離心通風(fēng)機(jī)常見故障原因分析及解決措施

李海強(qiáng) 黃建華 李曉配

（1.江蘇徐工國(guó)重實(shí)驗(yàn)室科技有限公司，徐州 221004；2.江蘇徐工工程機(jī)械研究院有限公司，徐州 221004）

離心通風(fēng)機(jī)在出廠期、安裝調(diào)試期及運(yùn)行維保期等階段會(huì)出現(xiàn)各種各樣的故障。風(fēng)機(jī)在不同階段的故障表現(xiàn)形式不同，相應(yīng)的解決措施也不同。離心通風(fēng)機(jī)故障的原因復(fù)雜，僅靠耳聽、手摸和觀察的方法，很難全面準(zhǔn)確判斷故障原因，往往需要采用先進(jìn)的設(shè)備檢測(cè)和診斷技術(shù)進(jìn)行綜合分析。為避免突發(fā)性故障造成的經(jīng)濟(jì)損失，合理安排通風(fēng)機(jī)的維保計(jì)劃顯得尤為重要[1]。

文章總結(jié)歸納了離心通風(fēng)機(jī)在不同階段的常見故障，主要分為振動(dòng)過(guò)大、軸承溫升過(guò)高和電機(jī)電流過(guò)大或溫升過(guò)高3類。實(shí)際生產(chǎn)中，離心通風(fēng)機(jī)振動(dòng)過(guò)大是最常見的故障，也是影響最大的故障，其次是軸承溫升過(guò)高。下面具體分析這3類風(fēng)機(jī)故障，并提出相應(yīng)的解決措施。

1 離心通風(fēng)機(jī)振動(dòng)過(guò)大

離心通風(fēng)機(jī)的技術(shù)條件中規(guī)定，風(fēng)機(jī)振動(dòng)速度剛性支承有效值不得超過(guò)4.6 mm·s-1，撓性支承不得超過(guò)7.1 mm·s-1[2]。在出廠期和安裝調(diào)試期產(chǎn)生的振動(dòng)過(guò)大，通常開機(jī)后可以發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)原因相對(duì)易判斷，主要為動(dòng)靜部件之間的干涉、轉(zhuǎn)子的不平衡以及軸不對(duì)中等。在運(yùn)行維保期發(fā)生的振動(dòng)往往開始時(shí)振動(dòng)較小，隨著運(yùn)行時(shí)間的推移，振動(dòng)越來(lái)越大。振動(dòng)的原因錯(cuò)綜復(fù)雜、難以判斷，往往需要借助先進(jìn)的檢測(cè)設(shè)備和診斷技術(shù)才能全面準(zhǔn)確地分析故障原因。

1.1 轉(zhuǎn)子不平衡

轉(zhuǎn)子不平衡是離心通風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中引起振動(dòng)過(guò)大的最常見原因[3]。通常由于出廠前沒有做好葉輪動(dòng)靜平衡，使用時(shí)葉片表面積灰、葉片腐蝕或磨損、主軸彎曲以及葉輪連接件松動(dòng)等導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不平衡。它的典型特征表現(xiàn)為振動(dòng)值水平方向最大、軸向較小，且振動(dòng)值隨轉(zhuǎn)速升高而增大，如圖1所示。圖1中1倍頻處幅值最大，時(shí)域波形呈正弦曲線，此時(shí)轉(zhuǎn)子需要重新運(yùn)動(dòng)來(lái)保持平衡。

1.2 軸不對(duì)中

采用電機(jī)直連通風(fēng)機(jī)或通過(guò)聯(lián)軸器連接通風(fēng)機(jī)時(shí)，通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸線和電機(jī)轉(zhuǎn)子軸線不重合稱為軸不對(duì)中，可分為平行不對(duì)中、角度不對(duì)中、平行和角度不對(duì)中3種情況。在實(shí)際安裝運(yùn)行時(shí)，機(jī)組若未考慮軸向位移的補(bǔ)償量，將會(huì)引起通風(fēng)機(jī)和電機(jī)的振動(dòng)。通常徑向振動(dòng)較大有可能出現(xiàn)高次諧波，導(dǎo)致振動(dòng)不穩(wěn)定，同時(shí)負(fù)荷變化會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)值變化[4]。軸不對(duì)中故障產(chǎn)生的頻譜圖和時(shí)域波形圖，如圖2所示。

（1）轉(zhuǎn)子徑向振動(dòng)出現(xiàn)2倍頻，以1倍頻和2倍頻分量為主。不對(duì)中越嚴(yán)重，2倍頻所占比例越大。

（2）轉(zhuǎn)子軸向振動(dòng)在1倍頻、2倍頻甚至3倍頻處存在穩(wěn)定的高峰，一般達(dá)到徑向振動(dòng)的50%以上。若與徑向振動(dòng)一樣大或更大，表明軸不對(duì)中情況嚴(yán)重，應(yīng)及時(shí)處理。一般4～10倍頻分量較小。

（3）時(shí)域波形穩(wěn)定，每轉(zhuǎn)出現(xiàn)1個(gè)、2個(gè)或3個(gè)峰值。

若檢測(cè)發(fā)現(xiàn)軸不對(duì)中情況，需要停機(jī)檢查電機(jī)、聯(lián)軸器和風(fēng)機(jī)之間的同軸度。只有保證同軸度，合理預(yù)留風(fēng)機(jī)、電機(jī)和聯(lián)軸器之間的間隙，才能有效減小軸不對(duì)中引起的振動(dòng)[5]。

1.3 軸承箱基礎(chǔ)剛度弱

機(jī)座連接不牢固、地基不穩(wěn)以及地腳螺栓松動(dòng)等，都將引起劇烈的振動(dòng)現(xiàn)象。它的振動(dòng)特征為在松動(dòng)的地腳螺栓處軸承座的振動(dòng)最大，以徑向分量最大，振動(dòng)頻率為轉(zhuǎn)速的1、3、5等奇數(shù)倍頻率組合，其中3倍頻的分量值最高。因此，相關(guān)人員需要定期檢查，緊固軸承座和地腳螺栓螺母等。

1.4 滾動(dòng)軸承異常

滾動(dòng)軸承異常主要包括軸承裝配不良和滾動(dòng)軸承損壞。軸承裝配不良的主要原因包括軸彎曲、軸承安裝傾斜、軸承內(nèi)圈裝配后與軸心線不重合以及兩端支撐的軸承座同軸度差。振動(dòng)特征為振動(dòng)值軸向最大，振動(dòng)頻率與旋轉(zhuǎn)速度相等。需要檢查主軸和軸承座的同軸度等并分析故障原因，再根據(jù)具體原因采取相應(yīng)的解決措施[6]。

滾動(dòng)軸承損壞的原因主要包括滾動(dòng)軸承制造質(zhì)量差、潤(rùn)滑不良、異物進(jìn)入、與軸承箱的配合不符合標(biāo)準(zhǔn)以及長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行等，導(dǎo)致軸承表面損壞、滾珠磨損變形、滾道表面金屬剝落以及保持架碎裂等，從而引起軸承座產(chǎn)生振動(dòng)。這種振動(dòng)穩(wěn)定性差，可檢測(cè)高頻沖擊振動(dòng)信號(hào)。振動(dòng)的振幅在水平、垂直、軸向3個(gè)方向均有可能最大，軸承箱在損壞軸承處會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象。如果發(fā)現(xiàn)軸承損壞，應(yīng)立刻停機(jī)并及時(shí)更換合格的軸承，同時(shí)需采用正確的安裝和潤(rùn)滑方式減少此類故障發(fā)生的頻次。

1.5 工作轉(zhuǎn)速接近轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速

當(dāng)通風(fēng)機(jī)的工作轉(zhuǎn)速接近通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，發(fā)生共振，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的振動(dòng)急劇增加。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于或高于這一轉(zhuǎn)速時(shí)，通風(fēng)機(jī)可平穩(wěn)運(yùn)行。因此，在實(shí)際工作中應(yīng)避免在轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速處工作。

1.6 風(fēng)道系統(tǒng)振動(dòng)

風(fēng)道系統(tǒng)中氣流的壓力脈動(dòng)與擾動(dòng)引起的振動(dòng)，主要包括進(jìn)氣箱渦流脈動(dòng)、風(fēng)道局部渦流、機(jī)殼和風(fēng)道壁剛度不夠以及旋轉(zhuǎn)失速等。這種振動(dòng)常常沒有規(guī)律，振幅隨風(fēng)量增加而增大，需要優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)氣箱和流道結(jié)構(gòu)、加固蝸殼和管道等，以減小氣流脈動(dòng)和擾動(dòng)引起的振動(dòng)。

1.7 動(dòng)靜部件之間干涉

集流器與葉輪干涉、葉輪與機(jī)殼干涉、主軸與密封干涉等都會(huì)引起振動(dòng)增加。轉(zhuǎn)速較低時(shí)，通常能聽見因干涉而引起的摩擦聲音。高轉(zhuǎn)速時(shí)，摩擦聲音可能會(huì)被氣流聲淹沒，但此時(shí)振動(dòng)較大。此時(shí)，可停機(jī)檢查動(dòng)靜部件之間的間隙，同時(shí)撥動(dòng)轉(zhuǎn)子找出具體干涉的位置，并采取打磨和重新裝配等方式消除干涉。

2 軸承溫升過(guò)高

離心通風(fēng)機(jī)的技術(shù)條件中規(guī)定，軸承溫度一般不得高于環(huán)境溫度40 ℃[7]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，風(fēng)機(jī)故障40%由軸承引起，既與軸承本身的質(zhì)量有關(guān)，又與軸系的設(shè)計(jì)、軸承的安裝和維護(hù)有關(guān)。

2.1 潤(rùn)滑或冷卻不良

相關(guān)人員不按規(guī)定加注或更換潤(rùn)滑劑、潤(rùn)滑劑變質(zhì)、雜質(zhì)進(jìn)入潤(rùn)滑系統(tǒng)以及冷卻系統(tǒng)功能異常等，都會(huì)導(dǎo)致軸承溫升過(guò)高和軸承損壞，從而引起大的振動(dòng)，因此需要經(jīng)常檢查軸承潤(rùn)滑供油與冷卻情況。軸承的潤(rùn)滑油正常使用時(shí)，至少半年更換一次。首次使用時(shí)，需在1～2個(gè)月檢驗(yàn)潤(rùn)滑油油質(zhì)，并根據(jù)油質(zhì)判斷是否換油。換油時(shí)，應(yīng)將舊油徹底放干凈后才能加入新油。定期加注潤(rùn)滑脂時(shí)，保證端蓋內(nèi)的潤(rùn)滑脂容積占端蓋內(nèi)容積的1/3～2/3。加注過(guò)滿不利于散熱，而加注過(guò)少需要增加加油頻次，容易出現(xiàn)加油不及時(shí)導(dǎo)致潤(rùn)滑不良的問(wèn)題。

2.2 前后兩軸承安裝不同心

當(dāng)前后兩軸承安裝不同心時(shí)，會(huì)使軸承受力不均勻，加速滾子與滾道間的摩擦，導(dǎo)致軸承溫度升高。因此，需要保證軸承座本身的同軸度和兩個(gè)軸承座安裝的同軸度，以優(yōu)化加工工藝，借助工裝、焊后加工以及采用基準(zhǔn)統(tǒng)一原則加工座孔等方式保證同軸度。

2.3 軸承外圈相對(duì)軸承座轉(zhuǎn)動(dòng)或者內(nèi)圈相對(duì)軸轉(zhuǎn)動(dòng)

軸承外圈相對(duì)軸承座轉(zhuǎn)動(dòng)或者內(nèi)圈相對(duì)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)因摩擦生熱長(zhǎng)時(shí)間高度運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致軸承外圈與軸承座孔的間隙加大，造成溫升加速和振動(dòng)加大。此時(shí)，需要根據(jù)使用條件合理設(shè)計(jì)軸承內(nèi)外圈與軸承座孔、軸的配合尺寸，以保證軸承的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.4 軸承游隙設(shè)計(jì)不合理

根據(jù)風(fēng)機(jī)使用情況選擇合適的軸承游隙至關(guān)重要。游隙選擇過(guò)大會(huì)導(dǎo)致通風(fēng)機(jī)振動(dòng)加大，久而久之軸承溫度升高，加速軸承損壞；游隙選擇過(guò)小會(huì)導(dǎo)致軸承滾子與滾道間磨損加劇，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致軸承溫升過(guò)高，縮短軸承壽命。因此，需要根據(jù)通風(fēng)機(jī)的使用情況選擇合適的軸承游隙。通常軸承手冊(cè)或者軸承樣本中都有專門介紹如何選擇軸承游隙的內(nèi)容。

2.5 軸承箱劇烈振動(dòng)

軸承箱劇烈振動(dòng)會(huì)增加軸承所受的徑向力，進(jìn)而增加滾子與滾道的摩擦力。在軸承高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，摩擦生熱會(huì)導(dǎo)致軸承溫升過(guò)高。因此，當(dāng)發(fā)現(xiàn)軸承箱劇烈振動(dòng)時(shí)，必須停機(jī)檢查振動(dòng)原因，待解決振動(dòng)問(wèn)題后方可開機(jī)運(yùn)行。

2.6 軸承損壞或主軸彎曲

軸承損壞后若繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，勢(shì)必會(huì)造成軸承溫升和振動(dòng)加劇，甚至出現(xiàn)飛車現(xiàn)象。因此，軸承損壞后一定要及時(shí)更換。更換軸承前，需將軸承箱清洗干凈，保持軸承清潔，并將軸承加熱到70～80 ℃后再裝入軸上，不得強(qiáng)行裝配，以避免傷及軸承和主軸。主軸彎曲會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子振動(dòng)加劇，加大軸承所受載荷和軸承滾子與滾道間的摩擦力，導(dǎo)致軸承溫升加劇，縮短軸承壽命，因此當(dāng)主軸彎曲時(shí)需要及時(shí)更換主軸。

3 電機(jī)電流過(guò)大或溫升過(guò)高

3.1 電機(jī)超載

電機(jī)儲(chǔ)備系數(shù)選擇不合理、未考慮冬季和夏季的溫差對(duì)風(fēng)機(jī)性能的影響、未考慮海拔對(duì)風(fēng)機(jī)性能的影響等，都會(huì)導(dǎo)致電機(jī)功率不匹配。冬季比夏季氣溫較低，氣體密度加大，所需壓力升高會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)所需功率增加，進(jìn)而引起電機(jī)超載。高海拔比低海拔空氣稀薄，氣壓低，氣體密度小，因此低海拔的運(yùn)行工況無(wú)法滿足高海拔的工作需求。此時(shí)，需要提高轉(zhuǎn)速或加大調(diào)節(jié)門開度以提高風(fēng)量風(fēng)壓，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)所需功率增加，引起電機(jī)超載。因此，需要根據(jù)風(fēng)機(jī)使用環(huán)境和工況條件選擇合適的電機(jī)儲(chǔ)備系數(shù)。通常情況下，一般用途的通風(fēng)機(jī)電機(jī)儲(chǔ)備系數(shù)按表1選擇，電機(jī)額定功率P電機(jī)≥P風(fēng)機(jī)f。在非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，運(yùn)行的壓力和密度換算可按照式（1）和式（2）計(jì)算。

表1 電機(jī)儲(chǔ)備系數(shù)

式中：Pm為tm=20 ℃時(shí)的壓強(qiáng)，Pa；P為實(shí)際使用溫度t時(shí)的壓強(qiáng)，Pa；P0為大氣壓強(qiáng)，Pa；ρ為實(shí)際使用溫度t時(shí)的密度，kg·m-3。

3.2 啟動(dòng)時(shí)，調(diào)節(jié)門未關(guān)閉

根據(jù)離心通風(fēng)機(jī)的特性曲線可知，通風(fēng)機(jī)機(jī)軸功率隨著風(fēng)量增加而增加。如果調(diào)節(jié)門全開，啟動(dòng)電機(jī)會(huì)造成啟動(dòng)負(fù)荷過(guò)大而燒壞電機(jī)。為了安全啟動(dòng)，離心通風(fēng)機(jī)需在啟動(dòng)時(shí)關(guān)閉調(diào)節(jié)門，待風(fēng)機(jī)達(dá)到正常工作轉(zhuǎn)速后，再逐步打開調(diào)節(jié)門。

3.3 電機(jī)輸入電壓過(guò)低或電源單相斷電

電機(jī)輸入電壓過(guò)低或電源單相斷電會(huì)引起電機(jī)供電不足，導(dǎo)致電機(jī)輸出功率下降，引起電機(jī)超載甚至燒毀電機(jī)。此時(shí)，應(yīng)根據(jù)控制柜上的電流電壓表顯示的情況分析具體的原因。

3.4 通風(fēng)機(jī)性能與系統(tǒng)不匹配

通常情況下，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜會(huì)導(dǎo)致難以精確計(jì)算系統(tǒng)阻力。如果系統(tǒng)實(shí)際阻力比設(shè)計(jì)阻力小很多，會(huì)導(dǎo)致通風(fēng)機(jī)的富余量過(guò)大，造成通風(fēng)機(jī)在低壓力、大流量區(qū)域運(yùn)行。通風(fēng)機(jī)功率會(huì)隨著流量的增加而增加，容易引起電機(jī)超載，因此需要在設(shè)備調(diào)試階段調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)門開度或電機(jī)轉(zhuǎn)速使通風(fēng)機(jī)性能與系統(tǒng)阻力匹配，切不可直接按照設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速或者調(diào)節(jié)門開度直接運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

離心通風(fēng)機(jī)的故障原因較多，分析總結(jié)常見故障原因，主要分為振動(dòng)過(guò)大、軸承溫升過(guò)高和電機(jī)電流過(guò)大或溫升過(guò)高3類。文章分析這3類故障的表現(xiàn)特征，提出了相應(yīng)的解決措施。在實(shí)際使用過(guò)程中，有些故障不是一種原因造成的，需要綜合分析故障原因，必要時(shí)采用先進(jìn)的檢測(cè)設(shè)備和診斷技術(shù)全面準(zhǔn)確找出故障原因，以便及時(shí)采取有效的解決措施。