鋒速達通風降溫系統(tǒng)
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通風降溫工程鼓風機異常震動診斷大容量通風機葉輪的修割優(yōu)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(lián)軸器側的2#、3#測點比1#、 4#測點幅值躍升幅度大。經(jīng)初步分析，認為振動源于電機，并且位于聯(lián)軸器側。具體產(chǎn)生原因可能是由于聯(lián)軸器對中變化（螺栓松動、聯(lián)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(fā)現(xiàn)異常。脫開聯(lián)軸器單試電機，發(fā)現(xiàn)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(zhì)量不平衡導致產(chǎn)生工頻振動。但據(jù)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(fā)生大的改變，故振動的主要原因應該不是動平衡問題。
(2)產(chǎn)生高次諧波有以下原因。
①軸承不對中。由于平衡位置發(fā)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(xiàn)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(chǎn)生非線性振動，將出現(xiàn)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(lián)軸器與軸過盈不足等。軸承內(nèi)圈磨損產(chǎn)生的頻譜和軸承座配合間隙不當產(chǎn)生的頻譜相似，而且軸承內(nèi)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(chǎn)生工頻及高次諧波，因此電機故障很可能是軸承內(nèi)圈磨損造成。
檢修電機時，發(fā)現(xiàn)聯(lián)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(lián)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(tài)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(jīng)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(shù)有著直接影響作用。根據(jù)作者長期對電廠用各種通風機葉輪修割的經(jīng)驗，現(xiàn)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?shù)男薷�，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(wěn)；
（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(jié)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�。﹨^(qū)域剛性相應較低，振幅則相應增大，葉片背渦對葉輪內(nèi)外產(chǎn)生的壓力脈動激振頻率與前盤局部固有頻率易產(chǎn)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(zhì)強度多高，焊接再牢固，其受加工成型和焊接時仍會產(chǎn)生內(nèi)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(qū)，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(chǎn)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(chǎn)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(jié)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(wǎng)的沖擊；
（5）減振降噪，避免對人身和設備的損傷，符合生態(tài)和環(huán)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(nèi)外徑上受力條件決定，一般分布規(guī)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(nèi)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(jù)。
5經(jīng)濟性
從葉輪本身出發(fā)，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(jié)流損失，增效節(jié)電；
（2）優(yōu)化機型，減小電機功率蓄備系數(shù)；
（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(lián)機組可不停爐，單機輪換實施，停機短，一般在兩小時之內(nèi)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(jié)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(zhì)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(jīng)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(yè)。在無材料和制造質(zhì)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(jié)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(jīng)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(chǎn)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(qū)，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(xiàn)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(fā)揮。
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