离心式风机叶轮与轴系统不平衡振动故障分析

2017-02-01寇佳迅

设备管理与维修 2017年8期

寇佳迅

（大庆炼化公司聚合物二厂，黑龙江大庆 163000）

0 前言

大庆炼化公司聚合物二厂共有离心式风机71台，分为输料风机、给风机、废气风机三大类。在使用过程中，经常发生风机叶轮与轴系统的不平衡的振动故障。针对聚合物二厂离心式风机的典型故障进行诊断与分析，提出可行性解决方案，在以后的工作中机械工程技术人员能够更好地使用风机，在风机出现运转故障的时候，能够及时分故障产生的原因，并根据故障产生的原因采取有效的措施进行维修，建设故障损失时率，提高风机的运转效率。

1 风机的结构特点及分类

除少数与电机直连的离心式风机，离心式风机主要由叶轮、涡壳、轴及轴承箱等零部件4部分组成。叶轮是离心式风机传递能量的主要部件，它由前盘、后盘、叶片及轮毂等组成。按照现在国际上通用的风机运转标准，风机的正常工作转速为600～120 00 r/min，在这一工作转速范围内轴承盖会产生很大的振动，振动的频率范围在10～1000 Hz，机器的振动强烈程度可以分为四个类，第一类的功率要求＜15 kW，这样的风机主要为固定的小机器；第二类功率15～75 kW，这类风机主要安装在功率＜250 kW的机器上；第三类为重型基础上的大型旋转风机；第四类主要应用于轻型基础上的旋转风机。在厂车间使用的风机种类复杂，涵盖上述4个种类，在风机的划分当中又把每个种类都分了4个品质级，以A，B，C，D表示，各种类振动强度范围见表1。

在上述A，B，C，D的4个品质级中，将A级定为优质，标准为振动烈度值在在良好值以下，将B级定为合格，标准是振动烈度值低于良好值，但高于报警值。将C级定位尚合格，标准是振动烈度值高于停机限值，但是低于报警值。将D级定为不合格，这个时候的振动烈度超过停机限值。

表1 不同振动烈度不同风机类型对应的品质等级

2 叶轮与轴系统的不平衡原因分析

在风机的运转过程中，由于振动原因产生的故障主要可分为叶轮与轴系统的不平衡、轴承问题、机械松动、联轴器不对中、机械磨擦等多种情况。多年的现场故障检测和维修经验证实，在风机产生故障的主要原因是振动超标，同时也可能伴随其它方面的原因，因此在风机的故障检测与维修过程中进行准确判断，查找病因，才能高效清除风机故障。随着科技的进步，故障检测方法也从传统的耳听手摸发展到应用测振仪测量振幅、振动速度、振动加速度，通过数据采集并对设备进行检查就可以使一部分常见的故障与非常见的机械故障区分开来。为此，重点讨论一下叶轮与轴系统产生不平的根本原因。

2.1 叶轮的磨损

聚合物二厂废气风机中含有氨气、粉尘等杂质，输料风机输送胶体颗粒，返料风机中含有干粉，生产工况的不理想导致了风机振动超标问题。原因就是在风机的运转过程中很多夹杂在空气中的大颗粒粉尘随着高速气体一起进入到风机中使风机的叶片受到损伤，随着时间的不断延长，就在风机叶片出口处就呈现出刀刃状，在这以磨损过程中，由于空气中夹杂的粉尘颗粒的大小和多少不尽相同，因此造成叶片的磨损也不规则，正是由于这种不规则的磨损才导致了叶轮的不平衡，甚至会使叶片脆性断裂。此外，输料风机中胶体颗粒温度较高且潮湿，长时间在这种条件下叶轮表面就会发生氧化反应生成氧化皮，这些氧化皮在外力或者振动大的情况下也会自然脱落，这样也会造成叶轮的不平衡。

2.2 叶轮的结垢

叶轮的结垢也是造成风机叶轮不平衡的一个原因。这是因为在当风机停止运转后风机中存留的氨气、粉尘颗粒以及输料风机中的胶体都会吸附在风机叶片的表面上，时间长了后就会在叶片表面结垢，当风机再次启动后这些叶片表面的垢就会滑落，使牙轮失去原有的平衡，这样也会导致整个风机出现振动。

3 解决叶轮不平衡的对策

3.1 解决叶轮磨损的方法

在风机进口处增设滤网和除尘器，清除空气中的固体颗粒和粉尘。提升风机叶轮耐磨损性能，在这一方面目前比较通用的做法是在风机叶轮表面增加一种特殊的耐磨材料，这种耐磨材料是一种惰性物质，具有抗高温、耐氧化性能高等有点，这样就会大大解决叶轮的不平衡问题。

3.2 解决叶轮结垢的方法

目前在生产维修中对叶轮结垢的去除方法主要有喷水除垢、高压气体除垢和气流连续吹扫除垢3种方法。

（1）喷水除垢方法是一种既方便，又实用的除垢方法。喷水系统装在风机的机壳上，由管道、3个喷嘴及排水孔组成。喷水除垢方法使用的水通常是盐水，喷水压力为0.4 MPa。这种方法虽然有很多优点，但是在进行喷水除垢的时候需要风机停止运行，并且在清除污垢的时候还需要很长的时间。

（2）高压气体除垢方法。这样除垢方法的结构和喷水方法的结构非常相似，这二者之间不同的地方主要体现在喷水所用的管道为普通管道，而高压气体所用的管道为高压管道，并且还需要配备专用的喷嘴和具有一定压力的高压压缩空气或者氮气的气源，压力在（0.8～1.5）MPa。这种除垢方法虽然结构上相对复杂，但是具有操作简单、除垢快速、不影响风机的正常使用等优点，在几十秒内就可以完成叶片的除垢工作，极大了解决了人工除垢效率费时费力的难题，提高了机组的运行效率。

（3）气流连续吹扫除垢系统不需要外部气源，利用风机本身的排气压力，将少量的气体(额定风量的1%～2%)从风机的内部引向专用喷嘴（期间经过滤网过滤），喷嘴位于叶轮的进口，将高速气体喷射到叶片的非工作表面，这种除垢方法具有连续性，可以将刚刚粘到叶片上的粉尘吹掉，防止粉尘沉积，无需停机除垢。该装置结构简单，防结垢效果明显，对风机改动量小，降低除垢成本。