軸流風機振動故障分析與處理

文章出處：本站人氣：139發布日期：2022-09-09

軸流風機振動故障分析與處理

軸流風扇是與葉片軸線方向相同的氣流。例如，電風扇和空調是軸流運轉的風扇。之所以稱為“軸流”，是因為氣體平行于風扇軸線流動。軸流風機通常用于流量要求較高、壓力要求較低的場合。軸流風機可分為鋼質風機、防腐風機、PVC風機和不銹鋼風機。普通軸流風機可用于一般工廠、倉庫、辦公室、住宅等的通風，也可用于空氣冷卻器（風冷）、蒸發器、冷凝器等強制通風。防腐防爆軸流風機采用防腐材料和防爆措施，并配用防爆電機?？勺鳛橛斜ㄐ?、揮發性、腐蝕性氣體場所的通用通風設備。

軸流風機安裝示意圖

風機應安裝在堅固、平坦的基礎上或采用合適的升降支撐結構。必須防止機殼變形而引起葉輪與機殼摩擦。支撐結構除了要有足夠的剛性外，還應至少是風機的固有頻率。傳遞違規1. 3次以防止共振，這可能導致結構破裂并增加噪音。風扇可以放置在防震架或其他減震的基礎上，其設計和應用取決于風扇的重量和速度。在風機和管道之間使用柔性連接。

軸流風機振動故障的分析與處理

一、設備參數及結構

風機型號：0.5，葉輪直徑D2=1，最大轉速n=2 550r/min，設計性能參數：風量Q=235 440m 3 /h，總壓p=11，進口溫度t=150℃，進口密度ρ =0./m 3 ，輸送介質為轉爐煤氣（干法除塵）。

風機主要由轉子和定子組成。轉子包括主軸、葉輪、聯軸器、固定端軸承（以下簡稱軸承1）和非固定端軸承（以下簡稱軸承2））。定子包括進風箱（含進口導葉底座和軸承Ⅰ）、機殼（含后導葉底座和軸承Ⅱ）、擴壓器和鋼制風扇底座。一般離心風機的結構是軸承Ⅰ的底座，軸承Ⅱ的底座和混凝土基礎都不與混凝土基礎直接接觸，為了完成運行試驗過程，

二、振動特性

根據轉爐冶煉階段的不同（準備、預熱/降罩、吹氣、補吹、出鋼、清理爐口、加廢鋼加鐵），風機的運行條件經常變化。因此，不僅要滿足各冶煉階段所需的性能參數和防泄漏防爆的要求，還要滿足35～內部低速和高速頻繁調速運行的要求。因此，制造商需要對其進行嚴格的工廠操作實驗。但是在風機運行實驗過程中出現了嚴重的振動問題。振動數據如表 1 所示。特別是所有實驗的速度都遠低于最大設計速度 2 550r/min。明顯地，

根據表1，其振動特性可分析如下：

1、風扇振動與轉速有很強的相關性，轉速越高，振動越大；

2、風扇在增/減速度過程中，相同轉速下的振動特性相同，具有重復性；

3、風機軸承Ⅰ和軸承Ⅱ的振動差別不大，即振動幅度相同；2 320r/min以上，與軸承Ⅱ相比，風機軸承Ⅰ在垂直方向的振動小于軸承Ⅱ，水平方向的振動較大。后者表明兩者在剛度上的差異垂直和水平方向；

軸流風機振動故障分析與處理

4、增速器的振動與轉速有很強的相關性，輸出軸反轉2 400r/min時達到10.0mm/s，增加了振動問題的復雜性；

5、受電機功率限制，最高轉速只能達到正轉2 349r/min，反轉2 400r/min，無法進行脈沖旋轉實驗；

6、風扇最大線速度為167m/s，但在測試中無法實現。最高速度下的振動特性必須以次高速度來判斷。

三、振動檢測分析

風機主要有八類振動問題，如動不平衡、不對中、軸承故障、轉子部件局部松動或脫落、轉子轉速接近臨界轉速、共振等，但具體表現在結構上有所不同風扇，振動跡象會有所不同。這種差異，特別是當振動是由多種因素引起時，大大增加了診斷和分析的復雜性。對于這個例子，不排除是多種因素的復合效應。為此，在振動譜分析和轉子模態試驗方面進行了相應的分析工作。本例中使用的測試儀器和傳感器包括一個八通道數據采集盒、一個四通道信號調節器、一個激振器、功率放大器、速度傳感器、加速度傳感器、錘子和力傳感器；使用的軟件包括信號和系統分析、正弦掃頻動態特性以及機械和結構模態分析。

1、提速震動

先解決增速器振動問題。根據經驗，對增速器的滑動軸承進行重新澆注加工，對增速器的高低速端與其齒輪軸的聯軸器進行重新平衡校正。增速器修好后，高速輸出端加載到2 400r/min時，高速輸出端的振動速度僅為2.5mm/s，說明增速器的振動已被淘汰。但在后續的風扇測試中（風扇振動見表1）），說明此時風扇振動與增速器無關。

2、振動譜分析

各試驗轉速下的振動頻率分析見表2。 2 349r/min正轉時的振動頻譜如圖2所示（其他速度的振動頻譜略），其中：圖2(a)圖2(c)、2(d)為軸承I的縱橫向振動頻譜；圖2(c)、2(d)為軸承II的縱橫向振動頻譜。

由此分析：轉速增加2 000r/min后振動明顯增加。頻譜以工頻成分為主，基本無雙頻成分，基本振動不大。它可以消除軸對中和基礎安裝的可能性。有利于提高轉子動平衡質量，解決問題；提高轉子轉速后，會出現2倍、3倍、4倍幅值較低的頻率分量。不排除葉輪內有焊渣、氧化皮等。異物沒有清理干凈的因素。

3、檢測共振問題

由于無論是整機測試還是轉子組單獨提升，上述振動特性基本相同，因此懷疑存在共振的可能。為此，采用兩種測試方法相輔相成：

第一種方法是用正弦掃描法測試轉子、機殼內筒和機殼外殼的共振頻率。掃描時打開進風箱和機殼上蓋，拆下擴散器，轉子保持正常安裝狀態。

軸流風機振動故障分析與處理

顯然，轉子一階彎曲振動臨界轉速實測結果為55Hz×60=3 300 r/min，與理論計算結果3 335 r/min基本一致，表明振動接近2 400r/min與轉子臨界轉速無關；而轉子為 41Hz 則不能確定為獨立的固有頻率，可以認為是在 55Hz 的頻譜邊帶范圍內；此外，在套管的內外套管中均檢測到41Hz頻率分量，表明存在結構共振的可能性。

方法二：用錘法測試定子結構的共振頻率。

結合以上兩種方法的檢測結果，可以認為在41Hz頻率附近發生了定子結構共振。根據風機的結構特點，其剛度薄弱點位置為：后導葉的水平/垂直剛度（但增加有限數量的后導葉無效），軸承的水平剛度I底盤，以及軸承 II 底盤的水平/垂直剛度

4、軸系模態試驗

振型是風機結構的固有振動特性，每種振型都有特定的固有頻率和振型。本例中采用沖擊法對空心傳動軸和風機轉子進行模態試驗分析，模態頻率和振動形狀見表4和圖6。

圖6(a)~6(d)中，左側為增速器輸出端，右側為風機聯軸器端，圖6(e)~6(j)中，左側為風機聯軸器裝置的末端，右側是軸承II的末端。由此可知，空心傳動軸與風機振動無關，轉子一階彎曲振動的臨界轉速也已遠離工頻，與上述結果一致.

四、振動處理措施

綜合以上試驗結果分析，可以認為本例是一個復合因素，包括定子結構共振、轉子臨界轉速頻率邊帶過寬、葉輪不平衡等振動問題。提出以下處理措施：

1、定子結構共振的處理原則上只需要改變定子的剛度或質量即可，但由于風扇的結構特點，實施起來難度很大。對于機殼，要增加后導葉的剛性，只加三個支撐板是無效的。但是，增加后導葉的厚度會增加機殼內氣流的阻塞防腐軸流風機彈簧減震，影響風扇的性能。經過多次改進和反復對比實驗，通過改變支撐方式、軸承Ⅱ底盤的結構、材料、焊接方式等，只能在有限的范圍內限制固有頻率。其結果是振動問題只是部分減少，而沒有從根本上改善；

軸流風機振動故障分析與處理

2、根據理論計算和實際測試，轉子一階彎曲振動的臨界速度遠高于工頻，但由于頻譜邊帶較寬，在40Hz附近存在共振點。經分析，通過調整主軸最薄弱部位的軸徑，可以保證轉子在2 349r/min左右進行動平衡校正；

3、其實轉子動平衡問題是首要考慮的問題，但無論是整機還是轉子組吊出實驗，都因振動劇烈而無法完成理想的平衡修正；特別是停機一段時間后，平衡良好轉子可能有平衡問題。為此，也分析了葉輪在高速時是否有過度變形。經過對制造工藝的分析，發現葉輪輪轂的環形內錐上有少量氧化皮，并且在實驗過程中不規則脫落，使葉輪的平衡經常處于不穩定狀態。最后防腐軸流風機彈簧減震，通過技術手段將氧化皮完全去除后，即可解決問題。

五、治療效果

通過逐步實施上述措施，最終解決了風機的振動問題。例如，當風機轉速為2 349r/min時，軸承Ⅰ和軸承Ⅱ的水平振動速度均小于2.5mm/s，根據振動與速度增加的相關性明確確定：風機在額定轉速/min時的振動速度不能超過3.0mm/s。目前，共有三臺此類風機在用戶現場成功投運，效果令人滿意。

軸流風機的保養方法

1、使用環境要保持干凈整潔，風扇表面要保持清潔，進風口和出風口不能有雜物，風扇和管道內的灰塵和其他雜物應定期清潔。

2、風扇只能在正常情況下運行。同時，要保證供電設施有足夠的容量和穩定的電壓。嚴禁有缺陷的操作。供電線路必須為專用線，不得用于長期臨時供電。

3、風扇運行過程中，發現風扇有異響，電機發熱嚴重，外殼帶電，開關跳閘，無法啟動。應立即停機檢查。為確保安全，風機運行過程中不允許維修。維修結束后，應進行五分鐘左右的試運行，確認無異常現象后，方可開始運行。

4、根據運行環境不定期補充或更換軸承上的潤滑脂（電機封閉軸承在使用壽命內無需更換潤滑脂）。為保證風機在運行中的良好潤滑，加油次數不得少于軸承和電機軸承密封1000小時/次，軸承內外圈1/3加注zl-3鋰基潤滑脂；嚴禁用完油。

5、風扇應存放在干燥的環境中，防止電機受潮。風機露天存放時，應有防護措施。在存放和搬運過程中，應防止風扇受到撞擊，以免損壞風扇。

軸流風機的選購技巧

1、購買軸流風機時，需要檢查軸流風機不會產生強烈的振動和碰撞聲，可以判斷軸流風機的葉輪是否正常。接下來檢查風扇軸承的潤滑油是否有雜質，不需要更換新的潤滑油。

2、在選擇合適的軸流風機時，我們需要考慮實際使用的位置和場合。

3、確定軸流風機的使用效率。一般性能較好的風機在設定參數的情況下，能滿足低噪音、結構緊湊的要求，氣流可通過設計的轉輪。損失減少到最低限度。