鈦風(fēng)機(jī)振動(dòng)原因分析及葉輪修復(fù)工藝

陳榮坤

摘 要：在日常生活中，人們可能對(duì)鈦風(fēng)機(jī)比較陌生，鈦風(fēng)機(jī)主要是在工業(yè)應(yīng)用當(dāng)中輸送一些具有腐蝕性的氣體。設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，如果發(fā)生大的振動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致很多小問(wèn)題出現(xiàn)。本文以離心式鈦風(fēng)機(jī)為例，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程，主要分析鈦風(fēng)機(jī)在工作過(guò)程中產(chǎn)生振動(dòng)的原因，并由此提出一些解決措施。

關(guān)鍵詞：離心式鈦風(fēng)機(jī);振動(dòng)原因;葉輪修復(fù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TH432 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）05-0037-02

Abstract： In daily life， people may be unfamiliar with titanium blower， which mainly conveys some corrosive gases in industrial applications. During the operation of equipment， if large vibration occurs， many minor problems will arise. Taking centrifugal titanium fan as an example， according to the actual production process， this paper analysed the causes of vibration of titanium fan in the working process， and put forward the solving measures accordingly.

Keywords： centrifugal titanium fan;vibration reason;impeller repair

1 風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)

離心式鈦風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，主要包括電機(jī)、聯(lián)軸器、傳動(dòng)軸等系統(tǒng)。其葉輪跟液力變矩器相似，由多個(gè)不同的葉片組成，這些葉片的角度是可調(diào)的，通過(guò)調(diào)節(jié)葉片的角度來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量。傳動(dòng)組主要包括彈性柱銷(xiāo)、軸承以及軸承座等，在傳動(dòng)過(guò)程中，其抗震性能較好，可承受大扭矩的傳遞。因?yàn)殡x心式鈦風(fēng)機(jī)工作環(huán)境極其惡劣，所以一些關(guān)鍵零部件采用的是鈦合金。比如，軸端裝配采用的是鈦材與聚四氟乙烯制造的部件，主要作用是將腐蝕性氣體與傳動(dòng)組其他零部件分開(kāi)，防止軸端被腐蝕。密封的地方，采用的也是這種材料，在工作過(guò)程中能夠有效預(yù)防氣體或者液體泄漏。離心式鈦風(fēng)機(jī)的葉輪非常大，傳動(dòng)軸也比較長(zhǎng)，對(duì)于工作過(guò)程中的動(dòng)平衡要求很高[1]。

2 振動(dòng)原因

將鈦風(fēng)機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解之后發(fā)現(xiàn)該風(fēng)機(jī)的葉輪出現(xiàn)了裂縫，而且部分葉片已出現(xiàn)變形的問(wèn)題，原因是葉輪工作過(guò)程中將機(jī)械能傳遞給氣體介質(zhì)，并轉(zhuǎn)化成氣體的壓力能，氣體在傳遞過(guò)程中出現(xiàn)了一系列的加減速變化，使葉片承受周期性變化的反作用力。長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)過(guò)這些周期性變化的反作用力會(huì)引起葉片變形，振動(dòng)能量導(dǎo)致葉片出現(xiàn)裂縫，從而導(dǎo)致系統(tǒng)失衡，在工作過(guò)程中出現(xiàn)振動(dòng)。而葉片強(qiáng)烈的振動(dòng)以及噪聲會(huì)在整體上影響離風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)，反過(guò)來(lái)進(jìn)一步加速了葉片出現(xiàn)裂紋，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)受到了嚴(yán)重的破壞，甚至使整個(gè)設(shè)備處于癱瘓狀態(tài)[2]。

3 葉輪修復(fù)過(guò)程的控制

離心式鈦風(fēng)機(jī)在工作過(guò)程中的主要特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速較高，因?yàn)樗娜~輪大，一旦出現(xiàn)故障需要及時(shí)進(jìn)行修復(fù)。對(duì)其進(jìn)行修復(fù)是一項(xiàng)比較重要的工藝，下面將對(duì)修復(fù)流程進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

①逐一排查葉輪上面的焊縫，檢查是否存在裂縫，以排除潛在的危險(xiǎn)。

②分析葉輪材料，確定其材料是否為鈦合金，材料確定之后，可根據(jù)材料的性質(zhì)選擇相對(duì)應(yīng)的焊絲和焊接工藝。

③對(duì)裂縫進(jìn)行焊接后，還要對(duì)斷口和焊縫進(jìn)行后處理，即打磨，保證焊接滿(mǎn)足設(shè)備使用的標(biāo)準(zhǔn)。

④如果發(fā)現(xiàn)某些葉輪的葉片已出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，必須對(duì)其進(jìn)行焊接或者對(duì)已發(fā)現(xiàn)的裂紋進(jìn)行修補(bǔ)。

⑤對(duì)葉輪進(jìn)行最終平衡實(shí)驗(yàn)。

3.1 動(dòng)平衡操作方法

動(dòng)平衡操作的主要目的是尋求系統(tǒng)中不平衡質(zhì)量在軸線(xiàn)方向的具體位置，確定軸線(xiàn)方向的具體位置之后，還要確定其在圓周方向的位置，緊接著確定不平衡質(zhì)量的大小、位置，原理類(lèi)似于汽車(chē)傳動(dòng)軸，對(duì)于不平衡的地方要進(jìn)行加重或者減重處理，最終使整個(gè)轉(zhuǎn)子處于平衡狀態(tài)，消除其在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的振動(dòng)。在平衡臺(tái)上進(jìn)行動(dòng)平衡，即不停地加配重進(jìn)行調(diào)試，每一次加完配重之后，必須觀察其振幅變化，進(jìn)而確定所加的配重是否達(dá)到使用要求，即“試配法”[3]。

3.2 葉輪修復(fù)后的動(dòng)平衡校核

焊接修補(bǔ)也是一道比較重要的工藝。焊接完之后，從表面上看葉輪已完好無(wú)損。但是，考慮到部件的工作環(huán)境，因?yàn)槿~片在不停旋轉(zhuǎn)，對(duì)其進(jìn)行焊接處理過(guò)后的葉輪質(zhì)量會(huì)在一定程度上發(fā)生變化。對(duì)于變化部分的質(zhì)量，絕對(duì)不能忽略，因?yàn)樵谛D(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生不平衡的慣性力，這些力會(huì)施加在葉輪的支撐部件上，對(duì)其造成破壞。因此，在葉輪焊接之后必須進(jìn)行動(dòng)平衡操作，使其精度等級(jí)達(dá)到使用要求。此外，對(duì)于高速旋轉(zhuǎn)的部件來(lái)說(shuō)[4]，旋轉(zhuǎn)軸上存在的不平衡質(zhì)量在高速旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生巨大的離心力，離心力和軸的轉(zhuǎn)速平方成正比。進(jìn)行動(dòng)平衡的目的是確定葉輪的精度等級(jí)和加減配重，使機(jī)器在工作過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)和振幅不超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求的規(guī)定值，動(dòng)平衡的主要技術(shù)要求如表1所示。

3.3 葉輪變形控制

對(duì)葉輪進(jìn)行焊接操作之后，除了前面所述的動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)，還要對(duì)其公差精度進(jìn)行測(cè)量，包括形狀、表面尺寸以及偏差位置是否在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)。進(jìn)行葉輪焊接時(shí)采用的是堆焊，該工藝不僅會(huì)使葉輪受熱產(chǎn)生變形，還會(huì)產(chǎn)生焊接應(yīng)力，從而導(dǎo)致焊接變形。因此，必須采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧﹣?lái)嚴(yán)格控制其公差范圍。堆焊時(shí)主要采取以下工藝手段。

①焊接順序一定要準(zhǔn)確。在每一個(gè)葉片上進(jìn)行堆焊之后，需要對(duì)葉輪進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，在其對(duì)稱(chēng)位置上焊接另一個(gè)相同質(zhì)量的粉塊。這一操作必須反復(fù)進(jìn)行直至每個(gè)葉片都完成相同的操作，以確保葉輪前后盤(pán)均勻收縮，在一定程度上能避免應(yīng)力的過(guò)度集中，避免產(chǎn)生過(guò)大的變形。

②對(duì)焊接后的焊縫進(jìn)行錘擊操作。葉輪變形主要是因?yàn)槎押腹に囃瓿芍?，在冷卻過(guò)程中，焊縫會(huì)進(jìn)行一定程度的收縮。因此，每一個(gè)葉片堆焊完一粉塊之后，必須用小錘進(jìn)行敲打，將堆焊層進(jìn)行一定程度的延展，這樣可補(bǔ)償部分的收縮量，減少焊縫的變形。

③需采取一定的工藝手段，減少葉片在焊接過(guò)程中得到的熱輸入量，以減小熱應(yīng)力。

④鈦的彈性模量是鋼的一半。在鈦葉輪的焊接過(guò)程中，面對(duì)的對(duì)象大多是丁字形焊縫，這種形狀的焊縫不同于一般的線(xiàn)性焊縫，焊接過(guò)程中易出現(xiàn)很大的應(yīng)力和變形。因此，焊接完成之后，必須將部件送到加熱爐內(nèi)進(jìn)行加熱處理，這一操作的原理是在焊縫還沒(méi)有完全冷卻之前，將其送到一個(gè)高溫的環(huán)境中使變形程度降到最低，從而在一定程度上提高葉輪的尺寸和裝配精度。

通過(guò)上述操作，對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行一系列檢測(cè)，可發(fā)現(xiàn)每一處的標(biāo)準(zhǔn)都符合實(shí)際要求。

4 結(jié)論

鈦風(fēng)機(jī)在工作過(guò)程中產(chǎn)生振動(dòng)的原因很多，通過(guò)利用焊接后的動(dòng)平衡工藝進(jìn)行處理后，可使離心風(fēng)機(jī)受損的葉輪在一定程度上得到修復(fù)，確保離心風(fēng)機(jī)傳動(dòng)軸在工作過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量的不平衡現(xiàn)象，使整個(gè)系統(tǒng)的機(jī)械振動(dòng)得到有效控制。

參考文獻(xiàn)：

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