劉輝

（中核檢修有限公司海鹽分公司，浙江 嘉興 314300）

購買離心風機的用戶和制造離心風機的廠家關(guān)注的首要問題就是離心風機的振動問題。離心風機振動過大或過小都會對離心風機的零部件造成損傷。當離心風機的振動超標時，振動速度過大會使離心風機的軸承溫度急劇上升，并且還會加快零部件的磨損程度，當離心風機的振動幅度嚴重超標時，會使某些重要零部件遭到不可挽回的損傷，軸承箱體可能開裂，甚至還會導(dǎo)致葉輪開裂和解體。為了應(yīng)對離心風機振動超標情況，減少離心風機的振動，從而達到平衡，首先就要進行整機動平衡，這主要是因為風機振動周期性干擾力會導(dǎo)致風機振動的產(chǎn)生。

1 風機所受的主要干擾力

1.1 偏心干擾力

偏心干擾力的產(chǎn)生主要是由于工作人員在制作離心風機過程中，由于材料選取錯誤或者由于制造人員的操作失誤等原因，導(dǎo)致葉輪的質(zhì)心不在葉輪的圓心上，從而產(chǎn)生了一個偏移量，而葉輪在運轉(zhuǎn)過程中，也就產(chǎn)生了一個離心力，稱為偏心干擾力。在此，可以假設(shè)葉輪轉(zhuǎn)子的質(zhì)量為m，角速度為ω，則偏心干擾力為F=meω。而ω=nπ/30。

例如，m=5000kg；

e=0.02mm=0.02×10-3m；

n=980r/min；

則 F=5 0 0 0×0.0 2×1 0-3×（[9 8 0×π）/30]2≈ 1053.2N。

從這個公式得出，離心干擾力F為1053.2N，可以說離心干擾力還是較大的。

葉輪在平衡床上起到配重作用時，主要功能是將葉輪的重心做一個有效的調(diào)整，這樣就能使整體的重心大部分保證在軸上。但是這種情況有以下三個缺點：第一，平衡床的轉(zhuǎn)速非常小，僅僅只有幾百轉(zhuǎn)，和實際情況非常不符。第二，葉輪在平衡床中產(chǎn)生的平衡重量很容易受到空氣阻力的影響，如果這個配重是在真空的條件下制造的，葉輪的偏移重心能做到更小。第三，不同的動態(tài)平衡的方法能使得動態(tài)平衡有所不同。比如說，由f型變速器制造而成的平衡床，其風扇可以用d型變速器。所以說，葉輪的重心不能剛好是葉輪的幾何中心。

1.2 空氣動力干擾力

人工操作不合理也會造成誤差，所使用的制作材料如果質(zhì)量不好也會造成一定的干擾，離心風扇在進行工作的時候，空氣流對每個葉片的不同部分的作用力不相同，所以，總的合力不能是零。這樣就產(chǎn)生了非常大的干擾力，主要會引起以下幾種干擾力。

（1）葉片差異引起的干擾力。葉輪在實際制造的過程中會有一定的誤差出現(xiàn)，比如說，每個葉片的角度和方向以及各個零件之間的空隙都會造成一定的誤差，這些誤差的存在導(dǎo)致每個葉片上的反作用力的和不為零，從而加大空氣動力對機器的干擾力。（2）輪盤和輪蓋的晃動干擾。機器輪盤和輪蓋在實際工作的時候產(chǎn)生的跳動力應(yīng)該控制在一定的范圍內(nèi)，這樣就能大大減少機器在使用過程中的晃動。輪盤和輪蓋在工作的時候會產(chǎn)生一定的振動力，并且這個振動力是有一定周期性的，空氣的傳播對其也有一定的影響。（3）反饋氣流的擾動力。機器上的風扇葉輪和進氣口之間存在一些空隙，一些氣流通過這些空隙能返回到機器中，這就是平時我們常說的反饋氣流。反饋氣流的穩(wěn)定性對風扇的振動有很大的影響，所以，在進行安裝的時候應(yīng)該保證葉輪和進氣口之間的間隙是均勻的，且有一定的重疊性，以便最小化和穩(wěn)定反饋氣流，并減少風扇的振動。一般來說，反饋氣流越小，風扇效率越高，而風扇效率則越低。（4）機殼內(nèi)壓力分布差異。在葉輪進行工作的時候，輸送到各個地方的空氣的總量是完全一樣的，但是外部的殼狀物體對其有一定的限制，空氣只能在一個方向上移動。機器的各個部分的氣壓不相同，所以，風扇在穩(wěn)定運行的時候，風扇內(nèi)部的氣壓分布也是非常穩(wěn)定的，此時對風扇的干擾性很小。但是，隨著操作方式的不斷改變，如風門的速度不斷變化，風扇中的壓力分布情況也會因此而改變，振動也就隨之發(fā)生變化。這是改變機器振動情況的主要原因之一，這種干擾情況主要是在實際操作中產(chǎn)生的。

1.3 偏心干擾力和氣動干擾力的影響

葉輪在平衡床上轉(zhuǎn)動的時候是有一定的轉(zhuǎn)速的，每個葉輪都必須符合標準，所以，要保證空氣的偏心干擾和氣動干擾都符合相關(guān)要求。但是，在實際工作的時候，這兩種干擾力并不能很好地被把控，相關(guān)工作人員也不能很好地掌握這兩種干擾力的大小和方向。當風扇以一個較高的轉(zhuǎn)速進行工作的時候，這兩種干擾力也會大大增加。如果兩個力之間的夾角不大于120°或小于240°，則合力大于兩個分量，因此安裝葉輪時振動非常大。如果兩個力之間的夾角大于120度且小于240度，則合力小于兩個分力，因此葉輪安裝機的振動會更小。因此，如果振動很大，整個機器必須平衡。通過這種方式，我們可以知道葉輪已經(jīng)在平衡床上進行了動態(tài)平衡，并且每個葉輪都達到了標準。要平衡整個機器，我們可以分析，是因為葉輪安裝后，有些振動很大，要平衡重量；一些葉輪和外殼移動到一定程度，振動會更好。對于大型風扇來說，最好的方法是實現(xiàn)葉輪超速動平衡。

2 材料剛性對振動的影響

風機如果長時間在高強度的振動條件下運行會導(dǎo)致材料的剛度大大降低，從而導(dǎo)致整臺機器出現(xiàn)故障。如果風機的振動幅度太大，再加上機器的底座性能不好，就會使得軸承容易裂開。在風機實際工作的時候，可能會遇到以下情況：風機的轉(zhuǎn)速慢慢增大，在合適的轉(zhuǎn)速下，振動并沒有很大的影響。但是如果轉(zhuǎn)速超過一定范圍的時候，振動會突然變大，造成這種現(xiàn)象的主要原因是風扇材料突然變形。隨著風扇轉(zhuǎn)速的不斷增加，其離心力也不斷增加。當離心機增加到一定限度的時候，會使得葉片和主軸發(fā)生明顯的變化，從而使得偏心度和干擾力不斷增加。葉片和主軸發(fā)生明顯變形之后，作用在葉片和氣流上的作用力也會發(fā)生明顯的變化，此時，空氣動力的干擾力也會發(fā)生變化。當運行狀態(tài)比較穩(wěn)定的時候，干擾力也非常穩(wěn)定，進而可以進行動平衡工作，在這種情況下，平衡是由彈性變形引起的。經(jīng)過分析可以得出，材料的剛性對風機的振動也是有一定影響的，但是這種平衡風扇的產(chǎn)生是有一定條件的：剛開始啟動的時候一定要保證合適的振動，慢慢加大振動的幅度，風扇正常工作之后，振動將保持在一個穩(wěn)定的狀態(tài)。

3 風機的對中對振動的影響

風扇的對中通常被認為是滿足安裝要求的對中。然而，我們可以進一步擴展：風扇的振動是空間力系統(tǒng)綜合作用的結(jié)果，這種振動引起的變形可以稱為彈性變形范圍內(nèi)的定心，反之亦然?，F(xiàn)場動平衡很難做到。主要是關(guān)于如何判斷風扇是否在彈性變形范圍內(nèi)運行。了解風機葉輪的受力情況，同時可以判斷風機振動的變形是否在彈性變形范圍內(nèi)，使得現(xiàn)場動平衡相對簡單。

4 風機葉片振動超標缺陷分析方法

當風機葉輪振動超標時，應(yīng)該從多個方面找出原因。通過對振動原因的分析，可以消除設(shè)備的潛在故障，實現(xiàn)穩(wěn)定運行。一般來講風扇振動的來源包括軸承座的振動、轉(zhuǎn)子和臨界速度引起的振動導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)失速。

在實際工作的過程中，風機軸承的不斷振動中，轉(zhuǎn)子質(zhì)量的振動大部分是不平衡振動。引起轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的主要原因有：葉輪使用過程中磨損均勻，葉片表面有灰塵堆積或者有些部位生銹，葉輪的葉片或者是其它部分有一些其它雜質(zhì)，主軸的局部地方出現(xiàn)彎曲，后葉輪出現(xiàn)不平衡的現(xiàn)象等。葉輪強度不足會導(dǎo)致葉輪開裂或局部變形。葉輪上的松動零件或松動連接等。均會引起軸承振動。

滾動軸承異常引起的振動：（1）軸承裝配不良引起的振動。（2）滾動軸承表面損壞引起的振動。（3）由于軸承座剛度不足而引起的振動：基礎(chǔ)灌漿不良、地腳螺栓松動、墊圈松動以及底座連接薄弱都會引起強烈的強迫共振。這種振動的主要特征是有缺陷的地腳螺栓處的軸承座和大的徑向部件的大振動。（4）異常耦合引起的振動：不正確的耦合安裝、風扇和電機軸之間的錯位、風扇和電機軸之間的正時，以及在運行過程中沒有考慮軸向位移的補償量，都會導(dǎo)致風扇和電機的振動。振動特性如下：①振動不確定，隨負載變化劇烈，空載時輕，滿載時大，振動穩(wěn)定性好；②軸線偏差越大，振動越大。③電機單獨運行時，振動消失；④徑向振動大時，兩條軸線平行；軸向振動大時，兩條軸線相交。

轉(zhuǎn)子不平衡引起的振動特性：①水平方向振動值大，軸向振動值小，軸承座軸承處的振動大于推力軸承處的振動。②振幅隨轉(zhuǎn)數(shù)的增加而增加。③振動穩(wěn)定性好，對載荷變化不敏感。

通過風機每個點的振幅進行分析和比較，以找出故障的原因。此外，還必須了解離心風機的運行條件、工作環(huán)境和故障歷史，并在此基礎(chǔ)上對離心式風扇故障進行全面分析，逐一進行分析和排除，找出振動超標的真正原因，從而有針對性的解決故障。

5 結(jié)語

風扇動平衡的第一個條件是風扇應(yīng)該在彈性變形范圍內(nèi)運行，第二個條件是振動干擾力應(yīng)該處于穩(wěn)定狀態(tài)。在這種情況下，初始振動數(shù)據(jù)和測試重量振動數(shù)據(jù)是可靠和可用的，根據(jù)x = -f / k的要求，風扇的動平衡變得簡單易行。