淺談兩點法動平衡在風機中的應用

溫敏杰

（山西京能呂臨發電有限公司，山西 呂梁 033000）

風機振動故障是設備頻發且較難處理的一類設備障礙，由于風機各部件材質不均、工藝誤差、轉子葉片不均勻變形、不均勻磨損或局部掉塊等因素的影響，風機轉子經常會出現不平衡現象，轉子不平衡是風機主要的激振源。葉輪不平衡將引起轉子振動，加速軸承、軸封等部件的磨損，降低設備的使用壽命和效率，致使機組無法長周期安全穩定運行，較為嚴重的可因振動過大造成設備事故，危及人身安全。因此，在發電廠設備出現故障被迫停運時或機組停備檢修期間，都需要對風機轉子進行動平衡。動平衡是通過在風機轉子上去重或加配重的方法來改變葉輪的質量分布，使質量偏心離心力引起的轉子振動或作用在軸承上的動載荷減小到允許范圍內，以達到風機安全平穩運行的目的，下面就兩點法動平衡在風機中的應用進行實踐與闡述。

1 振動原因分類及解析

1.1 自由振動

振動的系統在外力的作用下物體離開平衡位置后就能自行按其固有頻率振動，而不再需要外力的作用，這種不在外力的作用下的振動稱為自由振動，理想情況下的自由振動叫無阻尼自由振動，自由振動時的周期叫固有周期，自由振動時的頻率叫固有頻率，它們由振動系統自身條件所決定，與振幅無關。

1.2 自激振動

自激振動是一種由系統本身產生的激勵所維持的非線性振動，自激振動系統除具有振動元件外，還具有非振蕩性的能源、調節環節和反饋環節。因此，不存在外部激勵時，它也能產生一種穩定的周期性振動。維持自激振動的交變力是由運動本身產生的，并且由反饋和調節環節所控制。運動本身一旦停止，其交變力隨之消失，自激振動也隨即停止，其振動的頻率接近系統的固有頻率，如油膜振蕩、汽流激振等。

1.3 強迫振動

振動系統在周期性的外力作用下，其所發生的振動稱為受迫振動，這個周期性的外力稱驅動力。受迫振動也稱強迫振動，在外來周期性力的持續作用下，振動系統發生的振動稱為受迫振動，振動的特性與激振力的大小、方向和頻率密切相關，如不平衡、軸彎曲等。

2 風機振動的危害性

火力發電廠中各風機運行的工況有所不同。尤其除塵風機、引風機等設備，葉輪長期運行在高濃度粉塵或煙塵中，受高溫有害煙氣的腐蝕，風機內部件磨損腐蝕極為嚴重，更容易產生強迫振動，而且發生振動可能造成如下危害：（1）軸承烏金剝落軸瓦損壞；（2）動靜部分摩擦損壞；（3）轉軸承受大幅度交變應力設備損壞；（4）大軸彎曲；（5）聯軸器螺栓斷裂；（6）噪音。

3 兩點法動平衡的實踐與應用

3.1 動平衡實踐驗證案例一

京能呂臨發電公司啟動鍋爐房1#引風機經長周期運行，葉輪磨損及積灰嚴重，葉輪清灰及補焊后，設備試運轉測量振動數據如表1。

表1 試運振動數據 單位：mm

根據表1振動數值可以看出，轉子的承力側水平振動值最大，葉輪進行清灰、補焊處理后，轉子質量分布不均勻，引起振動超標。

該設備布置于啟動鍋爐除塵器后，保證鍋爐系統負壓運行。采用單吸離心式設計，生產廠家為：淄博利華通風設備有限公司，風機全壓：6000Pa，流量：67000m3/h，轉速為1450r/min，運行振動值≤0.08mm。

根據試運行后的原始振動值，我們用“兩點法”進行動平衡校驗。首先，打開檢修人孔門，在葉輪的外圓試加一質量，根據試加質量前后振動的變化，可以得到影響系數，依據原始振動和影響系數就可以確定校正應加質量的大小和角度。

該項轉子葉輪直徑為2000mm，質量為700kg，我們以葉輪質量的萬分之二P=140g作為試加質量進行試驗。

（1）在轉子的任一點試加,進行臨時固定后,啟動轉子,測得振動數據值如表2。

表2 振動數據 單位：mm

由第二次振動數據可以看出，依然是承力側水平振動值最大，其余方向在承力水平的強振影響下同步放大。

（2）取下試加質量，在轉子上與上次試加點90°的位置再次臨時固定后，啟動轉子，振動數據如表3。

表3 振動數據 單位：mm

根據表3數值分析得出，仍然是承力側水平最大，但在第二次振動趨勢是變小的，用兩點法作圖進行分析應加的質量及位置，進行作圖。

（3）以原始振動數值sa=0.18mm為半徑作圓(如圖1)。

圖1 第一步

（4）以圓O上的任一點O1為圓心，以第一次試加質量P=140g后的振動值A1=0.25mm為半徑作圓（如圖2）。

圖2 第二步

（5）在圓O圓周上與O1圓心相距90°弧處取一點O2（與實際試加質量的位置相對應），以02為圓心，第二次試加的振動數值為0.15(A2)為半徑作圓O2，圓O1與圓O2相交于C點與C1點。

（6）根據力的合成與分解趨勢可以看出靠近C點處振動值是變小的，而C1處是介于第一次與第二次試重之間的位置，因此選擇C點，連接OC并延長交OC交圓O于K點，K點即為應加重量的位置。

（7）計算不平衡質量：

將質量為252g的平衡塊固定于圓O2偏移角a的K點上，(對應于葉輪的相同位置)后，啟動轉子，測得數據如表4。

表4 振動數據 單位：mm

由此可見，在正確的位置加合適的質量,轉子的振動值馬上降下來，完全達標，滿足了生產運行的需要。

3.2 動平衡實踐驗證案例二

某發電廠3#機組1#引風機振動超標，水平振動值0.15mm,利用當日晚上低負荷窗口期進行動平衡檢驗。該引風機為成都機械設備廠制造，靜葉可調軸流式風機，轉速960r/min，轉子質量1870kg，停運前測量振動數值如表5。

表5 振動數據 單位：mm

（1）利用二點法進行動不平衡校驗,將試加重量P=400g試加于葉輪外圓的任一點,啟動轉子，測得振動值如表6。

（2）根據表6振動數值表明,此振動值比原始振動值有所減小，試加質量已進入不平衡區域。第二次將同一試加塊逆轉90°，再次臨時固定于葉輪外圓處，啟動轉子，測得數值如表7。

表6 振動數據 單位：mm

表7 振動數據 單位：mm

（3）本次振動值比上一次試加略微放大，根據兩點法可以作圖（如圖3）。

圖3 兩點法作圖

（4）由圖3可以看出，圓O1與圓O2相切于C點，C點即為不平衡點，延長OC至圓O的圓周K點，K點即為不平衡質量應加的位置，該位置介于第一次與第二次試加的位置之間，更靠近第一次試加的位置，而該位置在上二次的試加數據后已顯示為不平衡區域，圖中連線OC，得出應加質量大于試加質量。

（5）計算不平衡質量：Q=400×0.15/0.11=545g將計算出的不平衡質量固定在葉輪的K點，啟動轉子，測得數據如表8。

表8 振動數據 單位：mm

該風機振動標準值≤0.08mm，找平衡后的數據遠低于運行標準，可以安全穩定投入系統運行。

4 結語

綜上所述，兩點動平衡法試驗在各風機中應用都取得了良好的效果，根據力的合成與分解，力的趨勢選擇不平衡點及位置，既科學合理又提高了找動平衡的成功率，上述兩例僅是筆者找動平衡眾多設備中的幾例，只要是質量不均勻引起的風機振動超標，用兩點法找動平衡，均可取得良好的效果，降低了風機因轉子質量分布不均勻而導致的振動，為系統設備安全、可靠、長周期運行提供了有力保障。