楊光

（山西潞安高純硅業(yè)科技有限責(zé)任公司機(jī)動(dòng)部)

現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)在風(fēng)機(jī)檢修中的應(yīng)用

楊光*

（山西潞安高純硅業(yè)科技有限責(zé)任公司機(jī)動(dòng)部)

現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)是解決風(fēng)機(jī)振動(dòng)、保障化工生產(chǎn)系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的好方法。但是如何科學(xué)準(zhǔn)確地將此技術(shù)應(yīng)用到實(shí)踐中很關(guān)鍵。必須具有豐富的經(jīng)驗(yàn)才能做到校驗(yàn)一次成功，縮短檢修時(shí)間，獲得經(jīng)濟(jì)效益。

動(dòng)平衡 風(fēng)機(jī) 振動(dòng) 試重 配重

0 概述

風(fēng)機(jī)是化工企業(yè)中的常用設(shè)備。有的化工企業(yè)中各類風(fēng)機(jī)多達(dá)上百臺(tái)，少的也有幾十臺(tái)。在設(shè)備運(yùn)行時(shí)因葉輪不平衡而引起的風(fēng)機(jī)振動(dòng)時(shí)有發(fā)生，由此帶來(lái)的風(fēng)機(jī)檢修必將在很大程度上影響生產(chǎn)系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)是解決風(fēng)機(jī)振動(dòng)、保障風(fēng)機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的好方法?，F(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)是對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量和平衡校正的一種方法。在振動(dòng)測(cè)量和平衡校正時(shí)，旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速、安裝條件、支承條件和負(fù)載情況等與其工作狀態(tài)相同或接近。其基本原理是利用安放試探質(zhì)量 （試重）臨時(shí)改變轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布，測(cè)量由此引起的軸承振動(dòng)大小和相位變化，由試探質(zhì)量 （試重）的影響效果確定出真正需要的校正質(zhì)量大小和安放位置。采用現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)具有下述兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）避免大量拆裝，節(jié)約了拆裝工時(shí)、運(yùn)輸工時(shí)，保存了原有的安裝精度，對(duì)生產(chǎn)的影響小；

（2）能有效地提高整個(gè)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的平衡精度，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡在有些情況下也是風(fēng)機(jī)開(kāi)車前所必須進(jìn)行的步驟。

我公司使用的測(cè)試儀是日本電子工業(yè)珠式會(huì)社制造的型號(hào)為SB-8002振動(dòng)測(cè)試平衡儀 （測(cè)量范圍：在 1200 r/min時(shí)振動(dòng)范圍 0.001～999 μm， 轉(zhuǎn)速范圍 180～59 940 r/min；分辨率：振動(dòng)位移±0.001 μm；轉(zhuǎn)動(dòng)范圍： ±1 r/min）。該振動(dòng)測(cè)試儀的速度傳感器采用低功耗、高亮度的發(fā)光二極管作為光源，接通電源后發(fā)出可見(jiàn)紅光，配合反光標(biāo)志可在 1～40 mm 的距離內(nèi)接收 180～59 940 r／min 的轉(zhuǎn)速信號(hào)，用來(lái)測(cè)量風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和角度；其磁電式振動(dòng)傳感器可測(cè)量水平與垂直振動(dòng)，測(cè)量值為雙向振動(dòng)值。利用SB-8002動(dòng)平衡儀測(cè)量振動(dòng)需注意以下幾點(diǎn)。

（1）測(cè)量位置：測(cè)量位置應(yīng)選在最能反映轉(zhuǎn)子振動(dòng)的點(diǎn)上，一般選在軸承面上或最接近軸承位置的機(jī)器的殼體上。

（2）測(cè)量方向：應(yīng)在軸承的水平和垂直兩個(gè)方向上進(jìn)行測(cè)量，至少要在有最大振動(dòng)幅度的方向上進(jìn)行測(cè)量。一般情況下，通常是在水平方向上測(cè)量，在測(cè)量結(jié)果有疑問(wèn)時(shí)，再在兩個(gè)方向上測(cè)量。

（3）參考標(biāo)記：為提供角度和頻率基準(zhǔn)，參考標(biāo)記應(yīng)標(biāo)在轉(zhuǎn)子上容易看到且角度容易測(cè)量的地方。

該SB-8002振動(dòng)測(cè)試平衡儀已數(shù)次用于鍋爐引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、排煙風(fēng)機(jī)等的現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡校驗(yàn),并排除了故障，成功率達(dá)96%。

1 現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡故障的識(shí)別

旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障類型多種多樣。據(jù)統(tǒng)計(jì)，旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的起因75%以上是由不平衡引起的。在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)某一設(shè)備進(jìn)行動(dòng)平衡校驗(yàn)前，首先要判斷故障的類別。轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備若發(fā)生軸彎曲、沒(méi)有對(duì)中、機(jī)械松動(dòng)和軸裂紋等故障，是無(wú)法使用現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)校驗(yàn)的，只有在轉(zhuǎn)子發(fā)生不平衡的情況下現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡才是最有效的。一般的轉(zhuǎn)子不平衡將產(chǎn)生一個(gè)均勻的旋轉(zhuǎn)力，此力的方向連續(xù)變化 ,但始終作用在徑向方向。因此，軸和支承軸承趨向于以某一圓周軌道運(yùn)動(dòng)，然而由于軸承的垂直方向比水平方向剛性強(qiáng)，所以通常振動(dòng)響應(yīng)是一定程度的橢圓軌跡。水平方向振動(dòng)通常大于垂直方向振動(dòng)，一般在2～3倍左右，并且機(jī)器在垂直方向的最大位移將在水平方向最大位移之前 1/4轉(zhuǎn) (即 90°)處出現(xiàn)，即水平和垂直方向的相位差約為90°。

2 現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡的應(yīng)用

2.1 動(dòng)平衡簡(jiǎn)介

現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡校驗(yàn)的測(cè)量方法是在轉(zhuǎn)子支承點(diǎn)上用振動(dòng)傳感器測(cè)取振動(dòng)信號(hào)，用速度傳感器測(cè)取轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子振動(dòng)角度信號(hào)，角度測(cè)量以轉(zhuǎn)子上一個(gè)固定參考標(biāo)記做為基準(zhǔn)，將兩組信號(hào)傳入SB-8002振動(dòng)測(cè)試儀,通過(guò)該振動(dòng)測(cè)試儀提供的現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡應(yīng)用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最終得出校驗(yàn)結(jié)果。

2.2 單面動(dòng)平衡的應(yīng)用

我公司熱動(dòng)廠的兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)是公司的重要?jiǎng)釉O(shè)備并具有現(xiàn)場(chǎng)單面動(dòng)平衡的代表性，其電動(dòng)機(jī)功率900 kW，轉(zhuǎn)速990 r/min,流量Q=150.8 m3/s，風(fēng)壓Δpg=41.9 kPa，軸承型號(hào)為 22236CC/W33（基本額定動(dòng)載荷為1180 kN、200℃下工作2500 h）,潤(rùn)滑方式為30#機(jī)油甩油，電動(dòng)機(jī)通過(guò)彈性柱銷聯(lián)軸器與風(fēng)機(jī)聯(lián)結(jié)，葉輪直徑2 m，寬度180 mm，葉片數(shù)為11片。

某一天，公司熱能動(dòng)力廠的一臺(tái)引風(fēng)機(jī)振動(dòng)值嚴(yán)重超標(biāo)，在檢修時(shí)間緊的情況下，決定用現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡方法對(duì)風(fēng)機(jī)葉輪進(jìn)行降振 （圖1為現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡校驗(yàn)測(cè)試簡(jiǎn)圖）。但是振動(dòng)值嚴(yán)重超出測(cè)振儀的測(cè)量范圍 （999 μm），同時(shí)也超出動(dòng)平衡儀的測(cè)量范圍 （999 μm，999 g）， 先期無(wú)法進(jìn)行動(dòng)平衡校驗(yàn)，必須靠原始的靜平衡將振動(dòng)降到測(cè)振儀的檢測(cè)范圍內(nèi)。經(jīng)過(guò)18 h的靜平衡后，經(jīng)粗測(cè)振動(dòng)降到了動(dòng)平衡檢測(cè)的范圍內(nèi)。之后，用現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡儀進(jìn)行了精確測(cè)量和減振。

圖1 動(dòng)平衡校驗(yàn)測(cè)試

2.2.1 靜平衡過(guò)程

該葉輪為中間有隔板的雙面葉輪。靜平衡過(guò)程是依據(jù)杠桿原理來(lái)粗找平衡。經(jīng)過(guò)三次測(cè)試表明，10號(hào)位置加載質(zhì)量足夠大時(shí)，葉輪才轉(zhuǎn)動(dòng)。這說(shuō)明10號(hào)位置輕，因此三次加載都在10號(hào)葉片位置處加重。風(fēng)機(jī)葉輪及加載位置如圖2所示。三次加載詳細(xì)數(shù)據(jù)如下。

第一次加載：9.5 kg；方位：10號(hào)葉片西5 kg,10號(hào)葉片東4.5 kg。

第二次加載：4 kg；方位：東9號(hào)和10號(hào)葉片中間2 kg，西8號(hào)和9號(hào)葉片中間2 kg。

第三次加載：2.85 kg；方位：東10號(hào)葉片0.85 kg，西9號(hào)葉片2 kg。

靜平衡各葉片的試重質(zhì)量配置情況分別為：

1#—4.7 kg， 2#—4.95 kg， 3#—4.7 kg， 4#—5.6 kg， 5#—6.2 kg， 6#—6.2 kg， 7#—6.9 kg，8#—7.05 kg， 9#—7.1 kg， 10#—6.2 kg， 11#—5.25 kg。測(cè)試試重的質(zhì)量如圖2所示。

通過(guò)靜平衡粗找后，各葉片的測(cè)試試重的質(zhì)量已相差不大，最大差距為9號(hào)葉片和3號(hào)葉片，質(zhì)量相差2.4 kg。對(duì)于這樣大的引風(fēng)機(jī)這一差距顯然已經(jīng)降到了動(dòng)平衡的測(cè)試范圍內(nèi)，可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡來(lái)進(jìn)行精確找平衡了。下面介紹引風(fēng)機(jī)的動(dòng)平衡過(guò)程。

2.2.2 動(dòng)平衡過(guò)程

引風(fēng)機(jī)端3#測(cè)點(diǎn)水平振動(dòng)達(dá)到361 μm，已超標(biāo) （控制振動(dòng)值為60 μm）。該風(fēng)機(jī)的測(cè)點(diǎn)位置布置簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。通過(guò)振動(dòng)測(cè)試及頻譜分析發(fā)現(xiàn)：（1）水平振動(dòng)大于垂直振動(dòng)，振值分別為361 μm和39 μm，振值相差近10倍； （2）振動(dòng)頻率為工頻即轉(zhuǎn)動(dòng)頻率。

2.2.2.1 現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡校驗(yàn)

（1）停機(jī)狀態(tài)下在聯(lián)軸器輪轂處貼光標(biāo)紙鑒相片，標(biāo)出相位角。在3#測(cè)點(diǎn) （見(jiàn)圖1）水平方向放置速度傳感器。從觀察孔中沿風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向，在葉輪筋板上做標(biāo)記，總計(jì)葉片數(shù)為11片。

（2）啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，待轉(zhuǎn)速平穩(wěn)后，測(cè)量初始振動(dòng)值及相位角，分別為361 μm和89°（即位置4）。

（3）停機(jī)，打開(kāi)觀察孔，將950 g試重塊點(diǎn)焊在某任意位置處 （即葉輪前盤棱緣處），蓋好觀察孔。開(kāi)機(jī)，待轉(zhuǎn)速平穩(wěn)后，在動(dòng)平衡儀上輸入試重的質(zhì)量數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算得出實(shí)際配重質(zhì)量和相位角，分別為大于1000 g和313°。

（4）停機(jī)，將原試重質(zhì)量塊從葉輪上取下，由于儀器顯示配重大于1000 g，因此我們暫采用實(shí)際配重質(zhì)量950 g點(diǎn)焊在313°的位置上，這里的313°是以試重位置為0°順著旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)313°確定的。第一次校驗(yàn)結(jié)束。開(kāi)機(jī)后測(cè)得3#測(cè)點(diǎn)處振動(dòng)值為122 μm，剩余不平衡質(zhì)量和相位為430 g和305°。

（5）停機(jī)，將430 g殘余不平衡質(zhì)量塊焊在313°位置處。開(kāi)機(jī)后3#測(cè)點(diǎn)處水平振動(dòng)值為50 μm。

2.2.2.2 動(dòng)平衡校驗(yàn)結(jié)果

現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡校驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

圖2 風(fēng)機(jī)靜平衡測(cè)試

表1 現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡校驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果

此次平衡加載共計(jì)配重質(zhì)量17.73 kg。最后振動(dòng)測(cè)試結(jié)果：西垂直6 μm，西水平50 μm，東垂直 20 μm， 東水平 73 μm。

2.3 雙面動(dòng)平衡的應(yīng)用

雙面平衡在試重階段要試重雙面，比單面平衡多試重一次，其它過(guò)程相同。因此，本文就不再詳細(xì)介紹雙面動(dòng)平衡了。

2.4 如何將試重較準(zhǔn)確地焊在實(shí)際配重位置

在實(shí)際操作過(guò)程中，加試重是個(gè)看似隨意但又很講究的過(guò)程。如果試重加的位置較為準(zhǔn)確，開(kāi)風(fēng)機(jī)后振動(dòng)大幅下降，甚至可以免做加配重的步驟，這樣不但能減少電機(jī)啟動(dòng)次數(shù)，減少停車時(shí)間，而且還可以降低對(duì)大型電機(jī)使用壽命的影響；如果試重加的位置偏差較大，開(kāi)風(fēng)機(jī)后振動(dòng)會(huì)大幅上升，甚至可以超出SB-8002動(dòng)平衡儀的測(cè)量范圍，這樣不但增加了電機(jī)啟動(dòng)次數(shù)，延長(zhǎng)了停車時(shí)間，而且還影響到大型電機(jī)的使用壽命。

加試重的0°位置是以速度傳感器對(duì)準(zhǔn)反光紙時(shí)，振動(dòng)傳感器在軸承座上對(duì)應(yīng)的葉輪的位置。在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子空轉(zhuǎn)時(shí)，測(cè)到的振動(dòng)量即振幅和相位，都是風(fēng)機(jī)各軸承座反映出來(lái)的葉輪的振動(dòng)和相位，測(cè)不到不平衡質(zhì)量的大小和相位，但是空轉(zhuǎn)測(cè)得的振動(dòng)向量 （α）與實(shí)際不平衡質(zhì)量之間存在一種特定規(guī)律，即

式中 α——不平衡質(zhì)量相位；

α空——空轉(zhuǎn)測(cè)得的振動(dòng)相位；

α定——常數(shù)，對(duì)一套固定測(cè)振系統(tǒng)是定值。

加試重的位置β應(yīng)在α的反方向，即β=α+180°。 所以， 加平衡質(zhì)量的相位 β=α空－α定+180°。

α定值的確定是計(jì)算β值的重要環(huán)節(jié)。經(jīng)過(guò)近幾年現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡試驗(yàn)積累了一些經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)。結(jié)合經(jīng)驗(yàn)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行了認(rèn)真的整理分析，找出了型號(hào)SB-8002振動(dòng)測(cè)試平衡儀的α定值為45°。

2.5 存在的問(wèn)題

雖然在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡操作時(shí)有固定的程序，但在化工生產(chǎn)系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)工況復(fù)雜，要求各異，必須具有豐富的經(jīng)驗(yàn)才能做到一次成功。本文在第2.4節(jié)中介紹了如何將試重較準(zhǔn)確地焊在實(shí)際配重位置。這個(gè)試重的質(zhì)量大小對(duì)后續(xù)工序很重要，因此有必要摸索出確定最佳的試重質(zhì)量的規(guī)律。筆者認(rèn)為，最佳的試重質(zhì)量與風(fēng)機(jī)的直徑、寬度、質(zhì)量、轉(zhuǎn)速、初始振動(dòng)值等有一定關(guān)聯(lián)，應(yīng)在以后的實(shí)踐中不斷摸索，爭(zhēng)取早日解決這個(gè)問(wèn)題。

[1]王維民，高金吉，江志農(nóng)，等.旋轉(zhuǎn)機(jī)械無(wú)試重現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡原理與應(yīng)用 [J].振動(dòng)與沖擊，2010（2）.

[2]李莊.化工機(jī)械設(shè)備安裝調(diào)試、故障診斷、維護(hù)及檢修技術(shù)規(guī)范實(shí)用手冊(cè) [M].吉林：吉林電子出版社，2005.

Application of Field Balancing Technology in Fan Overhaul

Yang Guang

Field balancing technology is a good way to solve the problem of fan vibration and to ensure the continuous and stable running of chemical system.However,it is important to apply the technology into practice scientifically and accurately,and it needs rich experience to complete the inspection successfully at one time,so as to shorten the maintenance time and get economic benefits.

Balancing;Fan;Vibration;Test weight;Formal weight

TQ 050.1

*楊光，男，1981年生，助理工程師。長(zhǎng)治市，046108。

2012-05-15）