離心風(fēng)機(jī)振動(dòng)故障與處理

馬伯樂(lè)，王文豪，王春婷

（吉林石化公司動(dòng)力二廠，吉林吉林 132000）

0 引言

風(fēng)機(jī)是一種從動(dòng)的流體機(jī)械，它將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為流體的動(dòng)能，本文所介紹的風(fēng)機(jī)只限定于電動(dòng)離心風(fēng)機(jī)。離心風(fēng)機(jī)應(yīng)用于石油、化工、電力、農(nóng)業(yè)等眾多領(lǐng)域，其運(yùn)行的穩(wěn)定性，直接決定一條生產(chǎn)線的正產(chǎn)運(yùn)營(yíng)。風(fēng)機(jī)振動(dòng)是影響風(fēng)機(jī)運(yùn)行的重要因素，如果風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)振幅或振速超限情況，一定存在不同程度的故障，風(fēng)機(jī)振動(dòng)現(xiàn)象表現(xiàn)在設(shè)備各部件（基礎(chǔ)座、軸承座、電機(jī)等）出現(xiàn)規(guī)律性晃動(dòng)，若振動(dòng)較大，必要時(shí)需要進(jìn)行停機(jī)檢修，否則會(huì)引發(fā)較大事故。因此，根據(jù)風(fēng)機(jī)振動(dòng)情況，逐一排查引發(fā)振動(dòng)的原因，并及時(shí)采取措施進(jìn)行檢修處理。

1 設(shè)備基礎(chǔ)的穩(wěn)固性

離心風(fēng)機(jī)通過(guò)基座和螺栓固定在設(shè)備基礎(chǔ)上，如果設(shè)備基礎(chǔ)（圖1）不穩(wěn)固，出現(xiàn)松動(dòng)或開(kāi)裂現(xiàn)象，無(wú)論怎么調(diào)整風(fēng)機(jī)或電機(jī)的固定緊力，都會(huì)有振動(dòng)偏大的情況，此時(shí)只能重新加固設(shè)備基礎(chǔ)或重新制作設(shè)備基礎(chǔ)才能消除振動(dòng)。因此，風(fēng)機(jī)振動(dòng)與設(shè)備基礎(chǔ)的穩(wěn)固性有直接關(guān)系。

2 風(fēng)機(jī)地腳螺栓的固定緊力

在風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)穩(wěn)固的情況下，基座與設(shè)備基礎(chǔ)通過(guò)錨栓連接，十分穩(wěn)固。而風(fēng)機(jī)（風(fēng)箱、軸承箱、電機(jī)）與基座通過(guò)地腳螺栓固定連接（圖2），若連接緊力不夠出現(xiàn)松動(dòng)，極易造成風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中振動(dòng)。處理方法是檢查各個(gè)地腳螺栓的緊力，將松動(dòng)的螺栓進(jìn)行緊固處理。因此，地腳螺栓的緊力也直接影響風(fēng)機(jī)振動(dòng)。

圖1 風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)

3 聯(lián)軸器對(duì)中情況

圖2 地腳螺栓

本文所述的離心風(fēng)機(jī)指大型電站離心風(fēng)機(jī)，電機(jī)與風(fēng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器連接（圖3）。聯(lián)軸器分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器，作用是將不同機(jī)構(gòu)中的主動(dòng)軸和從動(dòng)軸牢固的連接在一起共同旋轉(zhuǎn)，從而傳遞運(yùn)動(dòng)和扭矩。聯(lián)軸器安轉(zhuǎn)是否對(duì)中將直接影響風(fēng)機(jī)運(yùn)行振動(dòng)，尤其是剛性聯(lián)軸器要求比較嚴(yán)格，軸向和徑向位差≤0.15 mm。而撓性聯(lián)軸器具有補(bǔ)償性，補(bǔ)償大小由撓性材料自身決定，其軸向和徑向的位差≤0.30 mm。即在此范圍內(nèi)，能保持風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行。若超出該范圍，則需要停運(yùn)風(fēng)機(jī)，對(duì)聯(lián)軸器進(jìn)行重新找正對(duì)中，才能消除風(fēng)機(jī)振動(dòng)。

圖3 風(fēng)機(jī)對(duì)輪聯(lián)軸器

4 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)體軸承質(zhì)量

轉(zhuǎn)子通過(guò)軸承（圖4）進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，而軸承分別固定在軸承箱和電機(jī)內(nèi)，大型風(fēng)機(jī)一般有推力軸承和支撐軸承，軸承的一個(gè)重要指標(biāo)是軸承游隙，軸承游隙是軸承滾動(dòng)體與軸承內(nèi)外圈殼體之間的間隙，軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)間隙來(lái)完成，間隙過(guò)小則滾動(dòng)體無(wú)法滾動(dòng)，間隙過(guò)大則會(huì)引起整個(gè)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)。因此優(yōu)質(zhì)的軸承，其軸承游隙在一定范圍內(nèi)（不同型號(hào)的軸承有不同的游隙標(biāo)準(zhǔn)），若超出這個(gè)范圍則需要停機(jī)檢修進(jìn)行更換，否則將引起風(fēng)機(jī)振動(dòng)。

圖4 轉(zhuǎn)子軸承

5 轉(zhuǎn)子指標(biāo)

圖5 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子及葉輪

通常用撓度衡量轉(zhuǎn)子的軸徑水平，撓度出現(xiàn)偏差，則說(shuō)明安裝出現(xiàn)問(wèn)題。轉(zhuǎn)子（圖5）的彎曲度指轉(zhuǎn)子的彎曲程度，某個(gè)位置的晃度是彎曲度的兩倍，即彎曲度是晃度的1/2。偏心度指轉(zhuǎn)子間找中心偏離實(shí)際中心的程度，啟機(jī)或停機(jī)過(guò)程都需要測(cè)量偏心，測(cè)量由于受熱或重力引起的軸彎曲的程度，一般包括機(jī)械彎曲、溫升彎曲或重力彎曲。用特殊的方法對(duì)轉(zhuǎn)子的彎曲度和偏心度進(jìn)行測(cè)量，若指標(biāo)超限，則轉(zhuǎn)子需要進(jìn)行修復(fù)或報(bào)廢處理，這是轉(zhuǎn)子自身的質(zhì)量問(wèn)題。另外，轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡也不同程度的影響整個(gè)轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的振動(dòng)，由于現(xiàn)代的加工精度和調(diào)整方法，通常轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。

6 電機(jī)質(zhì)量

若振動(dòng)是由電機(jī)（圖6）引起的，需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行檢查檢修?？梢酝ㄟ^(guò)斷開(kāi)聯(lián)軸器的方法進(jìn)行測(cè)試，若斷開(kāi)聯(lián)軸器后振動(dòng)仍然較大，則是電機(jī)自身問(wèn)題；若斷開(kāi)聯(lián)軸器后振動(dòng)減小，則是負(fù)載機(jī)械側(cè)出現(xiàn)問(wèn)題。機(jī)械側(cè)可以查找轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡或轉(zhuǎn)子軸承方面原因，而電機(jī)側(cè)則需要對(duì)整個(gè)電機(jī)進(jìn)行檢定檢測(cè)，可能的原因：①電磁原因造成電壓不平衡，三相電動(dòng)機(jī)缺相；②電機(jī)定子偏心、松動(dòng)或繞組斷線，導(dǎo)致定子三相電流不平衡；③轉(zhuǎn)子偏心、松動(dòng)或轉(zhuǎn)子籠條斷裂，轉(zhuǎn)子鐵心變形造成定子和轉(zhuǎn)子氣隙不均，導(dǎo)致氣隙磁通不平衡造成振動(dòng)。

7 葉輪動(dòng)平衡

風(fēng)機(jī)葉輪（圖7）動(dòng)平衡不良或故障通常是指旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子部件質(zhì)量相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸的軸心發(fā)生偏心時(shí)所引起的異常振動(dòng)。轉(zhuǎn)子不平衡通常由葉輪動(dòng)平衡不良引起，所以對(duì)于轉(zhuǎn)子的不平衡，首先考慮葉輪動(dòng)平衡問(wèn)題。導(dǎo)致葉輪不平衡的因素有加工公差、安裝誤差、制造缺陷、材質(zhì)不均、部件缺失、磨損變形、異物附著等；可以通過(guò)對(duì)葉輪的檢測(cè)檢修進(jìn)行重新調(diào)整動(dòng)平衡。例如安裝誤差，可以通過(guò)重新測(cè)定安裝位置，精度等調(diào)；材質(zhì)不均以及磨損變形，可以對(duì)葉輪加裝平衡塊，調(diào)整其平衡；異物附著可以對(duì)其打磨處理，使異物與葉輪脫離，從使失衡得到矯正。

8 離心風(fēng)機(jī)葉輪在線動(dòng)平衡檢修方法

離心風(fēng)機(jī)葉輪因輸送的介質(zhì)而造成磨損或附著，轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡不好或失效引發(fā)設(shè)備振動(dòng)，嚴(yán)重的則損壞風(fēng)機(jī)設(shè)備，影響生產(chǎn)。大多數(shù)運(yùn)行的風(fēng)機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程中不允許停機(jī)拆卸檢修，因?yàn)樵O(shè)備解體檢修耗費(fèi)大量時(shí)間，從而影響生產(chǎn)運(yùn)行。例如：火力發(fā)電廠的引風(fēng)機(jī)和排粉風(fēng)機(jī)，經(jīng)常因葉輪磨損而失去動(dòng)平衡，但電廠承擔(dān)著發(fā)電供熱的艱巨任務(wù)，一旦長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)風(fēng)機(jī)，則影響鍋爐正常運(yùn)行。因此，風(fēng)機(jī)在線檢修，不用解體大修極為關(guān)鍵。

圖6 電機(jī)

8.1 判斷振動(dòng)來(lái)源

圖7 風(fēng)機(jī)葉輪

首先根據(jù)風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)判斷振動(dòng)來(lái)源，一般情況下，葉輪動(dòng)平衡不好表現(xiàn)在風(fēng)機(jī)的葉輪側(cè)軸承徑向水平振動(dòng)超標(biāo)，水平振動(dòng)反應(yīng)的是轉(zhuǎn)子和葉輪的動(dòng)平衡不好，葉輪側(cè)軸承徑向垂直振動(dòng)，一般是由軸承間隙過(guò)大或質(zhì)量問(wèn)題造成，這種情況下則建議更換軸承。若判斷振動(dòng)來(lái)源并非是轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡失效，則在線動(dòng)平衡檢修法效果不顯著，但有時(shí)通過(guò)葉輪動(dòng)平衡法也可以緩解因其他原因引發(fā)的風(fēng)機(jī)振動(dòng)。

8.2 初測(cè)

在風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，用精密測(cè)振儀器測(cè)量風(fēng)機(jī)葉輪側(cè)軸承的水平振動(dòng)值（一般取振幅位移值，μm）多次，取平均值以提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。根據(jù)振動(dòng)值計(jì)算并確定加裝平衡塊的重量，振動(dòng)位移每10 μm 需要加裝平衡塊（17～24 g），以此類推，用總位移量計(jì)算出加裝平衡塊的總重量。這里的（17～24 g）調(diào)整重量為經(jīng)驗(yàn)值，根據(jù)葉輪直徑大小確定調(diào)整克數(shù)。一般情況下，葉輪直徑越小，調(diào)整克數(shù)越少；葉輪直徑越大，調(diào)整克數(shù)越多。具體數(shù)值需根據(jù)風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)、葉輪尺寸、運(yùn)行狀態(tài)綜合判定。另外，調(diào)整平衡塊需要具備一定的焊接性能，一般常用金屬厚板裁剪而成，常用材料碳鋼即可。平衡塊表面光滑，質(zhì)地均勻，不能太大或太厚，以免影響力矩調(diào)整。

8.3 離心法找失衡點(diǎn)

風(fēng)機(jī)葉輪在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，像一個(gè)旋轉(zhuǎn)的大圓盤(pán)。在圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，其上各點(diǎn)是勻速對(duì)稱，每個(gè)點(diǎn)都能找到其鏡像的對(duì)稱點(diǎn)與之相平衡。如果其中一個(gè)點(diǎn)或幾個(gè)點(diǎn)沒(méi)有對(duì)稱點(diǎn)與之相平衡，就會(huì)引起整個(gè)圓盤(pán)的失衡，導(dǎo)致個(gè)別點(diǎn)的離心力突顯，造成整個(gè)大圓盤(pán)失衡晃動(dòng)，破壞其原有的動(dòng)平衡。無(wú)論是一個(gè)點(diǎn)或幾個(gè)點(diǎn)，只要找到其中一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的合力點(diǎn)，將離心力平衡掉，就能夠調(diào)整平衡。合力點(diǎn)的確認(rèn)方法：①啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，使風(fēng)機(jī)在正常生產(chǎn)工況（風(fēng)壓、風(fēng)速必須為正常值，風(fēng)機(jī)的擋板開(kāi)度也要與之相符）下運(yùn)行，用砂紙?jiān)诳拷~輪的軸端進(jìn)行清理打磨，使之見(jiàn)光發(fā)亮。因此時(shí)風(fēng)機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)，所以一定要小心謹(jǐn)慎，避免出現(xiàn)安全事故；②用白粉筆沾水在軸上涂抹一層薄薄的細(xì)灰，水分蒸發(fā)后會(huì)發(fā)現(xiàn)整個(gè)軸端被涂抹的部分完全變成白色，著色是為了能更好地看清楚軸上的線和點(diǎn)；③用彩色鉛筆逆著軸的旋轉(zhuǎn)方向，從水平測(cè)向軸的中間位置靠近，鉛筆盡量不要觸碰到風(fēng)機(jī)的其他部位，以免影響找點(diǎn)的準(zhǔn)確性。接近軸的同時(shí)一定握好鉛筆，直到稍微接觸到旋轉(zhuǎn)的軸時(shí)，畫(huà)線著色已經(jīng)完成，此時(shí)撤回鉛筆，停運(yùn)風(fēng)機(jī)。在軸上會(huì)留下一條弧形彩線，這條彩線的中間位置，就是造成振動(dòng)的突出點(diǎn)方向。沿著其鏡像點(diǎn)（對(duì)稱點(diǎn)）就能找到其失衡點(diǎn)位置，將其旋轉(zhuǎn)180°，就是理論失衡點(diǎn)，但注意這是理論失衡點(diǎn)，并不是真正加裝平衡塊的位置；④實(shí)際配重點(diǎn)。實(shí)際配重點(diǎn)是沿著軸旋轉(zhuǎn)的方向逆向再旋轉(zhuǎn)23.5°（轉(zhuǎn)速3000 r/min 以下的經(jīng)驗(yàn)值）。23.5°是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，它隨著風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化而變化，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速越大，該角度越大。

8.4 安裝平衡塊

找到實(shí)際配重點(diǎn)的方向，在轉(zhuǎn)子軸上作標(biāo)記，順著這個(gè)方向在機(jī)殼開(kāi)孔，直至看到風(fēng)機(jī)葉輪邊緣，開(kāi)孔的位置就是加裝配重塊的位置。葉輪材料一般為耐磨鋼、耐腐蝕鋼或不銹鋼，選用相同材料的鋼材，切割成相當(dāng)質(zhì)量的平衡塊，平衡塊可采用電子秤秤得實(shí)際質(zhì)量。將平衡塊焊接在葉輪邊緣，必須焊接牢固，避免運(yùn)行過(guò)程中因離心力而脫落而損傷葉輪。

8.5 風(fēng)機(jī)試運(yùn)

安裝平衡塊后不要封孔，要對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)至正常運(yùn)行狀態(tài)，用精密測(cè)振儀器對(duì)風(fēng)機(jī)各軸承箱進(jìn)行測(cè)振并記錄，若軸承振動(dòng)變小，說(shuō)明本次平衡塊加對(duì)了位置。否則，需要重新找動(dòng)平衡。

9 結(jié)語(yǔ)

在日常生產(chǎn)實(shí)踐中，有很多因素會(huì)導(dǎo)致離心風(fēng)機(jī)振動(dòng)，必須認(rèn)真分析，逐一核查，只有找到真正引起風(fēng)機(jī)振動(dòng)的原因并采取相應(yīng)措施，才能消除振動(dòng)，保證設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。