軸流風(fēng)機(jī)振動問題研究分析

路錦新

（大慶石化公司熱電廠，黑龍江 大慶 163000）

軸流風(fēng)機(jī)具有風(fēng)量大、啟動平穩(wěn)、能夠適應(yīng)復(fù)雜風(fēng)道等特點(diǎn)逐漸取代離心式風(fēng)機(jī)成為工業(yè)風(fēng)機(jī)的首選。軸流風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)明顯，一般按照風(fēng)量調(diào)節(jié)方式分為動葉式和靜葉式兩種。動葉式軸流風(fēng)機(jī)是通過改變?nèi)~片的角度來調(diào)節(jié)風(fēng)量的，具有風(fēng)量調(diào)節(jié)范圍大、送風(fēng)效率高、無截流損失等優(yōu)點(diǎn)。但是，動葉式軸流風(fēng)機(jī)中采用了復(fù)雜的葉片開度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，故障率較高，一般只應(yīng)用于一次風(fēng)機(jī)中。靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)的葉片開度無法調(diào)節(jié)，需要采用改變氣流流通面積的方式調(diào)節(jié)風(fēng)量的大小，結(jié)構(gòu)較動葉式軸流風(fēng)機(jī)簡單，但是，會產(chǎn)生一定的截流損失，一般在復(fù)雜工況下使用。

軸流風(fēng)機(jī)的大量使用，其異常振動問題日漸凸顯，并且振動的原因與離心式風(fēng)機(jī)有很大不同。本文通過梳理軸流風(fēng)機(jī)產(chǎn)生異常振動的原因，對查障和排障進(jìn)行了總結(jié)，以期為軸流風(fēng)機(jī)的進(jìn)一步推廣提供幫助。

1 動葉調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致振動

動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)從其名稱不難看出，其送風(fēng)量的調(diào)節(jié)主要依靠改變?nèi)~片角度來實(shí)現(xiàn)，在每個(gè)葉片上都附加傳動連桿，葉片角度的改變是由一套復(fù)雜的液壓傳動機(jī)構(gòu)（見圖1）完成的，整個(gè)機(jī)構(gòu)異常復(fù)雜，對部件的安裝和磨損要求都很高，振動的原因有單級葉輪的葉片開度異步、二級葉輪的葉片開度異步或傳動部件偏心等。

1.1 單級葉輪部分葉片開度異步

導(dǎo)致單級葉輪部分葉片開度異步原因有很多，常見的有連桿磨損、滑塊偏磨、軸承轉(zhuǎn)動失穩(wěn)、曲柄旋轉(zhuǎn)部位空曠等。上述問題均能引起葉片開度異步或旋轉(zhuǎn)部位偏心等問題，這就導(dǎo)致風(fēng)機(jī)在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下動平衡嚴(yán)重失衡，產(chǎn)生振動。

判斷單級葉輪部分葉片開度異步導(dǎo)致振動可以依據(jù)如下幾點(diǎn)：

（1）由于葉片運(yùn)轉(zhuǎn)失穩(wěn)導(dǎo)致氣流脈動，振動頻譜中可檢測出工頻高次諧波，在位移頻譜中則沒有明顯現(xiàn)象。

（2）能夠明顯檢測到風(fēng)機(jī)振幅的變化，在葉片角度調(diào)節(jié)時(shí)尤為明顯，葉片開度穩(wěn)定后，則振幅的變化逐漸減小。

（3）風(fēng)機(jī)在啟動時(shí)的振幅較小、隨葉片的開度增大振幅逐漸增加。

1.2 二級葉輪葉片開度異步

二級葉輪葉片開度異步的現(xiàn)象只存在于具有雙級結(jié)構(gòu)的風(fēng)機(jī)中。導(dǎo)致二級葉片開度異步的主要原因有很多，比如，液壓機(jī)構(gòu)中的銅滑套磨損或連桿磨損，銅滑套磨損能夠引起葉片的整體角度發(fā)生變化，使二級葉片與一級葉片處于不同的角度工作，連桿磨損能夠?qū)е露壢~片的開度出現(xiàn)差異。

當(dāng)單個(gè)葉片的角度相同時(shí)，振動頻譜中的工頻所占比重很小，葉片通過頻率占比很大，當(dāng)銅滑套或連桿出現(xiàn)較大的松動時(shí)，會出現(xiàn)工頻高次諧波，振動的最大值出現(xiàn)在特定區(qū)域內(nèi)，風(fēng)機(jī)負(fù)荷小時(shí)振動減輕。

1.3 調(diào)節(jié)部件偏心

調(diào)節(jié)部件安裝偏心或松動時(shí)，都會在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生較大的偏心慣量，使風(fēng)機(jī)出現(xiàn)振動。在動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)中，常見的原因有液壓缸安裝偏心改變質(zhì)量分布，引起質(zhì)心偏移故障，這時(shí)，故障頻譜中可檢測到以工頻為主，并且對負(fù)載的變化不敏感。假如液壓缸在安裝時(shí)的預(yù)緊力不達(dá)標(biāo)會在風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)后出現(xiàn)松動，導(dǎo)致質(zhì)心變化，在離心力的作用下會使液壓缸發(fā)生位置改變，并且振動頻譜呈現(xiàn)不規(guī)律行變化。

2 氣流脈動導(dǎo)致振動

氣流脈動是指氣流分離或渦流。在軸流風(fēng)機(jī)的后期改造中經(jīng)常出現(xiàn)由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致的氣流脈動。常見的有以下幾種：

（1）葉片開度的冗余度設(shè)計(jì)過大，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)由于葉片開度變化落入振動區(qū)域內(nèi)，引起氣流脈動。

（2）風(fēng)機(jī)構(gòu)件焊接缺陷或金屬腐蝕引起的葉片磨損也會導(dǎo)致風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，擾亂氣流，引起氣流脈動。

（3）風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口阻塞引起的氣流流量變化也會導(dǎo)致氣流脈動，比如，擋板故障或風(fēng)道堵塞等。

以上幾種氣流脈動所導(dǎo)致的風(fēng)機(jī)振動具有一定的相似性，在現(xiàn)場進(jìn)行的測試表明其振動特征如下：

（1）在風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，通過音頻或視頻檢測設(shè)備進(jìn)行的檢測結(jié)果顯示，在不同位置上的檢測設(shè)備所得到的結(jié)果有很大差異，無法使用單純的音頻對齊進(jìn)行結(jié)果的分析，只有采用最新的時(shí)碼對齊功能，才能得到所需的音頻對齊文件。

（2）當(dāng)風(fēng)機(jī)葉片出現(xiàn)不同程度磨損或開裂時(shí)，所產(chǎn)生的氣流脈動會與系統(tǒng)的機(jī)械振動產(chǎn)生共振，在故障頻率中能夠檢測到大量的葉片通過頻率。

（3）氣流脈動最主要的表現(xiàn)是噪音和風(fēng)機(jī)電流異常，在兩臺相同的風(fēng)機(jī)并聯(lián)工作時(shí)，出現(xiàn)氣流脈動的風(fēng)機(jī)電流變得極不穩(wěn)定，噪音也會明顯高于另一臺正常風(fēng)機(jī)。

3 支撐動剛度弱及局部共振導(dǎo)致振動

大容量軸流風(fēng)機(jī)的自重較大，安裝尺寸也較大，需要的支撐構(gòu)件多，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)由于支撐構(gòu)件缺陷引起的振動現(xiàn)象，支撐構(gòu)件缺陷主要是指構(gòu)件的剛度不夠、松動引起的局部振動。

3.1 支撐構(gòu)件動剛度較弱

支撐構(gòu)件的動剛度是其主要性能指標(biāo)，在大容量軸流風(fēng)機(jī)的安裝中，經(jīng)常采用三座水泥支座作為風(fēng)機(jī)的主要承重結(jié)構(gòu)，水泥支座的橫截面積過小或剛度不足就無法為風(fēng)機(jī)提供有效的支撐，在風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生振動，這時(shí)負(fù)荷越大對支座的反作用力越大，產(chǎn)生的振動越強(qiáng)。

由于水泥支座剛性不足或橫截面積過小引起振動時(shí)，可在振動頻譜中工頻占比最大。這時(shí)，振動的幅度從支座底面向上逐漸增大，并且以橫向振動為主，通過加固底座，或提高轉(zhuǎn)子動平衡精度能夠有效降低風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的振動幅度。

3.2 連接松動

在三座水泥支座上面架設(shè)風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)的支腿與水泥支座之間采用螺栓連接進(jìn)行固定。大容量軸流風(fēng)機(jī)的自重較大，因此，需要的固定螺栓數(shù)量較多，在風(fēng)機(jī)長時(shí)間的運(yùn)行中，這些螺栓經(jīng)常出現(xiàn)預(yù)緊力下降或松動的現(xiàn)象，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)很大的振動。并且連接松動還會導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的共振頻率發(fā)生偏移，更容易進(jìn)入共振轉(zhuǎn)速，這種共振有時(shí)會將振動放大幾倍甚至十幾倍。一些大容量軸流風(fēng)機(jī)在安裝時(shí)還會采用彈性基礎(chǔ)，在長期運(yùn)行后產(chǎn)生基礎(chǔ)沉降不均的現(xiàn)象，也會引起振動。

這類由于風(fēng)機(jī)的支腿與水泥支座之間的連接松動引起的振動，可以通過緊固螺栓進(jìn)行消除。并且在振動頻譜中，工頻的占比最大，隨著風(fēng)機(jī)負(fù)荷的變化呈規(guī)律性變化，在連接松動的地方能夠明顯感覺到振動的存在，這時(shí)，應(yīng)該按照先墊支腿后緊固螺栓的順序進(jìn)行。

3.3 局部共振

軸流風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特征導(dǎo)致其共振現(xiàn)象較容易發(fā)生，這是由于軸流風(fēng)機(jī)的固有頻率較大也較多，比如，支腿、殼體、葉片等位置都有一個(gè)或多個(gè)固有頻率，發(fā)生局部共振的可能性非常大。

由于其構(gòu)件的固有頻率導(dǎo)致的振動較難排除，一般采取降低風(fēng)機(jī)激振力的方法來改善振動情況，在確保緊固件和連接面接合牢固后，可通過動平衡等手段降低工頻激振力，通過提高葉片開度協(xié)調(diào)性、修復(fù)葉片磨損等方法降低通過頻率的激振力。

4 振動故障處理建議

（1）進(jìn)行軸流風(fēng)機(jī)振動排除時(shí)，在采用最常見的振動頻率分析法基礎(chǔ)上，還應(yīng)該結(jié)合振動的特性進(jìn)行綜合分析，比如，振動隨時(shí)間、負(fù)荷、開度、環(huán)境溫度等的變化情況，以及隨風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化情況等，還要考慮連接件的松動或預(yù)緊力不足引起的振動情況。

（2）多次動平衡仍無法達(dá)到預(yù)期時(shí)，應(yīng)考慮去除前期加裝的平衡塊，并通過兩次起機(jī)測試振動特性，找出振動原因。

（3）動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)液壓調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，排障時(shí)，應(yīng)先測試葉片的通過頻率或工頻諧波，然后，根據(jù)振動的特性排查與之相關(guān)的液壓機(jī)構(gòu)部件問題。