大型軸流風(fēng)機(jī)各類振動(dòng)原因分析及處理措施

1、大型軸流風(fēng)機(jī)各類振動(dòng)原因分析及 處理措施軸流風(fēng)機(jī)以其流量大、啟動(dòng)力矩小、對(duì)風(fēng)道系統(tǒng)變化適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)逐步取代離心風(fēng)機(jī)成為主流。軸流風(fēng)機(jī)有動(dòng)葉和靜葉2種調(diào)節(jié)方式。動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)通過(guò)改變做功葉片的角度來(lái)改變工況，沒(méi)有截流損失，效率高，還可以避免 在小流量工況下出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)調(diào)節(jié)裝置穩(wěn)定性及可靠性 要求較高，對(duì)制造精度要求也較高，易出現(xiàn)故障，所以一般只用于送風(fēng)機(jī)及一 次風(fēng)機(jī)。靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)通過(guò)改變流通面積和入口氣流導(dǎo)向的方式來(lái)改變工 況，有截流損失，但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)故障率很低，所以一般用于工作環(huán) 境惡劣的引風(fēng)機(jī)。隨著軸流風(fēng)機(jī)的廣泛應(yīng)用，與其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的振動(dòng)問(wèn)題也逐步暴

2、露，這些問(wèn)題在離心式風(fēng)機(jī)上則不存在或不常見(jiàn)。本文通過(guò)總結(jié)各種軸流風(fēng)機(jī) 異常振動(dòng)故障案例，對(duì)其中一些有特點(diǎn)的振動(dòng)及其產(chǎn)生的原因進(jìn)行匯總分析。 一、動(dòng)葉調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致振動(dòng)動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)通過(guò)在線調(diào)節(jié)動(dòng)葉開(kāi)度來(lái)改變風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況，這主要依賴輪轂里的液壓調(diào)節(jié)控制機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，各個(gè)葉片角度的調(diào)節(jié)涉及到一系列的調(diào)節(jié)部件，因而對(duì)各部件的安裝、配合及部件本身的變形、磨損要求較高，液壓動(dòng)葉調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。動(dòng)葉調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)對(duì)振動(dòng)的影響主要分單級(jí)葉輪的部分葉片開(kāi)度不同步、兩級(jí)葉輪的葉片開(kāi)度不同步及調(diào)節(jié)部件本身偏心3個(gè)方面。（一）單級(jí)葉輪部分葉片開(kāi)度不同步單級(jí)葉輪部分葉片開(kāi)度不同步主要是由于滑塊磨損、調(diào)節(jié)桿與曲柄配合松

3、動(dòng)、葉柄導(dǎo)向軸承及推力軸承轉(zhuǎn)動(dòng)不暢引起的。這些部件均為液壓缸到動(dòng)葉 片之間的傳動(dòng)配合部件，會(huì)導(dǎo)致部分風(fēng)機(jī)葉片開(kāi)度不到位，而風(fēng)機(jī)葉片重量及 安裝半徑均較大，部分風(fēng)機(jī)葉片開(kāi)度不一致會(huì)產(chǎn)生質(zhì)量嚴(yán)重不平衡，導(dǎo)致風(fēng)機(jī) 在高轉(zhuǎn)速下出現(xiàn)明顯振動(dòng)。單級(jí)葉輪部分葉片開(kāi)度不同步引起的振動(dòng)主要特點(diǎn)如下：1）振動(dòng)頻譜和普通質(zhì)量均不平衡，振動(dòng)故障頻譜中主要為工頻成分，同時(shí)部分 葉片不同步會(huì)產(chǎn)生一定的氣流脈動(dòng)，使振動(dòng)頻譜中出現(xiàn)葉片通過(guò)頻率及其諧波，部分部件的磨損及松動(dòng)則會(huì)產(chǎn)生一定的非線性沖擊，使振動(dòng)頻譜中出現(xiàn)工頻高次諧波成分，這在振速頻譜中表現(xiàn)得相對(duì)明顯一些，在位移頻譜中幾乎觀察不 到。2）風(fēng)機(jī)振幅不穩(wěn)定，振幅變化主要發(fā)

4、生在動(dòng)葉開(kāi)度調(diào)節(jié)過(guò)程中，在動(dòng)葉開(kāi)度穩(wěn) 定時(shí)振幅基本保持穩(wěn)定，有時(shí)會(huì)隨動(dòng)葉開(kāi)度變化而逐步變化。3）剛升速至工作轉(zhuǎn)速、風(fēng)機(jī)動(dòng)葉未開(kāi)或開(kāi)度較小時(shí)，風(fēng)機(jī)振幅一般較小。（二）兩級(jí)葉輪葉片開(kāi)度不同步對(duì)兩級(jí)動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)而言，還存在兩級(jí)葉輪葉片開(kāi)度不同步的問(wèn) 題。其原因主要是液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)銅套磨損或者兩級(jí)推力盤問(wèn)連桿磨損變形。連 桿主要用于同步一、二級(jí)推力盤之間的軸向位移，連桿的磨損變形會(huì)導(dǎo)致兩級(jí) 推力盤間位移不同步， 從而導(dǎo)致兩級(jí)動(dòng)葉開(kāi)度變化不同步。液壓缸銅套的磨損、局部開(kāi)裂、變形及中心軸間隙變大則會(huì)導(dǎo)致兩級(jí)動(dòng)葉的開(kāi)度調(diào)節(jié)整體不到位， 從而使兩級(jí)動(dòng)葉開(kāi)度不一致。由于單個(gè)葉輪的所有葉片開(kāi)度均同步，所以并不會(huì)

5、明顯影響轉(zhuǎn)子的動(dòng) 平衡情況，因此，其振動(dòng)故障頻譜中工頻占比一般相對(duì)較小，主要是產(chǎn)生較大 的葉片通過(guò)頻率，在松動(dòng)嚴(yán)重的情況下還會(huì)出現(xiàn)工頻高次諧波成分。振幅一般 在某個(gè)特定負(fù)荷（動(dòng)葉開(kāi)度）下存在最大值，且振幅出現(xiàn)波動(dòng)，其中工頻和葉片 通過(guò)頻率均出現(xiàn)波動(dòng)變化，而在其他負(fù)荷或未帶負(fù)荷時(shí)振幅則相對(duì)較小。（三）調(diào)節(jié)部件偏心調(diào)節(jié)部件偏心主要指質(zhì)量較大的調(diào)節(jié)部件的安裝偏心、松動(dòng)，由于質(zhì)量 較大，當(dāng)其旋轉(zhuǎn)中心與轉(zhuǎn)子中心發(fā)生偏斜時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生較大的質(zhì)量不平衡，而 由松動(dòng)導(dǎo)致的偏心也會(huì)產(chǎn)生質(zhì)量不平衡。對(duì)于動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)而言，主要指 液壓缸的安裝偏心及松動(dòng)。如果僅是液壓缸安裝偏心，而緊力足夠，則只會(huì)導(dǎo) 致質(zhì)量分布的改

6、變，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子會(huì)出現(xiàn)單純的質(zhì)量不平衡故障，故障頻譜主要為 穩(wěn)定的工頻成分，每次啟機(jī)定速后振動(dòng)值均比較穩(wěn)定，不會(huì)隨負(fù)荷工況發(fā)生變 化。如果是由于液壓缸安裝時(shí)緊力不足導(dǎo)致的松動(dòng)，則會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定的質(zhì)量不 平衡，每次停機(jī)后再次啟機(jī)，由于離心力的變化，液壓缸的位置會(huì)發(fā)生改變， 致使每次啟機(jī)的振動(dòng)數(shù)據(jù)均不一致，振動(dòng)主要以工頻為主，在轉(zhuǎn)速不變時(shí)振動(dòng) 則比較穩(wěn)定。對(duì)于此類故障，由于單次定速后振動(dòng)很穩(wěn)定，容易與原始質(zhì)量不 平衡混淆，導(dǎo)致無(wú)謂的反復(fù)動(dòng)平衡。二、氣流脈動(dòng)導(dǎo)致振動(dòng)氣流脈動(dòng)是普遍存在的氣流分離與蝸流發(fā)展的產(chǎn)物。對(duì)于軸流風(fēng)機(jī)， 除去原設(shè)計(jì)及后期改造中進(jìn)出口流道、擋板等通流結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致的流體 脈動(dòng)外，在

7、運(yùn)軸流風(fēng)機(jī)出現(xiàn)流體脈動(dòng)的原因如下:1）靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)葉片開(kāi)度的冗余度較大，低負(fù)荷下靜葉開(kāi)度的變化容易導(dǎo) 致風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)落入不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域，產(chǎn)生流體脈動(dòng)甚至喘振，引起強(qiáng)烈振動(dòng)。2）因焊接剛度、局部應(yīng)力、腐蝕或異物進(jìn)入，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)動(dòng)葉片及導(dǎo)葉嚴(yán)重磨損 甚至局部脫落，引起流體脈動(dòng)。3）因風(fēng)機(jī)進(jìn)口流道擋板異常、異物堵塞等原因，導(dǎo)致系統(tǒng)阻力增加， 流量不足，引起流體脈動(dòng)、失速甚至喘振?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，上述幾種流體脈動(dòng)引起的風(fēng)機(jī)振動(dòng)現(xiàn)象及特征相似，主要包 括以下幾點(diǎn)。1）氣流脈動(dòng)多引起風(fēng)機(jī)機(jī)殼、進(jìn)出口管道及機(jī)殼基礎(chǔ)振動(dòng)，對(duì)軸承及轉(zhuǎn)子機(jī)械 振動(dòng)的影響較小，起振頻率主要為與轉(zhuǎn)子主頻無(wú)關(guān)的低頻成分。2）當(dāng)動(dòng)

8、葉或靜葉磨損、 破裂產(chǎn)生氣流脈動(dòng)時(shí)， 其氣流脈動(dòng)會(huì)與機(jī)械振動(dòng)相耦合， 此時(shí)氣流脈動(dòng)故障頻率中會(huì)出現(xiàn)較大的葉片通過(guò)頻率及其諧波，且軸承及轉(zhuǎn)子也會(huì)出現(xiàn)故障頻率。3）氣流脈動(dòng)除引起風(fēng)機(jī)振動(dòng)變化外，還會(huì)引起風(fēng)機(jī)電流、流量不穩(wěn)，甚至大幅 波動(dòng)，導(dǎo)致并聯(lián)運(yùn)行的2臺(tái)風(fēng)機(jī)在同等風(fēng)量下電流差異較大，現(xiàn)場(chǎng)有明顯氣流噪音。三、支撐動(dòng)剛度弱及局部共振導(dǎo)致振動(dòng)大容量軸流風(fēng)機(jī)相比于離心風(fēng)機(jī)，其自重、外形尺寸均較大，支撐連接 構(gòu)件也較多，因設(shè)計(jì)剛度薄弱、 連接松動(dòng)、局部共振所帶來(lái)的振動(dòng)問(wèn)題也更多、 更加難以判別。（一）設(shè)計(jì)支撐動(dòng)剛度較弱大容量軸流風(fēng)機(jī)重量、外形尺寸增加較多，而支撐材料往往比較薄弱。風(fēng)機(jī)多采用3水泥座支撐方式

9、，即進(jìn)氣箱支腿、下機(jī)殼支腿、擴(kuò)散筒支腿分別 支撐在3個(gè)水泥座上，每個(gè)水泥基座高度較高， 橫截面積不足，橫向剛度較差， 易引起較大的風(fēng)機(jī)橫向振動(dòng)，尤其在風(fēng)機(jī)負(fù)荷較高時(shí)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子傳遞到基座上 的作用力增大，振幅則更大。在沒(méi)有異常激振源的情況下，設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)剛度弱導(dǎo)致的振動(dòng)主要以 工頻為主。支撐結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)、支腿、殼體振幅較接近，且由上到下均勻減小， 但支撐結(jié)構(gòu)整體振動(dòng)較大，主要表現(xiàn)在水平方向， 而垂直及軸向振動(dòng)一般較小。一般通過(guò)動(dòng)平衡或者加固支撐基礎(chǔ)，可降低轉(zhuǎn)子激振力，從而降低風(fēng)機(jī)振動(dòng)水 平。（二）連接松動(dòng)軸流風(fēng)機(jī)殼體下部通過(guò)支腿與水泥基座連接，左右通過(guò)一圈螺栓與進(jìn)氣箱、擴(kuò)散筒連接，上、下半筒之間通

10、過(guò)兩排螺栓連接，軸承座固定在下半殼體 上。由于軸流風(fēng)機(jī)殼體連接部位較多，在長(zhǎng)期運(yùn)行中易出現(xiàn)緊力不足、連接松 動(dòng)的情況，而且部分軸流風(fēng)機(jī)連接松動(dòng)引起的振動(dòng)會(huì)非常大，尤其是殼體共振 頻率與工作轉(zhuǎn)速較為接近時(shí)，連接松動(dòng)往往導(dǎo)致殼體固有頻譜偏移，產(chǎn)生共振,振動(dòng)被進(jìn)一步放大。如風(fēng)機(jī)殼體與左右風(fēng)道殼體連接螺栓出現(xiàn)局部松動(dòng)時(shí)，殼體振幅可以放大 1倍多，而殼體松動(dòng)產(chǎn)生共振時(shí)，甚至可以出現(xiàn)1個(gè)數(shù)量級(jí)的振動(dòng)差別，部分大容量機(jī)組的軸流風(fēng)機(jī)下支撐采用彈簧基礎(chǔ)，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后， 出現(xiàn)基礎(chǔ)沉降不均，也會(huì)導(dǎo)致支撐動(dòng)剛度明顯不足，產(chǎn)生明顯振動(dòng)。風(fēng)機(jī)連接松動(dòng)引起支撐動(dòng)剛度弱產(chǎn)生的振動(dòng)，一般采用現(xiàn)場(chǎng)緊固排除。此類振動(dòng)以工頻為主，隨

11、負(fù)荷變化有一定波動(dòng)，松動(dòng)接觸面差異振動(dòng)明顯，一 般應(yīng)首先緊固各連接面螺栓，有滑動(dòng)支腿的則緊固、墊實(shí)支腿，然后測(cè)試各接 觸面振動(dòng)的差異，并對(duì)比其緊固前后的振動(dòng)情況，以排查是否存在連接松動(dòng)問(wèn) 題。（三）局部共振由于軸流風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其在轉(zhuǎn)速頻率及葉片通過(guò)頻率附近的固有 頻率較大，很容易產(chǎn)生局部共振。如風(fēng)機(jī)各支腿、上下殼體、支撐板、葉片等 均有1到幾個(gè)固有頻率，有些葉片通過(guò)頻率與風(fēng)機(jī)常見(jiàn)的故障頻率非常接近， 很容易引起局部共振。對(duì)于此類振動(dòng)問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)很難大幅改變各結(jié)構(gòu)固有頻率，一般是在緊固各連接面，排除因連接松動(dòng)導(dǎo)致的共振后，通過(guò)減小激振力來(lái)降低振動(dòng)水平。如采用動(dòng)平衡降低工頻激振力，或?qū)θ~片開(kāi)度一致性、葉片不均勻磨損情況等進(jìn)行檢查處理，減小葉片通過(guò)頻率的激振力。四、振動(dòng)故障處理建議1）在處理大容量軸流風(fēng)機(jī)異常振動(dòng)時(shí)，除常規(guī)的故障頻率分析外，還應(yīng)分析振動(dòng)的變化特點(diǎn)，如振動(dòng)隨時(shí)間、負(fù)荷、開(kāi)度、環(huán)境溫度等的變