黃溢鋒

（南通大通寶富風(fēng)機(jī)有限公司通風(fēng)機(jī)研究所，江蘇 南通 226000）

離心通風(fēng)機(jī)是工業(yè)及民用領(lǐng)域最為常見(jiàn)的通用透平設(shè)備之一，其主要作用是輸送系統(tǒng)所需氣體。通風(fēng)機(jī)主要通過(guò)葉輪旋轉(zhuǎn)做功，旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行時(shí)均存在振動(dòng)，但過(guò)高的振動(dòng)不但影響設(shè)備的使用壽命，也直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。所以國(guó)內(nèi)外對(duì)通風(fēng)機(jī)振動(dòng)的限值要求逐步在提升，如JB/T 8689—2014 《通風(fēng)機(jī)振動(dòng)檢測(cè)及其限值》中要求剛性支撐的轉(zhuǎn)子振動(dòng)速度有效值RMS≤4.6 mm/s，而ISO 14694：2003《工業(yè)通風(fēng)機(jī)——平衡品質(zhì)與振動(dòng)等級(jí)規(guī)范》中的要求更高，且國(guó)內(nèi)等同引用的標(biāo)準(zhǔn)也即將發(fā)布實(shí)施。

隨著系統(tǒng)對(duì)風(fēng)機(jī)做功能力要求的提高，需要通風(fēng)機(jī)線速度相應(yīng)提高，葉輪直徑大、高轉(zhuǎn)速（3 000 r/min）的通風(fēng)機(jī)的需求也隨之增多。伴隨著轉(zhuǎn)速的提高，風(fēng)機(jī)振動(dòng)超標(biāo)故障也更容易出現(xiàn)，因此對(duì)通風(fēng)機(jī)的振動(dòng)故障快速診斷及對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的改進(jìn)尤為重要。頻譜分析儀器通過(guò)對(duì)振動(dòng)信號(hào)的FFT（快速傅里葉轉(zhuǎn)變）可呈現(xiàn)不同頻率上的振動(dòng)值。通過(guò)對(duì)振動(dòng)頻譜的分析，可以較準(zhǔn)確地判斷振動(dòng)原因，便于快速診斷。目前頻譜分析儀或具有頻譜分析功能的設(shè)備已逐步普及，例如諸多現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡儀就帶頻譜分析功能。

1 通風(fēng)機(jī)振動(dòng)的幾種主因

通風(fēng)機(jī)振動(dòng)原因一般有以下幾種：①設(shè)計(jì)原因。如轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速接近工作轉(zhuǎn)速、葉輪及支架強(qiáng)度或剛度不足、熱膨脹考慮不足導(dǎo)致的熱不對(duì)中等情況。②部件制作原因。如旋轉(zhuǎn)件加工偏心，制作缺陷導(dǎo)致強(qiáng)度、剛度不足，焊接件應(yīng)力集中導(dǎo)致變形，輪轂內(nèi)孔與主軸配合間隙過(guò)大，軸承座前后孔不同心，支架上的軸承座、電機(jī)地腳安裝面不平等情況。③裝配精度原因。如聯(lián)軸器不對(duì)中，葉輪、軸承未鎖緊，軸承座、電機(jī)地腳未緊固，軸承座或電機(jī)地腳虛腳等情況。④不平衡。葉輪、聯(lián)軸器或轉(zhuǎn)子整體剩余不平衡量過(guò)大。⑤其他原因。如使用工況處于風(fēng)機(jī)小流量喘振區(qū)、進(jìn)出管路因素造成的喘振、隔振措施不足等情況。

2 幾種典型振動(dòng)頻譜特征

以下圖中n為工作轉(zhuǎn)頻，橫坐標(biāo)為轉(zhuǎn)頻，縱坐標(biāo)為振動(dòng)速度有效值（RMS）。

不平衡原因頻譜如圖1 所示，其特征是1 倍頻諧振突出，水平振動(dòng)值突出。

圖1 不平衡原因頻譜

不對(duì)中原因頻譜如圖2 所示，特征是2 倍頻諧振突出，伴隨1～5 倍頻的諧振；軸向振動(dòng)值突出。

圖2 不對(duì)中原因頻譜

機(jī)械松動(dòng)原因頻譜如圖3 所示，特征是多倍頻諧振大。

圖3 機(jī)械松動(dòng)原因頻譜

3 一起綜合因素的通風(fēng)機(jī)振動(dòng)故障診斷

某離心風(fēng)機(jī)，葉輪直徑為1 060 mm，轉(zhuǎn)速為2 980 r/min，稀油潤(rùn)滑整體軸承座懸臂支撐結(jié)構(gòu)，使用聯(lián)軸器傳動(dòng)，自由端前軸承（靠近葉輪）為NJ2320，固定端后軸承為6320。試車時(shí)振動(dòng)值超標(biāo)，前后軸承處垂直方向?yàn)?.6 mm/s、水平方向達(dá)8 mm/s。經(jīng)頻譜分析，發(fā)現(xiàn)兩軸承均存在多倍頻的諧振，其中前幾倍頻較大。初步判斷為軸承松動(dòng)問(wèn)題。

拆解檢查發(fā)現(xiàn)，軸承外圓的直徑比基準(zhǔn)值為-0.05 mm，超過(guò)該軸承外圓0～-0.03 mm 標(biāo)準(zhǔn)公差范圍，重新調(diào)整軸承外圈與軸承座內(nèi)孔間隙后再試車，初期，兩軸承處垂直振動(dòng)明顯減小，均小于2 mm/s，但前軸承處水平振動(dòng)值大于6 mm/s，仍超標(biāo)，且前軸承溫度較高。頻譜顯示兩軸承仍為多倍頻振動(dòng)值偏高，且2 倍頻突出，但軸向振動(dòng)不大。隨著試車時(shí)間增加，垂直、水平方向振動(dòng)均加大，呈現(xiàn)多倍頻諧振。懷疑軸承壓緊度不足，打開軸承箱檢查發(fā)現(xiàn)，前軸承的鋼保持架已斷裂成多段，油池底部出現(xiàn)許多黑色鐵屑，軸承內(nèi)圈有明顯的高溫灼痕。

更換了一只新的黃銅保持架軸承后試車，垂直振動(dòng)合格，水平振動(dòng)仍超標(biāo)，前軸承頻譜顯示1 倍頻振動(dòng)值高，并伴有多倍頻較小諧振。同時(shí)，垂直和水平方向相位約成90°，判斷為不平衡。

使用現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)單面平衡，在葉輪輪蓋上相應(yīng)相位焊接了一塊28 g 的平衡塊，試車振動(dòng)值均達(dá)標(biāo)（<2.8 mm/s）。

4 分析及改進(jìn)

經(jīng)重新的校核和分析，此次屬于軸承及不平衡綜合因素導(dǎo)致的振動(dòng)問(wèn)題。

軸承方面，此風(fēng)機(jī)前軸承使用的NJ2320 軸承為寬系列滾子軸承，其一般用于承受大徑向力，承載時(shí)為線接觸，對(duì)安裝尺寸要求很高。而此風(fēng)機(jī)葉輪質(zhì)量不大，使用軸承選型軟件進(jìn)行負(fù)載核算，發(fā)現(xiàn)此軸承的實(shí)際徑向載荷為2.1 kN，遠(yuǎn)小于軸承要求的最小載荷6.14 kN，結(jié)果為“不適合使用”。對(duì)于軸承選用，人們往往存在一定的誤區(qū)，認(rèn)為軸承大些好，承載越大越安全，但實(shí)際上，有些軸承太大反而更容易失效，如此例中的滾子軸承；如果載荷太小，會(huì)造成滾動(dòng)體在滾道內(nèi)滑動(dòng)，且此軸承為線性接觸，極易造成滾動(dòng)體磨損、軸承失效。雖此次經(jīng)處理后振動(dòng)合格，但軸承選用仍不合理，壽命存在問(wèn)題，后續(xù)重新選擇并更換了合適的軸承。

不平衡方面原因如下：①葉輪與主軸配合存在間隙，此風(fēng)機(jī)葉輪材質(zhì)為不銹鋼，不銹鋼配合面比較容易咬合，所以在安裝時(shí)，安裝人員將軸孔進(jìn)行了手工打磨，經(jīng)測(cè)量，輪轂孔徑為85 mm+0.03～0.07 mm，因離心力與轉(zhuǎn)速比的平方成正比，葉輪在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)離心力會(huì)使軸孔產(chǎn)生徑向擴(kuò)張，使間隙進(jìn)一步擴(kuò)大，偏心距也會(huì)增大，造成不平衡。如果打磨造成了錐孔，甚至?xí)斐扇~輪傾斜，形成力偶不平衡，那就需要進(jìn)行雙面動(dòng)平衡，更難以處理。②葉輪在平衡機(jī)上平衡時(shí)，使用平衡軸裝配平衡，在間隙、質(zhì)量等方面與實(shí)際轉(zhuǎn)子存在一定差異，且平衡機(jī)轉(zhuǎn)速較低，不平衡力與轉(zhuǎn)速比成平方放大，如果精度稍差，在高速時(shí)就會(huì)體現(xiàn)更明顯。③較高轉(zhuǎn)速的風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)使用了普通強(qiáng)度材料，為滿足強(qiáng)度要求，材料較厚，整體偏重，激振力大。

對(duì)于高轉(zhuǎn)速風(fēng)機(jī)，設(shè)計(jì)制造過(guò)程中需要注意如下幾點(diǎn)：①輪轂與主軸配合間隙需要盡可能小，減少間隙引起的偏心距，同時(shí)加工精度及粗糙度要更高，以便于安裝。特殊材質(zhì)或高溫的風(fēng)機(jī)可使用錐形軸、孔加預(yù)緊力配合。②葉輪設(shè)計(jì)時(shí)可使用高強(qiáng)度材料，以減輕葉輪質(zhì)量，減小激振力。③支架應(yīng)比低轉(zhuǎn)速風(fēng)機(jī)進(jìn)一步加強(qiáng)，以提升整體剛度。④軸承選用不是“越大越好”，適合才是最好的。

5 結(jié)束語(yǔ)

產(chǎn)生振動(dòng)的因素較多，單一因素造成的振動(dòng)較易判斷，但綜合因素引起的振動(dòng)較難判斷?？蓪⑵浞纸鉃椴煌囊蛩胤植教幚?。

充分利用頻譜分析的方法進(jìn)行診斷可大大提高準(zhǔn)確性和效率。

對(duì)于高轉(zhuǎn)速風(fēng)機(jī)，要進(jìn)一步考慮加工精度、配合間隙、平衡精度等因素，設(shè)計(jì)時(shí)需要盡可能減少轉(zhuǎn)子質(zhì)量，整體剛度需足夠，從多角度減少不平衡量或抵御激振力。