廠房負壓風機鼓風機異常震動診斷大容量通風機葉輪的修割優化技術

摘 要：大慶石化公司污水處理用的鼓風機振動異常。通過振動趨勢圖及頻譜分析，并采取逐點排除法，確認振動異常源于電機。
關鍵詞：鼓風機；頻譜；診斷；電機；松動；動平衡

一、振動概述
2003年12月，大慶石化公司某污水車間C0014#鼓風機的四個測點振動值升高，至2004年2月，振動進一步加劇。其中最大振動速度從1.9mm/s升至8.4mm/s，遠超過4.5mm/s的允許值。其趨勢圖見圖1

二、初步分析
鼓風機電機轉速3 000r/min，功率440kW%，結構簡圖及測點布置見圖2。

振動趨勢圖顯示3#，4#測點的振動幅值躍升幅度比1#、2#測點大，同時可以看出聯軸器側的2#、3#測點比1#、 4#測點幅值躍升幅度大。經初步分析，認為振動源于電機，并且位于聯軸器側。具體產生原因可能是由于聯軸器對中變化（螺栓松動、聯軸器膠圈磨損等）、地腳松動、軸承損壞或其它原因造成。
三、故障分析診斷
1、仔細檢查鼓風機地腳螺栓及對中情況，未發現異常。脫開聯軸器單試電機，發現3#測點的水平振動值達到3.98mm/s，垂直振動值2.87mm/s，軸向振動值4.32mm/s。而此前電機無負載運行的總體振動值小于1.1mm/s，表明電機振動嚴重，導致機組振動異常。
2、3#測點水平、垂直、軸向的頻譜如圖3所示。從頻譜圖可以看出，振動在水平和軸向較大，頻率以工頻為主，伴隨2、3、4倍等高次諧波。

3．頻譜分析
(1)轉子質量不平衡導致產生工頻振動。但據該電機以往振動資料分析，轉子動平衡良好，也未檢修過，不太可能發生大的改變，故振動的主要原因應該不是動平衡問題。
(2)產生高次諧波有以下原因。
①軸承不對中。由于平衡位置發生變化，軸工程載荷重新分配，軸承油膜呈非線性，在一定條件下出現高次諧波。同時軸承不對中會引起電機軸向振動。
②轉子部件松動。轉子部件松動是非線性和時變的，因此產生非線性振動，將出現大量旋轉頻率的諧波。
轉子機械松動包括軸承與軸承座配合間隙不當、聯軸器與軸過盈不足等。軸承內圈磨損產生的頻譜和軸承座配合間隙不當產生的頻譜相似，而且軸承內圈磨損后，軸承與軸的配合間隙變大，導致設備動平衡破壞和前后軸承不對中，在頻譜圖上產生工頻及高次諧波，因此電機故障很可能是軸承內圈磨損造成。
檢修電機時，發現聯軸器側電機軸已嚴重磨損，實測軸頸尺寸為φ1000.10mm，電機后側軸頸尺寸為φ1000.01mm，從而證實了此前的判斷。
四、解決措施
用噴涂法修復軸頸，使與聯軸器孔過盈0.02mm.再次單獨運轉電機，3#測點的水平、垂直方向頻譜如圖4所示。

從中可以看出，檢修后電機徑向振動比檢修前增大了，振動頻率以工頻為主。軸向振動很小，并且振動隨轉速變化而變化，是典型的動不平衡振動這是由于修復電機時。機械加工誤差導致動平衡變化所致。
重新對電機轉子進行動平衡，在左、右配重面分別加了70.1g和104g配重。再次開機，1#、 2#測點振動值均在1.68mm/s以下，狀態良好。

參考文獻：
[1] 沈慶根北工機器故障診斷技術[M]．浙江大學出版社，1994.
[2] 徐敏設備故障診斷手冊[M]．西安交通大學出版社，1998.

簡介：對通風機葉輪修割的意義分別在氣動性能、機械性能、安全性和經濟性方面來闡述。介紹了葉輪修割的方法和適用范圍。
1引言
葉輪是通風機結構中重要的零部件，葉輪的葉型風機的性能參數有著直接影響作用。根據作者長期對電廠用各種通風機葉輪修割的經驗，現以離心式風機為例，對葉輪修割作簡單的介紹。

2氣動性能

葉輪通常由葉片、前盤和后（中）盤組焊而成。從軸向看，葉輪出口截面存在幾個不均衡：氣流密度和速度不均衡；靠近葉片工作面的密度和速度大于非工作面密度和速度的不均衡；氣流方向也不均衡。故對輪盤和葉片形狀進行適當的修割，使其更加符合實際流場，便可帶來以下益處:
（1）減小葉輪出口氣流的不均衡，能減輕氣流對機殼蝸舌的沖擊強度和氣動噪聲；
（2）能降低雙吸葉輪安裝不對稱造成的偏流敏感性，有利于運行平穩；
（3）仿飛禽翼尾的鋸齒形，消減葉輪出口尾渦，有利消聲減振；
（4）能開大進口風門，減小擋板和葉片背渦，減小節流損失；
（5）減少流道附面層對氣流粘度的影響和輪阻摩擦損失，提高風機反應度。

3機械性能

葉輪葉片為徑向分布，葉間距隨葉輪半徑增大而增大，前盤（比后盤和中盤�。﹨^域剛性相應較低，振幅則相應增大，葉片背渦對葉輪內外產生的壓力脈動激振頻率與前盤局部固有頻率易產生共振，該部位由于應力集中，長期運行可能疲勞斷裂。無論葉輪設計多么完美、材質強度多高，焊接再牢固，其受加工成型和焊接時仍會產生內部殘留應力，而且自身存在相對薄弱的部位，如焊縫邊緣的熱影響區，結構變化和頻率變化點等，故合理修割可達到以下效果：
（1）減小和釋放振動能量；
（2）消減葉片背渦，消除能量聚集產生的應力疲勞破壞；
（3）雙吸葉輪中盤開鋸齒形，可避免灰塵沖擊葉片和中盤的焊縫，增加葉輪耐磨壽命；
（4）單吸葉輪后盤開鋸齒槽可以減小氣壓差產生的軸向附加力，延長軸承壽命；

4安全性

（1）減輕軸承負荷和避免轉子重力造成的主軸彎曲；
（2）減小離心力，降低材料應力，提高葉輪整體強度；
（3）減小節流渦和葉片背渦，避免失速、喘振和氣流脈動破壞；
（4）減小轉動慣量，避免電機啟動溫升過高和減輕對電網的沖擊；
（5）減振降噪，避免對人身和設備的損傷，符合生態和環保。

人們主觀上習慣認為輪盤上割開缺口不安全，其實旋轉輪盤的應力是由自身構件的離心力和內外徑上受力條件決定，一般分布規律為：徑向應力沿輪盤半徑增加而由小變大，又逐漸變��；切向應力則沿輪盤半徑的增加而由大變小，靠內徑應力最大，靠外徑應力最小，兩項疊加后的合成應力仍是靠近輪盤外徑處應力最小，這就是輪盤外徑處可去除部分材料的理論依據。

5經濟性

從葉輪本身出發，通過去掉部分材料來達到以下目的：

（1）增加風門開度，減少節流損失，增效節電；
（2）優化機型，減小電機功率蓄備系數；
（3）減輕工程損壞，減少工程維護；
（4）不必購置和更換葉輪等備件；
（5）操作時風機不解體，一般不電焊、不打磨、不找動平衡；
（6）并聯機組可不停爐，單機輪換實施，停機短，一般在兩小時之內可完成。

6修割方法

（1）準備樣板、火焊和照明等設施，待停機后，打開人孔門即可實施；
（2）在輪盤外徑每兩葉片之間，按旋轉方向開成鋸齒形缺口，前、后盤缺口深度需滿足風量、風壓的大��；中盤缺口深度應滿足輪盤的強度和剛度，適當加大；
（3）葉片出口即外徑最大、線速度最高處，應保留葉片根部焊縫，如此更安全，并省去角焊縫的封頭電焊，節省電焊設備和專用焊條；
（4）以風機原性能和改造葉輪直徑與風量風壓關系式為基礎，考慮葉根殘留面積和輪盤修割面對出力的影響，計算修割量,在實際操作不必過分拘泥于性能的精確；
（5）按樣板準確劃線后修割，割除部分面積相同，質量矩相等，按中心對稱；

對于一些輪盤局部破裂損傷的和已作報廢的葉輪，在輪盤外徑裂口處開對稱性缺口，將裂損部位修割掉，經仔細檢查無殘余裂紋后便可立即恢復正常投運；

7適用范圍

此技術廣泛適宜于電力、化工、冶金、礦山等大型通風機使用行業。在無材料和制造質量缺陷的前提下，凡存在以下情況的大型通風機，均可進行葉輪修割。
（1）滿負荷時出力仍偏大，進口風門長期開度過小，節流損失過大；
（2）氣動噪聲和風道振動較大；
（3）風機轉動慣量大，啟動時間過長，電機線圈溫度過高；
（4）葉輪主軸剛度不足，撓度過大，經常燒軸承；
（5）雙吸葉輪短期磨損嚴重，且中盤未開鋸齒；
（6）一定程度損傷，不便焊補修復的葉輪。
（7）高壓單吸式風機，氣壓產生的軸向附加力偏大，有損軸承壽命的葉輪等。

8結論

從理論上講，風機正常運行工況應置于氣動性能高效區，而由于種種原因并非如此，特別是離心式通風機，故大型風機一般應推行個性化選型、設計和制造，但理論與實際畢竟有差別，所以，現場修割的可行性都是存在而且必要的。當然，對不同類型和結構的葉輪在修割方式的合理性和修割量上，還可深入研究和發揮。

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