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廠房負(fù)壓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)機(jī)異常震動(dòng)診斷大容量通風(fēng)機(jī)葉輪的修割優(yōu)化技術(shù)

摘 要：大慶石化公司污水處理用的鼓風(fēng)機(jī)振動(dòng)異常。通過振動(dòng)趨勢(shì)圖及頻譜分析，并采取逐點(diǎn)排除法，確認(rèn)振動(dòng)異常源于電機(jī)。
關(guān)鍵詞：鼓風(fēng)機(jī)；頻譜；診斷；電機(jī)；松動(dòng)；動(dòng)平衡

一、振動(dòng)概述
2003年12月，大慶石化公司某污水車間C0014#鼓風(fēng)機(jī)的四個(gè)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)值升高，至2004年2月，振動(dòng)進(jìn)一步加劇。其中最大振動(dòng)速度從1.9mm/s升至8.4mm/s，遠(yuǎn)超過4.5mm/s的允許值。其趨勢(shì)圖見圖1

二、初步分析
鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速3 000r/min，功率440kW%，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及測(cè)點(diǎn)布置見圖2。

振動(dòng)趨勢(shì)圖顯示3#，4#測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)幅值躍升幅度比1#、2#測(cè)點(diǎn)大，同時(shí)可以看出聯(lián)軸器側(cè)的2#、3#測(cè)點(diǎn)比1#、 4#測(cè)點(diǎn)幅值躍升幅度大。經(jīng)初步分析，認(rèn)為振動(dòng)源于電機(jī)，并且位于聯(lián)軸器側(cè)。具體產(chǎn)生原因可能是由于聯(lián)軸器對(duì)中變化（螺栓松動(dòng)、聯(lián)軸器膠圈磨損等）、地腳松動(dòng)、軸承損壞或其它原因造成。
三、故障分析診斷
1、仔細(xì)檢查鼓風(fēng)機(jī)地腳螺栓及對(duì)中情況，未發(fā)現(xiàn)異常。脫開聯(lián)軸器單試電機(jī)，發(fā)現(xiàn)3#測(cè)點(diǎn)的水平振動(dòng)值達(dá)到3.98mm/s，垂直振動(dòng)值2.87mm/s，軸向振動(dòng)值4.32mm/s。而此前電機(jī)無負(fù)載運(yùn)行的總體振動(dòng)值小于1.1mm/s，表明電機(jī)振動(dòng)嚴(yán)重，導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)異常。
2、3#測(cè)點(diǎn)水平、垂直、軸向的頻譜如圖3所示。從頻譜圖可以看出，振動(dòng)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(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡導(dǎo)致產(chǎn)生工頻振動(dòng)。但據(jù)該電機(jī)以往振動(dòng)資料分析，轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡良好，也未檢修過，不太可能發(fā)生大的改變，故振動(dòng)的主要原因應(yīng)該不是動(dòng)平衡問題。
(2)產(chǎn)生高次諧波有以下原因。
①軸承不對(duì)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(shí)軸承不對(duì)中會(huì)引起電機(jī)軸向振動(dòng)。
②轉(zhuǎn)子部件松動(dòng)。轉(zhuǎn)子部件松動(dòng)是非線性和時(shí)變的，因此產(chǎn)生非線性振動(dòng)，將出現(xiàn)大量旋轉(zhuǎn)頻率的諧波。
轉(zhuǎn)子機(jī)械松動(dòng)包括軸承與軸承座配合間隙不當(dāng)、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(dāng)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(dǎo)致設(shè)備動(dòng)平衡破壞和前后軸承不對(duì)中，在頻譜圖上產(chǎn)生工頻及高次諧波，因此電機(jī)故障很可能是軸承內(nèi)圈磨損造成。
檢修電機(jī)時(shí)，發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器側(cè)電機(jī)軸已嚴(yán)重磨損，實(shí)測(cè)軸頸尺寸為φ1000.10mm，電機(jī)后側(cè)軸頸尺寸為φ1000.01mm，從而證實(shí)了此前的判斷。
四、解決措施
用噴涂法修復(fù)軸頸，使與聯(lián)軸器孔過盈0.02mm.再次單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)，3#測(cè)點(diǎn)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(jī)徑向振動(dòng)比檢修前增大了，振動(dòng)頻率以工頻為主。軸向振動(dòng)很小，并且振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速變化而變化，是典型的動(dòng)不平衡振動(dòng)這是由于修復(fù)電機(jī)時(shí)。機(jī)械加工誤差導(dǎo)致動(dòng)平衡變化所致。
重新對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡，在左、右配重面分別加了70.1g和104g配重。再次開機(jī)，1#、 2#測(cè)點(diǎn)振動(dòng)值均在1.68mm/s以下，狀態(tài)良好。

參考文獻(xiàn)：
[1] 沈慶根北工機(jī)器故障診斷技術(shù)[M]．浙江大學(xué)出版社，1994.
[2] 徐敏設(shè)備故障診斷手冊(cè)[M]．西安交通大學(xué)出版社，1998.




簡(jiǎn)介：對(duì)通風(fēng)機(jī)葉輪修割的意義分別在氣動(dòng)性能、機(jī)械性能、安全性和經(jīng)濟(jì)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(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)中重要的零部件，葉輪的葉型風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)有著直接影響作用。根據(jù)作者長(zhǎng)期對(duì)電廠用各種通風(fēng)機(jī)葉輪修割的經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)以離心式風(fēng)機(jī)為例，對(duì)葉輪修割作簡(jiǎn)單的介紹。

2氣動(dòng)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(gè)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(duì)輪盤和葉片形狀進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷�，使其更加符合�?shí)際流場(chǎng)，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(duì)機(jī)殼蝸舌的沖擊強(qiáng)度和氣動(dòng)噪聲；
（2）能降低雙吸葉輪安裝不對(duì)稱造成的偏流敏感性，有利于運(yùn)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(jìn)口風(fēng)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(duì)氣流粘度的影響和輪阻摩擦損失，提高風(fēng)機(jī)反應(yīng)度。

3機(jī)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(yīng)較低，振幅則相應(yīng)增大，葉片背渦對(duì)葉輪內(nèi)外產(chǎn)生的壓力脈動(dòng)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(yīng)力集中，長(zhǎng)期運(yùn)行可能疲勞斷裂。無論葉輪設(shè)計(jì)多么完美、材質(zhì)強(qiáng)度多高，焊接再牢固，其受加工成型和焊接時(shí)仍會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部殘留應(yīng)力，而且自身存在相對(duì)薄弱的部位，如焊縫邊緣的熱影響區(qū)，結(jié)構(gòu)變化和頻率變化點(diǎn)等，故合理修割可達(dá)到以下效果：
（1）減小和釋放振動(dòng)能量；
（2）消減葉片背渦，消除能量聚集產(chǎn)生的應(yīng)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(zhǎng)軸承壽命；

4安全性

（1）減輕軸承負(fù)荷和避免轉(zhuǎn)子重力造成的主軸彎曲；
（2）減小離心力，降低材料應(yīng)力，提高葉輪整體強(qiáng)度；
（3）減小節(jié)流渦和葉片背渦，避免失速、喘振和氣流脈動(dòng)破壞；
（4）減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，避免電機(jī)啟動(dòng)溫升過高和減輕對(duì)電網(wǎng)的沖擊；
（5）減振降噪，避免對(duì)人身和設(shè)備的損傷，符合生態(tài)和環(huán)保。

人們主觀上習(xí)慣認(rèn)為輪盤上割開缺口不安全，其實(shí)旋轉(zhuǎn)輪盤的應(yīng)力是由自身構(gòu)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(yīng)力沿輪盤半徑增加而由小變大，又逐漸變�。磺邢驊�(yīng)力則沿輪盤半徑的增加而由大變小，靠?jī)?nèi)徑應(yīng)力最大，靠外徑應(yīng)力最小，兩項(xiàng)疊加后的合成應(yīng)力仍是靠近輪盤外徑處應(yīng)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(jì)性

從葉輪本身出發(fā)，通過去掉部分材料來達(dá)到以下目的：

（1）增加風(fēng)門開度，減少節(jié)流損失，增效節(jié)電；
（2）優(yōu)化機(jī)型，減小電機(jī)功率蓄備系數(shù)；
（3）減輕工程損壞，減少工程維護(hù)；
（4）不必購(gòu)置和更換葉輪等備件；
（5）操作時(shí)風(fēng)機(jī)不解體，一般不電焊、不打磨、不找動(dòng)平衡；
（6）并聯(lián)機(jī)組可不停爐，單機(jī)輪換實(shí)施，停機(jī)短，一般在兩小時(shí)之內(nèi)可完成。

6修割方法

（1）準(zhǔn)備樣板、火焊和照明等設(shè)施，待停機(jī)后，打開人孔門即可實(shí)施；
（2）在輪盤外徑每?jī)扇~片之間，按旋轉(zhuǎn)方向開成鋸齒形缺口，前、后盤缺口深度需滿足風(fēng)量、風(fēng)壓的大�。恢斜P缺口深度應(yīng)滿足輪盤的強(qiáng)度和剛度，適當(dāng)加大；
（3）葉片出口即外徑最大、線速度最高處，應(yīng)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(shè)備和專用焊條；
（4）以風(fēng)機(jī)原性能和改造葉輪直徑與風(fēng)量風(fēng)壓關(guān)系式為基礎(chǔ)，考慮葉根殘留面積和輪盤修割面對(duì)出力的影響，計(jì)算修割量,在實(shí)際操作不必過分拘泥于性能的精確；
（5）按樣板準(zhǔn)確劃線后修割，割除部分面積相同，質(zhì)量矩相等，按中心對(duì)稱；

對(duì)于一些輪盤局部破裂損傷的和已作報(bào)廢的葉輪，在輪盤外徑裂口處開對(duì)稱性缺口，將裂損部位修割掉，經(jīng)仔細(xì)檢查無殘余裂紋后便可立即恢復(fù)正常投運(yùn)；

7適用范圍

此技術(shù)廣泛適宜于電力、化工、冶金、礦山等大型通風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)，均可進(jìn)行葉輪修割。
（1）滿負(fù)荷時(shí)出力仍偏大，進(jìn)口風(fēng)門長(zhǎng)期開度過小，節(jié)流損失過大；
（2）氣動(dòng)噪聲和風(fēng)道振動(dòng)較大；
（3）風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，啟動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)，電機(jī)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(yán)重，且中盤未開鋸齒；
（6）一定程度損傷，不便焊補(bǔ)修復(fù)的葉輪。
（7）高壓?jiǎn)挝斤L(fēng)機(jī)，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(jié)論

從理論上講，風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行工況應(yīng)置于氣動(dòng)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(fēng)機(jī)，故大型風(fēng)機(jī)一般應(yīng)推行個(gè)性化選型、設(shè)計(jì)和制造，但理論與實(shí)際畢竟有差別，所以，現(xiàn)場(chǎng)修割的可行性都是存在而且必要的。當(dāng)然，對(duì)不同類型和結(jié)構(gòu)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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