李林峰，劉 兵

（中國化學(xué)工程第七建設(shè)有限公司，四川成都 610100）

0 引言

在工業(yè)生產(chǎn)中，離心通風(fēng)機(jī)的應(yīng)用廣泛，且在不同生產(chǎn)活動(dòng)中功能也略有差異，例如：在礦井、隧道內(nèi)，可以通風(fēng)、排塵；在鍋爐、爐窯中，可以通風(fēng)、引風(fēng)；在電氣設(shè)備中，可以散熱、冷卻；在谷物加工中，可以選送、烘干。離心通風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中，常見的故障是振動(dòng)超標(biāo)，不僅發(fā)生率高，而且故障原因難以判斷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)線停止。下面結(jié)合實(shí)踐，探討離心通風(fēng)機(jī)振動(dòng)超標(biāo)的原因和解決方法。

1 離心通風(fēng)機(jī)的構(gòu)造和工作原理

離心通風(fēng)機(jī)主要由以下四部分構(gòu)成：①機(jī)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(zhuǎn)子，通過靜平衡和動(dòng)平衡，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)，保證良好性能；④傳動(dòng)部件，包括主軸、軸承箱、滾動(dòng)軸承、聯(lián)軸器等。在實(shí)際應(yīng)用中，離心通風(fēng)機(jī)的降溫、降水效果好，通風(fēng)時(shí)間短；缺點(diǎn)則是能耗高，容易出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象；適用于以降水為目標(biāo)的通風(fēng)工作。

離心通風(fēng)機(jī)的工作原理是將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，葉輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，氣體加速和減速會(huì)產(chǎn)生壓力。以單級(jí)離心風(fēng)機(jī)為例，氣體進(jìn)入葉輪后，方向從軸向轉(zhuǎn)變?yōu)閺较颍贿M(jìn)入擴(kuò)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(zhuǎn)化為壓力能。如果使用多級(jí)離心風(fēng)機(jī)，回流器可促使氣流進(jìn)入下一個(gè)葉輪，形成更高的壓力。

2 離心通風(fēng)機(jī)振動(dòng)超標(biāo)的原因

2.1 機(jī)械原因。

（1）轉(zhuǎn)子不平衡。轉(zhuǎn)子零部件缺損或質(zhì)量分布不均勻，就會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不平衡現(xiàn)象。轉(zhuǎn)子在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生的離心力、力矩較大，如果超過自身承受范圍，就會(huì)造成振動(dòng)。振動(dòng)原因主要有：①設(shè)計(jì)制造因素，如轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致應(yīng)力集中、轉(zhuǎn)子變形；在潮濕、雨雪天氣的影響下，異物粘在葉輪上，也會(huì)改變轉(zhuǎn)子質(zhì)心；材料加工時(shí)，熱處理不當(dāng)可能出現(xiàn)彎曲、腐蝕、變形等問題，也會(huì)破壞轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡。②安裝因素。轉(zhuǎn)子是高速運(yùn)轉(zhuǎn)的部件，對(duì)零件的安裝質(zhì)量要求高，如果安裝次序不對(duì)、安裝不夠嚴(yán)格，就可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效，繼而誘發(fā)振動(dòng)問題。

（2）軸承異常。軸承部位引起的振動(dòng)問題，主要原因有3 個(gè)：①安裝不規(guī)范，導(dǎo)致軸承變形，或者固定件安裝錯(cuò)誤，導(dǎo)致軸承出現(xiàn)偏差；②軸承質(zhì)量差，例如潤滑不足，軸承發(fā)生損壞，或者有異物進(jìn)入，導(dǎo)致滾珠變形磨損、金屬面剝落等；③軸承箱松動(dòng)，主要是固定座和基礎(chǔ)的固定不牢，如連接螺栓斷裂，不僅會(huì)引起振動(dòng)現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致軸承座報(bào)廢。

（3）聯(lián)軸器故障。聯(lián)軸器分為剛性、撓性兩種，離心通風(fēng)機(jī)多采用剛性聯(lián)軸器。如果電機(jī)和轉(zhuǎn)子的中心不對(duì)稱，就會(huì)造成振動(dòng)現(xiàn)象。

（4）機(jī)架松動(dòng)。因地基松動(dòng)、螺栓松動(dòng)、焊接部位開裂，導(dǎo)致機(jī)架松動(dòng)，通風(fēng)機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)。

2.2 氣流原因

（1）旋轉(zhuǎn)失速。氣流和葉片擴(kuò)壓器之間形成正沖角，隨著正沖角增大，氣流離開葉片導(dǎo)致邊界層分離；當(dāng)正沖角達(dá)到臨界值，葉片凹面的渦流區(qū)擴(kuò)大，就會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)脫離現(xiàn)象，葉輪前后出現(xiàn)壓力差，繼而引起振動(dòng)。

（2）氣流喘振。通風(fēng)機(jī)的系統(tǒng)容量大，當(dāng)流量減少，工況點(diǎn)就會(huì)向左移動(dòng)。如果工況點(diǎn)移動(dòng)至不穩(wěn)定區(qū)域，就會(huì)引起振動(dòng)，伴有喘氣聲、呼嚕聲。

2.3 電磁原因

電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，通電運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子在電磁感應(yīng)下，會(huì)出現(xiàn)不規(guī)律的變化，此時(shí)輸出功能改變，就會(huì)導(dǎo)致通風(fēng)機(jī)振動(dòng)。

3 針對(duì)離心通風(fēng)機(jī)振動(dòng)問題的解決方法

3.1 機(jī)械原因的處理

（1）轉(zhuǎn)子問題。企業(yè)應(yīng)在生產(chǎn)空閑時(shí)間檢查轉(zhuǎn)子的外觀、性能，查看是否有轉(zhuǎn)子變形、葉輪積灰等問題。如果轉(zhuǎn)子變形彎曲，可以使用振動(dòng)測(cè)量儀器進(jìn)行確診，不僅能縮短檢修時(shí)間，還能節(jié)約人力成本。

（2）軸承問題。因軸承問題引起的振動(dòng)，應(yīng)該及時(shí)停機(jī)檢查更換。軸承出現(xiàn)問題后，典型的表現(xiàn)是軸承部位異常發(fā)熱。處理時(shí)，選擇質(zhì)量合格的軸承，使用優(yōu)質(zhì)潤滑油；同時(shí)要觀察軸承座的固定是否牢靠，如果出現(xiàn)松動(dòng)，及時(shí)對(duì)緊固件擰緊，或?qū)p壞的緊固件更換。

（3）聯(lián)軸器問題。在動(dòng)力裝置、執(zhí)行裝置之間，聯(lián)軸器是兩者的介質(zhì)，聯(lián)軸器出現(xiàn)問題后，電機(jī)底部的螺栓松動(dòng)，或電機(jī)的電流增大，使用振動(dòng)測(cè)量儀器就能確診。

（4）機(jī)架問題。離心通風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，要注意觀察連接部位是否緊固，檢查焊接部位有無裂縫，對(duì)破損的螺栓進(jìn)行更換。機(jī)架由多個(gè)元件組成，隨著使用壽命延長，問題故障發(fā)生率也會(huì)提高，只有提高保養(yǎng)維修力度，才能避免故障發(fā)生，減少帶來的損失。

3.2 氣流原因的處理

（1）旋轉(zhuǎn)失速。旋轉(zhuǎn)失速的發(fā)生，可能是葉輪上出現(xiàn)一個(gè)氣體脫離團(tuán)，也可能出現(xiàn)幾個(gè)脫離團(tuán)；脫離團(tuán)可能發(fā)生在一級(jí)葉輪上，也可能發(fā)生在幾級(jí)葉輪上。一般情況下，存在2 個(gè)及以上氣體脫離團(tuán)。實(shí)際生產(chǎn)中，發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速的角頻率·ω。其中，N 為氣體脫離團(tuán)的數(shù)量，Q0p為實(shí)際工作流量，Q0為設(shè)計(jì)流量，ω 為轉(zhuǎn)子角頻率。旋轉(zhuǎn)失速是客觀存在的，但并不是出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)失速，就會(huì)引起振動(dòng)問題；而是當(dāng)旋轉(zhuǎn)失速頻率、機(jī)組固有頻率耦合時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)。對(duì)轉(zhuǎn)子角頻率進(jìn)行監(jiān)測(cè)，調(diào)整旋轉(zhuǎn)失速的頻率，就能預(yù)防振動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生。

（2）氣流喘振。通風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，以入口流量—出口壓力曲線為準(zhǔn)，轉(zhuǎn)速一定時(shí)，某個(gè)流量值對(duì)應(yīng)著效率最高點(diǎn)。流量大于、小于這一數(shù)值，效率均會(huì)降低。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，氣流喘振的頻率、振幅與管網(wǎng)容積有關(guān)，隨著管網(wǎng)容積增大，喘振頻率降低、振幅擴(kuò)大。對(duì)于這種問題，應(yīng)加強(qiáng)參數(shù)調(diào)控，使通風(fēng)機(jī)在穩(wěn)定工況區(qū)域內(nèi)運(yùn)行，這樣既能提高運(yùn)行效率，又能避免振動(dòng)產(chǎn)生。

3.3 電磁原因的處理

針對(duì)電磁原因引起的振動(dòng)，主要是解決電機(jī)的氣隙偏心問題。以大容量同步電機(jī)為例，需調(diào)整定子的地腳螺栓，確保定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙處于最佳數(shù)值。如果設(shè)備大修，應(yīng)在修后使用塞尺測(cè)量上下左右的氣隙，調(diào)整到最佳位置，從而避免電磁振動(dòng)發(fā)生。

4 實(shí)例分析

以某加工企業(yè)為例，使用離心通風(fēng)機(jī)供風(fēng)制氧，技術(shù)參數(shù)主要是：流量為75 550 m3/min，轉(zhuǎn)速為1120 r/min，全壓是2170 Pa，功率為65 kW，配套使用的電機(jī)功率是75 kW。該通風(fēng)機(jī)使用期間，各方面性能良好，但隨著使用時(shí)間延長，軸承座突然出現(xiàn)振動(dòng)問題，振動(dòng)速度達(dá)到8.7 mm/s，超過規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的7.1 mm/s。為了明確振動(dòng)原因，使用振動(dòng)數(shù)據(jù)采集器采集軸承端的振動(dòng)波形和頻譜，并采取有效的處理措施。

4.1 布置測(cè)點(diǎn)

振動(dòng)數(shù)據(jù)采集器的型號(hào)是BVM-100-2D，布置測(cè)點(diǎn)時(shí)，電機(jī)、液力耦合器、離心通風(fēng)機(jī)的兩端，各設(shè)置2 個(gè)測(cè)點(diǎn)（圖1）。

圖1 振動(dòng)數(shù)據(jù)采集器的測(cè)點(diǎn)布置

4.2 啟停檢測(cè)

在1#測(cè)點(diǎn)安裝振動(dòng)數(shù)據(jù)采集器，如果是電磁原因引起的振動(dòng)，電機(jī)啟動(dòng)后，振動(dòng)值會(huì)明顯增大；停機(jī)后則會(huì)快速降低為0，且頻譜中不會(huì)出現(xiàn)電源頻率。本次檢測(cè)中，電機(jī)啟動(dòng)后，隨著通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速增大，振動(dòng)值也同步增大；通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速減小，振動(dòng)值也減小。因此，可以排除電磁原因引起的振動(dòng)。

4.3 頻譜檢測(cè)

（1）平衡前的檢測(cè)。風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到1120 r/min，使用振動(dòng)數(shù)據(jù)采集器檢測(cè)振動(dòng)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)6#測(cè)點(diǎn)的軸承H 方向上，振動(dòng)加速度、速度、位移數(shù)據(jù)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(dòng)波形、頻譜變化（圖2）。

分析可知：①振動(dòng)波形和正弦曲線類似，振動(dòng)相位穩(wěn)定；②隨著風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化，振動(dòng)大小也相應(yīng)變化；③振動(dòng)能量集中在18 Hz 左右，此時(shí)峰值突出；④高次諧波的分量小。綜合以上數(shù)據(jù)，得出結(jié)論是轉(zhuǎn)子不平衡引起的振動(dòng)。

（2）動(dòng)平衡校驗(yàn)。為了保證生產(chǎn)安全性，檢修人員必須開展動(dòng)平衡校驗(yàn)工作，解除通風(fēng)機(jī)振動(dòng)問題。具體步驟包括：

第一步，選擇測(cè)點(diǎn)。風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后，在軸承座H 方向上選取一點(diǎn)，該處的振動(dòng)值變化，能準(zhǔn)確反映出不平衡量，標(biāo)記為測(cè)試點(diǎn)M。使用振動(dòng)數(shù)據(jù)采集器，測(cè)量得到振幅為190 μm，風(fēng)門開度為40%，然后停機(jī)。

第二步，分析采集數(shù)據(jù)，結(jié)合葉輪的直徑、配重塊經(jīng)驗(yàn)值，最終得到加重塊的質(zhì)量是180 g。

圖2 軸承振動(dòng)波形和振動(dòng)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(gè)點(diǎn)，并測(cè)定M 點(diǎn)的振幅，結(jié)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(diǎn)為圓心，半徑為190 μm 畫圓，對(duì)圓進(jìn)行3 等分，分別記為點(diǎn)A、點(diǎn)B、點(diǎn)C。以A、B、C 為圓心，半徑為202 μm、256 μm、228 μm 畫弧，3 個(gè)弧線的相交點(diǎn)記為點(diǎn)E、點(diǎn)F、點(diǎn)G。找到EFG 的型心，標(biāo)記為D 點(diǎn)，連接OD 并延長，和圓O 相交于H 點(diǎn)。H 點(diǎn)即配重點(diǎn)，測(cè)量得到長度為32 μm。

第五步，計(jì)算配重質(zhì)量。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，計(jì)算得到配重質(zhì)量是：180×190÷（2×32）=534.4 g。

第六步，在葉輪前盤找到H 點(diǎn)，去除焊塊本身的質(zhì)量50 g，選擇484.4 g 的配重塊并焊接，完成后關(guān)閉檢測(cè)門。

（3）平衡后的檢測(cè)。動(dòng)平衡校驗(yàn)完成后，再次啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到1120 r/min 時(shí)，用振動(dòng)數(shù)據(jù)采集器檢測(cè)6#軸承H 方向的振動(dòng)加速度、速度、位移。結(jié)果顯示，振動(dòng)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(nèi)。本次振動(dòng)超標(biāo)問題解除，通風(fēng)機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

5 結(jié)束語

綜上所述，離心通風(fēng)機(jī)能將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。針對(duì)振動(dòng)超標(biāo)問題，常見原因有機(jī)械因素、氣流因素、電磁因素。文中介紹了具體的解決方法，結(jié)合實(shí)際案例，指出現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和動(dòng)平衡校驗(yàn)的要點(diǎn)，希望為實(shí)際生產(chǎn)提供借鑒，提高離心通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行安全性。