離心風(fēng)機(jī)振動干擾問題分析

【摘 要】通過對離心風(fēng)機(jī)振動干擾力的分析，闡述了振動干擾力在穩(wěn)定的狀態(tài)下和離心風(fēng)機(jī)系統(tǒng)處于彈性形變的范圍之內(nèi)，是離心風(fēng)機(jī)進(jìn)行動平衡的前提條件。啟發(fā)對現(xiàn)場離心風(fēng)機(jī)的不同振動情況進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)有效動平衡。

【關(guān)鍵詞】離心式通風(fēng)機(jī)；振動；動平衡

0.引言

離心風(fēng)機(jī)的振動是用戶和制造廠家共同關(guān)注的問題。振動超標(biāo)，會使軸承溫度上升，磨損加劇，嚴(yán)重的還會使地腳螺栓斷裂，軸承箱體開裂，甚至?xí)谷~輪開裂和解體。減小振動的最好辦法是進(jìn)行動平衡：葉輪平衡和整機(jī)動平衡。為什么葉輪在動平衡機(jī)上達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，還要進(jìn)行整機(jī)動平衡，因?yàn)轱L(fēng)機(jī)的振動是由周期性的干擾力產(chǎn)生。根據(jù)機(jī)械振動的公式：X=-F/K，在彈性形變范圍之內(nèi)，振動的大小X與干擾力F成正比，與系統(tǒng)的剛性K成反比。

1.風(fēng)機(jī)所受的主要干擾力

風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)受到空間力系的作用。在這一力系中，不做周期性變化的力，不產(chǎn)生干擾力，如重力、軸承座對軸承的反作用力等等，它們稱為靜反力。周期性的干擾力稱為動反力。周期性干擾力包括3種。

1.1偏心干擾力

由于制造誤差和材料不均勻等因素，使葉輪的質(zhì)心不在葉輪的圓心上，有一個(gè)偏移量e（e=OP，方向從O到P）。就使得葉輪運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生一個(gè)離心力，也叫偏心干擾力。假設(shè)葉輪轉(zhuǎn)子的質(zhì)量為m，角速度為ω，則偏心干擾力F=meω。而ω=nπ/30。

例m=5000kg

e=0.02mm=0.02×10-3m

n=980r/min

則F=5000×0.02×10-3×（[980×π）/30]2

≈1053.2N

干擾力F還是相當(dāng)大的。

葉輪在平衡床上做動平衡配重，實(shí)際上是對葉輪的重心進(jìn)行調(diào)整，使重心盡量處在軸線上。但在平衡床上做動平衡配重存在 3 點(diǎn)不足（無論是單面還是雙面）：（1）平衡床的轉(zhuǎn)速一般只有幾百轉(zhuǎn)，與實(shí)際使用時(shí)有很大的差距；（2）葉輪在平衡床做動平衡配重，受空氣阻力的影響。如果是在真空和失重狀態(tài)下做動平衡配重，葉輪的重心偏移量可以做得更小一些；（3）動平衡方式的不同，使動平衡余量不同。如平衡床上是F型傳動做的，風(fēng)機(jī)可能是D型傳動的。這樣，葉輪的質(zhì)心不可能完全在葉輪的幾何圓心上。

1.2 氣動干擾力

同樣，由于制造誤差和材料不均勻等原因，風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，氣流作用在各葉片及葉輪各部位的作用力就不一樣，無法使它的合力等于零。這樣，就產(chǎn)生了氣動干擾力，主要有：

1.2.1 葉片的差異引起干擾力

葉輪在制造時(shí)是存在誤差的，如各葉片的角度、方向、輪盤及輪蓋的間隙都可能存在差異。由于生產(chǎn)上差異的存在，運(yùn)行時(shí)各葉片所受到的氣體反作用力之和不等于零，即∑F=F1+F2+F3+…+Fn≠0， 就產(chǎn)生了氣動干擾力。氣動干擾力隨轉(zhuǎn)速、風(fēng)量的增大而增大。

1.2.2 輪盤、輪蓋的晃動干擾

輪盤、輪蓋的端面跳動要控制在一定的要求內(nèi)，目的就是要減小因晃動產(chǎn)生的干擾。輪盤、輪蓋的晃動將會在軸向產(chǎn)生周期性的干擾力，通過空氣的傳動，機(jī)殼也會產(chǎn)生振動。

1.2.3 反饋氣流的干擾力

風(fēng)機(jī)的葉輪與集流器（進(jìn)風(fēng)口）之間有一定的間隙，該間隙的存在，就使一部分氣流回流。這部分氣流可以叫做反饋氣流。反饋氣流的穩(wěn)定與否，也將影響風(fēng)機(jī)的振動。所以，安裝時(shí)要求葉輪與進(jìn)風(fēng)口之間四周的間隙均勻，重疊量要保證，目的就是使反饋氣流最小并穩(wěn)定，以減小風(fēng)機(jī)的振動。一般來說，反饋氣流越小，風(fēng)機(jī)功效越高，反之風(fēng)機(jī)功效就低。

1.2.4 機(jī)殼內(nèi)壓力分布差異

葉輪運(yùn)行時(shí)，向四周輸送的風(fēng)量是一樣的，但受機(jī)殼的限制，風(fēng)只能向一個(gè)方向移動。因機(jī)殼各部位的空氣壓力不一樣。如果風(fēng)機(jī)在平穩(wěn)狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，風(fēng)機(jī)內(nèi)的壓力分布就比較穩(wěn)定，對風(fēng)機(jī)的振動干擾比較小。但隨著運(yùn)行情況的改變，如轉(zhuǎn)速、風(fēng)門開度等，都會使風(fēng)機(jī)內(nèi)的壓力分布產(chǎn)生變化，從而引起振動變化。這就是為什么改變風(fēng)門、轉(zhuǎn)速時(shí)振動會增大或減小的原因之一。該干擾存在于運(yùn)行狀態(tài)情況的變化之中。

1.3偏心干擾力和氣動干擾力的疊加與消除

葉輪在平衡床上以一定的轉(zhuǎn)速（低速）做動平衡， 每個(gè)葉輪都達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)，使氣動干擾力和偏心干擾力都減小到標(biāo)準(zhǔn)的要求。但這個(gè)不平衡余量，實(shí)際上是偏心干擾力和氣動干擾力合力的體現(xiàn)；因而，無法知道偏心干擾力和氣動干擾力各自的大小和方向。當(dāng)風(fēng)機(jī)實(shí)際高速運(yùn)行時(shí)，偏心干擾力和氣動干擾力也隨著增大。如果這兩個(gè)力的夾角不大于 120°或小于240°，則合力大于這兩個(gè)分力，這樣的葉輪裝機(jī)運(yùn)行，振動就很大；如果這兩個(gè)力的夾角大于120°且小于240°，則合力小于這兩個(gè)分力，這樣的葉輪裝機(jī)運(yùn)行，振動就較小。

所以，振動大的，還要進(jìn)行整機(jī)動平衡。這樣，我們就可以知道， 葉輪在平衡床上進(jìn)行了動平衡，每只葉輪都達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)。為什么還要進(jìn)行整機(jī)動平衡？我們就可以解析， 葉輪裝機(jī)之后開機(jī)，有的一試就好；有的振動很大，要配重；有的葉輪與機(jī)殼的位置做一定的移動，振動也會好一些，而對大型風(fēng)機(jī)，最好的辦法是進(jìn)行葉輪超速動平衡。

對于葉輪轉(zhuǎn)子來說，運(yùn)行條件一定，它的干擾合力也穩(wěn)定。對于F型傳動的風(fēng)機(jī)，有人曾用合力的疊加和消除來減小振動。利用同心度誤差干擾力和轉(zhuǎn)子干擾力相互抵消來減小振動。

2.材料剛性對振動的影響

（1）長期處于振動超標(biāo)的情況下運(yùn)行，會引起材料剛性的下降。（2）風(fēng)機(jī)振動超標(biāo)，底座剛性太好，會引起軸承箱體的開裂。（3）風(fēng)機(jī)試車時(shí)，有時(shí)會碰到這樣的情況：風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速漸漸增加，在某個(gè)轉(zhuǎn)速下，振動一直良好，當(dāng)超過這個(gè)轉(zhuǎn)速時(shí)，振動突然明顯增大。這就是風(fēng)機(jī)的材料彈性形變引起干擾力的躍變。風(fēng)機(jī)隨轉(zhuǎn)速的增加，離心力也隨著增加，當(dāng)離心力增加到一定程度，終于引起了葉片、主軸等的明顯的彈性形變，從而引起了偏心量的增加，偏心干擾力也明顯增大；由于葉片、主軸等產(chǎn)生明顯的彈性形變，葉片與氣流的作用力也產(chǎn)生了改變，即氣動干擾力也產(chǎn)生了改變。當(dāng)運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定后，干擾力處于穩(wěn)定，又可以進(jìn)行動平衡。這時(shí)的平衡，是對彈性形變引起的干擾力進(jìn)行平衡。但這種平衡的風(fēng)機(jī)往往會產(chǎn)生這樣的啟動情況：剛啟動時(shí)，振動不大；到某個(gè)程度時(shí)，振動特別大；風(fēng)機(jī)運(yùn)行后，振動又不大。

3.關(guān)于風(fēng)機(jī)的對中

風(fēng)機(jī)的對中與不對中，一般認(rèn)為符合安裝要求的為對中。但我們可以進(jìn)一步的擴(kuò)展：風(fēng)機(jī)的振動是空間力系綜合作用的結(jié)果，也可以簡化為“質(zhì)量-彈簧系”的振動，這種振動產(chǎn)生的形變，在彈性形變范圍內(nèi)的，我們都可以稱之為對中，反之為不對中。判斷風(fēng)機(jī)的振動形變是否運(yùn)行在彈性形變范圍內(nèi)，與“質(zhì)量-彈簧系”相比，要復(fù)雜的多。聯(lián)軸器同心度誤差、水平度誤差偏大，地腳螺栓及其它固定螺栓松動，軸承損壞，水泥基礎(chǔ)剛性不夠，葉輪材料疲勞等。這些都可能使風(fēng)機(jī)（整體）的振動不在彈性形變范圍內(nèi)?，F(xiàn)場動平衡難做，主要在如何判斷風(fēng)機(jī)是否運(yùn)行在彈性形變范圍內(nèi)。了解了風(fēng)機(jī)葉輪的受力情況，同時(shí)又能夠判斷風(fēng)機(jī)振動的形變是否運(yùn)行在彈性形變范圍內(nèi)，使現(xiàn)場做動平衡也相對簡單。

4.結(jié)論

風(fēng)機(jī)的動平衡首要的條件是風(fēng)機(jī)要運(yùn)行在彈性形變范圍之內(nèi)，其次是振動干擾力要在穩(wěn)定的狀態(tài)下。在這樣的條件下，初始的振動數(shù)據(jù)和試重振動數(shù)據(jù)才是可靠、可用的，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜的空間力系才可以簡化為“質(zhì)量-彈簧系”，符合X=-F/K的要求，風(fēng)機(jī)的動平衡也就變得容易和簡單了。

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