轴流风机振动故障分析与处理

轴流风机振动故障分析与处理

轴流风扇是与叶片轴线方向相同的气流。例如，电风扇和空调是轴流运转的风扇。之所以称为“轴流”，是因为气体平行于风扇轴线流动。轴流风机通常用于流量要求较高、压力要求较低的场合。轴流风机可分为钢质风机、防腐风机、PVC风机和不锈钢风机。普通轴流风机可用于一般工厂、仓库、办公室、住宅等的通风，也可用于空气冷却器（风冷）、蒸发器、冷凝器等强制通风。防腐防爆轴流风机采用防腐材料和防爆措施，并配用防爆电机。可作为有爆炸性、挥发性、腐蚀性气体场所的通用通风设备。

轴流风机安装示意图

风机应安装在坚固、平坦的基础上或采用合适的升降支撑结构。必须防止机壳变形而引起叶轮与机壳摩擦。支撑结构除了要有足够的刚性外，还应至少是风机的固有频率。传递违规1. 3次以防止共振，这可能导致结构破裂并增加噪音。风扇可以放置在防震架或其他减震的基础上，其设计和应用取决于风扇的重量和速度。在风机和管道之间使用柔性连接。

轴流风机振动故障的分析与处理

一、设备参数及结构

风机型号：0.5，叶轮直径D2=1，最大转速n=2 550r/min，设计性能参数：风量Q=235 440m 3 /h，总压p=11，进口温度t=150℃，进口密度ρ =0./m 3 ，输送介质为转炉煤气（干法除尘）。

风机主要由转子和定子组成。转子包括主轴、叶轮、联轴器、固定端轴承（以下简称轴承1）和非固定端轴承（以下简称轴承2））。定子包括进风箱（含进口导叶底座和轴承Ⅰ）、机壳（含后导叶底座和轴承Ⅱ）、扩压器和钢制风扇底座。一般离心风机的结构是轴承Ⅰ的底座，轴承Ⅱ的底座和混凝土基础都不与混凝土基础直接接触，为了完成运行试验过程，

二、振动特性

根据转炉冶炼阶段的不同（准备、预热/降罩、吹气、补吹、出钢、清理炉口、加废钢加铁），风机的运行条件经常变化。因此，不仅要满足各冶炼阶段所需的性能参数和防泄漏防爆的要求，还要满足35～内部低速和高速频繁调速运行的要求。因此，制造商需要对其进行严格的工厂操作实验。但是在风机运行实验过程中出现了严重的振动问题。振动数据如表 1 所示。特别是所有实验的速度都远低于最大设计速度 2 550r/min。明显地，

根据表1，其振动特性可分析如下：

1、 风扇振动与转速有很强的相关性，转速越高，振动越大；

2、风扇在增/减速度过程中，相同转速下的振动特性相同，具有重复性；

3、 风机轴承Ⅰ和轴承Ⅱ的振动差别不大，即振动幅度相同；2 320r/min以上，与轴承Ⅱ相比，风机轴承Ⅰ在垂直方向的振动小于轴承Ⅱ，水平方向的振动较大。后者表明两者在刚度上的差异垂直和水平方向；

4、增速器的振动与转速有很强的相关性，输出轴反转2 400r/min时达到10.0mm/s，增加了振动问题的复杂性；

5、 受电机功率限制，最高转速只能达到正转2 349r/min，反转2 400r/min，无法进行脉冲旋转实验；

6、 风扇最大线速度为167m/s，但在测试中无法实现。最高速度下的振动特性必须以次高速度来判断。

三、 振动检测分析

风机主要有八类振动问题，如动不平衡、不对中、轴承故障、转子部件局部松动或脱落、转子转速接近临界转速、共振等，但具体表现在结构上有所不同风扇，振动迹象会有所不同。这种差异，特别是当振动是由多种因素引起时，大大增加了诊断和分析的复杂性。对于这个例子，不排除是多种因素的复合效应。为此，在振动谱分析和转子模态试验方面进行了相应的分析工作。本例中使用的测试仪器和传​​感器包括一个八通道数据采集盒、一个四通道信号调节器、一个激振器、功率放大器、速度传感器、加速度传感器、锤子和力传感器；使用的软件包括信号和系统分析、正弦扫频动态特性以及机械和结构模态分析。

1、提速震动

先解决增速器振动问题。根据经验，对增速器的滑动轴承进行重新浇注加工，对增速器的高低速端与其齿轮轴的联轴器进行重新平衡校正。增速器修好后，高速输出端加载到2 400r/min时，高速输出端的振动速度仅为2.5mm/s，说明增速器的振动已被淘汰。但在后续的风扇测试中（风扇振动见表1）），说明此时风扇振动与增速器无关。

2、振动谱分析

各试验转速下的振动频率分析见表2。 2 349r/min正转时的振动频谱如图2所示（其他速度的振动频谱略），其中： 图2(a)图2(c)、2(d)为轴承I的纵横向振动频谱；图2(c)、2(d)为轴承II的纵横向振动频谱。

由此分析：转速增加2 000r/min后振动明显增加。频谱以工频成分为主，基本无双频成分，基本振动不大。它可以消除轴对中和基础安装的可能性。有利于提高转子动平衡质量，解决问题；提高转子转速后，会出现2倍、3倍、4倍幅值较低的频率分量。不排除叶轮内有焊渣、氧化皮等。异物没有清理干净的因素。

3、检测共振问题

由于无论是整机测试还是转子组单独提升，上述振动特性基本相同，因此怀疑存在共振的可能。为此，采用两种测试方法相辅相成：

第一种方法是用正弦扫描法测试转子、机壳内筒和机壳外壳的共振频率。扫描时打开进风箱和机壳上盖，拆下扩散器，转子保持正常安装状态。

显然，转子一阶弯曲振动临界转速实测结果为55Hz×60=3 300 r/min，与理论计算结果3 335 r/min基本一致，表明振动接近2 400r/min与转子临界转速无关；而转子为 41Hz 则不能确定为独立的固有频率，可以认为是在 55Hz 的频谱边带范围内；此外，在套管的内外套管中均检测到41Hz频率分量，表明存在结构共振的可能性。

方法二：用锤法测试定子结构的共振频率。

结合以上两种方法的检测结果，可以认为在41Hz频率附近发生了定子结构共振。根据风机的结构特点，其刚度薄弱点位置为：后导叶的水平/垂直刚度（但增加有限数量的后导叶无效），轴承的水平刚度I底盘，以及轴承 II 底盘的水平/垂直刚度

4、轴系模态试验

振型是风机结构的固有振动特性，每种振型都有特定的固有频率和振型。本例中采用冲击法对空心传动轴和风机转子进行模态试验分析，模态频率和振动形状见表4和图6。

图6(a)~6(d)中，左侧为增速器输出端，右侧为风机联轴器端，图6(e)~6(j)中，左侧为风机联轴器装置的末端，右侧是轴承II的末端。由此可知，空心传动轴与风机振动无关，转子一阶弯曲振动的临界转速也已远离工频，与上述结果一致.

四、振动处理措施

综合以上试验结果分析，可以认为本例是一个复合因素，包括定子结构共振、转子临界转速频率边带过宽、叶轮不平衡等振动问题。提出以下处理措施：

1、 定子结构共振的处理原则上只需要改变定子的刚度或质量即可，但由于风扇的结构特点，实施起来难度很大。对于机壳，要增加后导叶的刚性，只加三个支撑板是无效的。但是，增加后导叶的厚度会增加机壳内气流的阻塞防腐轴流风机弹簧减震，影响风扇的性能。经过多次改进和反复对比实验，通过改变支撑方式、轴承Ⅱ底盘的结构、材料、焊接方式等，只能在有限的范围内限制固有频率。其结果是振动问题只是部分减少，而没有从根本上改善；

2、 根据理论计算和实际测试，转子一阶弯曲振动的临界速度远高于工频，但由于频谱边带较宽，在40Hz附近存在共振点。经分析，通过调整主轴最薄弱部位的轴径，可以保证转子在2 349r/min左右进行动平衡校正；

3、 其实转子动平衡问题是首要考虑的问题，但无论是整机还是转子组吊出实验，都因振动剧烈而无法完成理想的平衡修正；特别是停机一段时间后，平衡良好 转子可能有平衡问题。为此，也分析了叶轮在高速时是否有过度变形。经过对制造工艺的分析，发现叶轮轮毂的环形内锥上有少量氧化皮，并且在实验过程中不规则脱落，使叶轮的平衡经常处于不稳定状态。最后防腐轴流风机弹簧减震，通过技术手段将氧化皮完全去除后，即可解决问题。

五、 治疗效果

通过逐步实施上述措施，最终解决了风机的振动问题。例如，当风机转速为2 349r/min时，轴承Ⅰ和轴承Ⅱ的水平振动速度均小于2.5mm/s，根据振动与速度增加的相关性明确确定：风机在额定转速/min时的振动速度不能超过3.0mm/s。目前，共有三台此类风机在用户现场成功投运，效果令人满意。

轴流风机的保养方法

1、 使用环境要保持干净整洁，风扇表面要保持清洁，进风口和出风口不能有杂物，风扇和管道内的灰尘和其他杂物应定期清洁。

2、 风扇只能在正常情况下运行。同时，要保证供电设施有足够的容量和稳定的电压。严禁有缺陷的操作。供电线路必须为专用线，不得用于长期临时供电。

3、 风扇运行过程中，发现风扇有异响，电机发热严重，外壳带电，开关跳闸，无法启动。应立即停机检查。为确保安全，风机运行过程中不允许维修。维修结束后，应进行五分钟左右的试运行，确认无异常现象后，方可开始运行。

4、 根据运行环境不定期补充或更换轴承上的润滑脂（电机封闭轴承在使用寿命内无需更换润滑脂）。为保证风机在运行中的良好润滑，加油次数不得少于轴承和电机轴承密封1000小时/次，轴承内外圈1/3加注zl-3锂基润滑脂；严禁用完油。

5、风扇应存放在干燥的环境中，防止电机受潮。风机露天存放时，应有防护措施。在存放和搬运过程中，应防止风扇受到撞击，以免损坏风扇。

轴流风机的选购技巧

1、 购买轴流风机时，需要检查轴流风机不会产生强烈的振动和碰撞声，可以判断轴流风机的叶轮是否正常。接下来检查风扇轴承的润滑油是否有杂质，不需要更换新的润滑油。

2、在选择合适的轴流风机时，我们需要考虑实际使用的位置和场合。

3、 确定轴流风机的使用效率。一般性能较好的风机在设定参数的情况下，能满足低噪音、结构紧凑的要求，气流可通过设计的转轮。损失减少到最低限度。

4、 购买轴流风机后，第一次使用轴流风机时应观察风机的启动情况，并检查风机叶片的方向是否与转动标记一致。检查完毕后，试运行十到三十分钟，然后停车，检查叶片是否松动，阻尼座和底座连接螺栓是否松动，检查全部合格后，方可正式启动，投入使用。

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