離心風(fēng)機(jī)振動故障與處理

馬伯樂，王文豪，王春婷

（吉林石化公司動力二廠，吉林吉林 132000）

0 引言

風(fēng)機(jī)是一種從動的流體機(jī)械，它將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為流體的動能，本文所介紹的風(fēng)機(jī)只限定于電動離心風(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。風(fēng)機(jī)振動是影響風(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，若振動較大，必要時(shí)需要進(jìn)行停機(jī)檢修，否則會引發(fā)較大事故。因此，根據(jù)風(fēng)機(jī)振動情況，逐一排查引發(fā)振動的原因，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)松動或開裂現(xiàn)象，無論怎么調(diào)整風(fēng)機(jī)或電機(jī)的固定緊力，都會有振動偏大的情況，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。因此，風(fēng)機(jī)振動與設(shè)備基礎(chǔ)的穩(wěn)固性有直接關(guān)系。

圖1 風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)

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)）與基座通過地腳螺栓固定連接（圖2），若連接緊力不夠出現(xiàn)松動，極易造成風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中振動。處理方法是檢查各個(gè)地腳螺栓的緊力，將松動的螺栓進(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。

圖2 地腳螺栓

3 聯(lián)軸器對中情況

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)中的主動軸和從動軸牢固的連接在一起共同旋轉(zhuǎn)，從而傳遞運(yùn)動和扭矩。聯(lián)軸器安轉(zhuǎn)是否對中將直接影響風(fēng)機(jī)運(yùn)行振動，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)，對聯(lián)軸器進(jìn)行重新找正對中，才能消除風(fēng)機(jī)振動。

圖3 風(fēng)機(jī)對輪聯(lián)軸器

4 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動體軸承質(zhì)量

轉(zhuǎn)子通過軸承（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體與軸承內(nèi)外圈殼體之間的間隙，軸承的轉(zhuǎn)動通過間隙來完成，間隙過小則滾動體無法滾動，間隙過大則會引起整個(gè)轉(zhuǎn)子的振動。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。

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，則說明安裝出現(xiàn)問題。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)過程都需要測量偏心，測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。用特殊的方法對轉(zhuǎn)子的彎曲度和偏心度進(jìn)行測量，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)量問題。另外，轉(zhuǎn)子的動平衡也不同程度的影響整個(gè)轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過程中的振動，由于現(xiàn)代的加工精度和調(diào)整方法，通常轉(zhuǎn)子的動平衡不會出現(xiàn)問題。

6 電機(jī)質(zhì)量

若振動是由電機(jī)（圖6）引起的，需要對電機(jī)進(jìn)行檢查檢修。可以通過斷開聯(lián)軸器的方法進(jìn)行測試，若斷開聯(lián)軸器后振動仍然較大，則是電機(jī)自身問題；若斷開聯(lián)軸器后振動減小，則是負(fù)載機(jī)械側(cè)出現(xiàn)問題。機(jī)械側(cè)可以查找轉(zhuǎn)子動平衡或轉(zhuǎn)子軸承方面原因，而電機(jī)側(cè)則需要對整個(gè)電機(jī)進(jìn)行檢定檢測，可能的原因：①電磁原因造成電壓不平衡，三相電動機(jī)缺相；②電機(jī)定子偏心、松動或繞組斷線，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。

圖6 電機(jī)

7 葉輪動平衡

風(fēng)機(jī)葉輪（圖7）動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)量相對于旋轉(zhuǎn)軸的軸心發(fā)生偏心時(shí)所引起的異常振動。轉(zhuǎn)子不平衡通常由葉輪動平衡不良引起，所以對于轉(zhuǎn)子的不平衡，首先考慮葉輪動平衡問題。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；可以通過對葉輪的檢測檢修進(jìn)行重新調(diào)整動平衡。例如安裝誤差，可以通過重新測定安裝位置，精度等調(diào)；材質(zhì)不均以及磨損變形，可以對葉輪加裝平衡塊，調(diào)整其平衡；異物附著可以對其打磨處理，使異物與葉輪脫離，從使失衡得到矯正。

圖7 風(fēng)機(jī)葉輪

8 離心風(fēng)機(jī)葉輪在線動平衡檢修方法

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)子動平衡不好或失效引發(fā)設(shè)備振動，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平衡，但電廠承擔(dān)著發(fā)電供熱的艱巨任務(wù)，一旦長時(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。

8.1 判斷振動來源

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

8.2 初測

在風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中，用精密測振儀器測量風(fēng)機(jī)葉輪側(cè)軸承的水平振動值（一般取振幅位移值，μm）多次，取平均值以提高測量的準(zhǔn)確性。根據(jù)振動值計(jì)算并確定加裝平衡塊的重量，振動位移每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)動過程中，像一個(gè)旋轉(zhuǎn)的大圓盤。在圓盤旋轉(zhuǎn)過程中，其上各點(diǎn)是勻速對稱，每個(gè)點(diǎn)都能找到其鏡像的對稱點(diǎn)與之相平衡。如果其中一個(gè)點(diǎn)或幾個(gè)點(diǎn)沒有對稱點(diǎn)與之相平衡，就會引起整個(gè)圓盤的失衡，導(dǎo)致個(gè)別點(diǎn)的離心力突顯，造成整個(gè)大圓盤失衡晃動，破壞其原有的動平衡。無論是一個(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)。在軸上會留下一條弧形彩線，這條彩線的中間位置，就是造成振動的突出點(diǎn)方向。沿著其鏡像點(diǎn)（對稱點(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)殼開孔，直至看到風(fēng)機(jī)葉輪邊緣，開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，要對風(fēng)機(jī)進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，啟動風(fēng)機(jī)至正常運(yùn)行狀態(tài)，用精密測振儀器對風(fēng)機(jī)各軸承箱進(jìn)行測振并記錄，若軸承振動變小，說明本次平衡塊加對了位置。否則，需要重新找動平衡。

9 結(jié)語

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