coefficient method can be used to solve the mass imbalance fault of flame detection fan rotor. This paper analyzed the calculation process of the influence coefficient method， simplified the calculation formula for the selection of counterweight angle， compiled the numerical calculation model with the help of Excel software， solved the mass imbalance fault of the flame detection fan through the field counterweight of the flame detection fan， and provided a reference for the dynamic balance of the fan.

Keywords： fan;influence coefficient;angle of balancing;dynamic balance

造成火電廠風機振動的原因很多，也很復雜，但是不平衡是風機振動的主要原因之一。由不平衡所造成的振動約占轉子系統振動原因的30%，約占機械全部故障的50%[1]。解決不平衡造成的風機振動故障的方法為轉子動平衡，而進行轉子動平衡一般采用影響系數法。影響系數法是利用專業儀器測量風機轉子初始和試加重量后的振動相位和幅值，根據測得的數據和試加重量，計算出影響系數，再通過影響系數計算出不平衡質量的位置和大小[2]。

在應用影響系數法的過程中，相關學者[3-4]只是運用軟件和畫圖法分析出轉子配重塊的位置和重量，沒有對試重塊前后振動數值變化量進行計算分析，對配重角度選取的計算公式也未分析清楚，實際操作中并沒有按照計算的配重角度進行。因此，明確影響系數法的計算分析過程顯得尤為重要。本文通過分析加裝試重塊前后振動數值變化量的計算過程，簡化配重角選取的計算公式，借助Excel軟件進行模擬計算，運用數值模擬計算模型，得到最終配重塊的角度和重量，為轉子動平衡的配重提供了參考。

1 物理模型

1.1 設備模型

圖1為某電廠火檢風機的結構示意圖，電機轉子與風機轉子為整根轉子，兩轉子間無聯軸器。整根軸系由電機的前后軸承支撐，即圖1中的1號軸承和2號軸承，測量轉速為2 975 rad/min，轉頻為49.58 Hz。

1.2 振動模型

測量風機動平衡的傳感器包括振動傳感器和鍵相傳感器。振動傳感器測量振動的幅值和相對相位;鍵相傳感器測量振動的絕對相位，即通過鍵相傳感器得到確切的不平衡位置。振動高點的相位角以振動傳感器為零位并逆轉向計角，加裝的配重塊以鍵相傳感器為零位逆轉向計角。振動測量的數值模型如圖2所示。

2 影響系數法數值模擬建模

2.1 計算方程

2.3 數值模擬計算

根據試重塊的數值，計算得到影響系數，再根據公式（1）計算得到最終的配重塊向量[P2]。根據公式（1）、（2）、（4），利用Excel軟件進行數值建模，將各數據的公式編入相應表格中，建立的計算模型如表1所示。表1中只需要錄入[A1]、[A0]、[P1]的幅值和相位值，即可計算得到最終的配重向量。

3 動平衡應用

以某電廠火檢風機為例，采用影響系數法對轉子動平衡進行數值模擬。在火檢風機的電機端1號軸承和2號軸承處分別安裝水平方向和垂直方向的振動傳感器，在火檢風機葉輪處貼上反光帶，并安裝鍵相傳感器，從風機側看向電機側，風機為順時針旋轉，鍵相傳感器與水平方向傳感器逆轉向相差270°，與垂直方向傳感器相差180°。振動測點選取時，1V為1號軸承垂直方向振動，1H為1號軸承水平方向振動，2V為2號軸承垂直方向振動，2H為2號軸承水平方向振動。

3.1 風機不平衡振動分析

表2為火檢風機振動的初始值。由表2可知，電機水平振動數值大于垂直振動數值，1倍頻幅值占通頻振動幅值80%以上，2號軸承振動值大于1號軸承，即越靠近風機側振動越大。綜上所述，風機轉子存在不平衡，需要進行動平衡來消除振動。

3.2 動平衡的數值模擬應用

由于2號軸承水平振動數值最大，因此將2號軸承水平振動1倍頻的幅值和相位作為平衡振動的原始數據，即將15.7∠193作為原始的振動值，運用影響系數法，選取試重塊，計算影響系數，根據系數得到最終配重值，平衡振動高點。

配重角的選取和計算。考慮到風機為撓性轉子，初次選取的機械滯后角應為鈍角，因此選擇滯后角為100°的鈍角，按照配重角計算公式計算選取的配重角為193°+180°-100°=273°。遵循安裝角度方便的原則，最終選取的角度為270°。

根據經驗值公式（7）計算得到配重塊質量為6 g左右。由于采取焊接方式加裝配重，考慮到實際過程中焊材用量的多少，最終確定試塊與焊材的重量為6.6 g。因此，初次加裝配重的矢量值為6.6 g∠270。火檢風機加裝試重后的振動數值如表3所示。

由表3可知，加裝試重后，2號軸承水平振動變化明顯，由15.7∠193變為9.27∠217。單平面影響系數法動平衡數值模擬計算結果如表4所示。由表4可知，該火檢風機的影響系數為1.23，機械滯后角為75°。對此臺火檢風機來說，在轉速不變的情況下，該機械滯后角為定值，此數值為今后此臺火檢風機的動平衡配重奠定了基礎。通過滯后角的計算，可以快速準確地配重平衡塊，減少火檢風機的啟停次數，提升配重的效率與質量。

由表4可知，不拆除試重后的最終配重為[P2]=7.5 g∠321。根據火檢風機實際情況，選取方便施工的角度值，最終角度選取315°，實際最終配重的位置和角度確定為[P3]=7.6 g∠315，最終配重的半徑與試重塊的半徑位置保持一致，最終配重安裝后的振動數值如表5所示。

由表5可知，電機#1、#2軸承的振動值均達到優秀值，影響系數法的動平衡配重效果顯著。

4 結論

①同一臺設備在同一轉速下的機械滯后角是不變的，通過確定機械滯后角，能提升轉子動平衡的質量與精度。

②通過推導影響系數法向量的計算，運用Excel軟件建立數學模型，降低了計算難度，與常規的作圖法相比，精準度高，效率快，通過某電廠火檢風機的論證，可行性強。

③在配重角選取時，無須考慮鍵相傳感器與振動傳感器的夾角，統一采用鍵相傳感器計角，公式簡化為[θ=?±180-β]，使得現場配重更加方便快捷。

參考文獻：

[1]杜永春.一次加重現場動平衡技術在鍋爐引風機檢修中應用[J].設備管理與檢修，2017（8）：111-112.

[2]何新榮，郭嘉.電廠風機動平衡技術研究及應用[J].電站系統工程，2018（2）：31-34.

[3]楊建剛.旋轉機械振動分析與工程應用[M].北京：中國電力出版社，2007.

[4]王鳳良，府冬明，許志銘.電廠風機動平衡技術研究與應用[J].電站系統工程，2013（4）：46-50.