浅谈直联式通风机的振动控制方法

2018-02-16毛海福

现代制造技术与装备 2018年6期

毛海福

（株洲联诚集团控股股份有限公司，株洲 412001）

叶轮与电机轴直接连接的直联式通风机（后均简称风机）较带传动和联轴器传动的结构紧凑，无传动能量损失，应用非常广泛，特别是变频调速技术成熟后。但是，由于这一结构，当风机出现振动故障后，处理起来非常棘手。因此，在风机制造和安装过程中，相关企业就需要采取措施，避免风机投入使用后出现振动等不良现象。本文就风机组装、部件加工、转子平衡、整体试验、风机安装与运行几道工序，列出了控制方法，并提出了振动控制的两条原则。

1 通风机组装

1.1 旋转部件的安装

1.1.1 采用立式安装

由于自重的原因，旋转部件最好采用立式安装，包括电机转子和风机叶轮。对于一些较大、较重的旋转部件，水平安装将变得异常困难，即便是完成安装，其对中情况和应力均布也难以取得较好的效果。

1.1.2 注意清洁度

根据《通风机转子平衡》（JB/T 9101-2014）中表2可知，平衡品质等级2.3mm/s，最高工作转速3000、1500、1000r/min的转子平衡允许质量偏心距分别为8μm、16μm、24μm，可见微小的变形或异物混入组装过程，将使平衡工作失去意义，特别是旋转部件的安装过程，如轴承与转轴、轴承与轴承室、叶轮与转轴的安装，常常见到的异物有0.05～0.40μm的车削毛刺、0.02～0.10mm的磨削毛刺、大于60μm的干膜油漆，这些都需要在制造过程中注意。

1.1.3 压装力量化

对于采用非传动端电机转轴端面定位压装叶轮的工艺，必须对压装力进行定量，以防止叶轮与轴伸过盈量太大，在叶轮压装过程中将转轴压弯。对于采圆锥面连接的叶轮，其端面与电机轴端面的轴向尺寸需定量化，以方便控制过盈量。

1.1.4 注意一些安装细节

在叶轮安装过程中，还需注意一些小细节，如键槽毛刺的清理，特别是毛刺量较大，会影响叶轮安装的对中情况。叶轮上的防水罩、防尘板，叶轮轴向定位用的挡板等零件对中情况在组装过程中也需要注意，要控制角度和偏心的误差在一定范围内，安装后可以检测径向跳动量，加工时也需考虑安装会带来的不平衡量并尽量避免新不平衡量的引入。

1.1.5 无损装配

叶轮安装工艺尤其关键，建议采用对轴承和转轴无损的装配技术。轴承与电机转轴、电机前（后）端盖的安装也需要注意，要考虑组装过程不要损伤轴承滚动体（或滚道）。

1.2 静止部件的安装

多个部件组装后形成的整体刚度不仅与连接处数有关，还与紧固的方法和紧固力有关。因此，为了使风机产品在运行时具有一致性（一些产品还要避开运行的共振动频率），风机静止部件的组装对振动影响也较大。笔者建议，从风机与基础的安装紧固开始，一直到转动部件的安装紧固过程，全过程进行规范的扭力紧固。

2 部件加工

叶轮安装后的对中是最影响风机振动问题的因素之一，在风机设计定型和叶轮平衡精度已得到保证的情况下，风机的振动问题几乎都与旋转部件的加工和叶轮安装过程相关。

2.1 叶轮轴孔、电机轴伸机加工精度

叶轮轴孔、电机轴伸的直径误差最终会影响两者的组装配合性质，因此对两者的尺寸精度均需进行控制。对于一些轮芯与后轮盘进行焊接的叶轮，必须控制焊接后的轴孔尺寸精度和圆柱度，不良的精度会对叶轮平衡和叶轮安装对中情况产生很大的影响。

2.2 电机转轴三档的同轴度

鼠笼形转子以其刚性好、耐用的特点，是交流电机的首先，但其制作过程需要严格控制加工精度和合理安排加工顺序，如两处轴承档的轴线是转动部件的旋转中线，需保证轴伸档与其的同轴度。虽然电机标准对电机成品出厂有径向圆跳动的规定，但在转子制作工艺上也需进行加强控制，以保证更小的跳动值。实际测量的结果表明，在工艺流程合理并严格执行的情况下，其跳动值较标准会低很多，如直径Φ38mm的轴伸，《Y2系列（IP54）三相异步电动机（技术条件•机座号63～355）》（JB/T 8680-2008）要求为0.05mm，但实物测量值一般小于0.02mm。

2.3 叶轮键槽和电机轴伸键槽加工精度

键槽宽度和对称度对圆锥形连接的对中情况影响非常大。在叶轮安装过程中，当叶轮与轴伸未贴合而由键“挂”在半空时，如果强行将叶轮压装，最后会导致叶轮的轴线与电机转轴的轴线未重合，风机运行时叶轮的转动是严重不平衡的，这会导致很大的振动。因此，必须控制叶轮和电机轴伸的键槽对称度和宽度，在对称度无法保证或准确测量时，需要考虑适当加宽键槽宽度，以补偿对称度误差。《平键键槽的剖面尺寸》（GB/T 1095-2003）在第4.5条说明：“轴槽及轮毂槽宽度对轴及轮毂轴心线的对称度，一般可按GB/T 1184-1996表B4中对称度公差7～9级选取。”《形状和位置公差未注公差值》（GB/T 1184-1996）表B4中7级和9级的差别是非常大的，对于圆锥面轴伸来说，公差等级宜选用7级公差。

2.4 其他零件的加工

叶轮上的防水罩、防尘板等旋转零部件必须控制重量，在重量无法控制时，必须考虑对中问题，如加工止口定位，而且止口的深度不要太浅，以免装配过程中未真正做到对中（歪斜）。

另外，叶轮轴向定位所用的挡板、圆螺母等，在安装过程中也会带来不平衡量。因此，加工时必须注意其配合面与轴线的同心度，特别是转子的不平衡响应较大时。

立式安装的轴流风机叶轮还需考虑雨水和灰尘的累积，当水、尘或其混合物在离心力作用下甩至轮毂某一角度停止不动时，会显著增加叶轮的不平衡量，导致风机振动增大很多。防水的问题可以在叶轮腹板上钻通孔来解决，使水在风机未运行或低速运行时从通孔中漏下。积灰的问题在多级风机制造时必须考虑，例如，合理设计流道以减少回流、增加防尘板等。

考虑到通用性，一些风机叶轮的轮芯与后轮盘是可拆卸的，从实际运行情况来看，这种结构的离心风机运行时的振动情况并不理想，轴流风机和斜流风机好一些。

3 转子平衡

3.1 叶轮平衡工装和设备

叶轮平衡芯轴的加工精度对叶轮的平衡质量影响非常大，为了保证叶轮平衡质量，人们必须做好以下控制：平衡芯轴必须是校正过的，其残余不平衡量对叶轮的影响已很少；平衡芯轴一些部位的跳动量在可控范围内，如支撑轴径、叶轮档、皮带轮档的径向跳动及两端面的轴向跳动；叶轮档的磨损量会严重影响到叶轮的平衡精度。

平衡设备是准确标定过的。设备需要标定，如量具上单位量值刻度线距离的设定，新制和长期使用的平衡设备必须在标定后才能保证叶轮平衡的精度。

3.2 叶轮平衡

一是叶轮平衡工艺需明确遵循的平衡准则与电机转子的键准则一致，我国采用半键准则，建议采用。另外，键槽深度、平键长度如果与叶轮平衡不一致，也会带来不平衡量的误差，最后影响风机的振动。二是叶轮平衡时所用平键是一项影响其效果的重要零件（影响对中），特别是叶轮或转轴的键槽对称度无法测定时，因此平衡工艺需要对这个影响因素进行处理，保证叶轮平衡的质量。三是叶轮与芯轴的安装非常重要，必须确保安装到位，至少需保证叶轮的平衡状态与后续的风机组装平衡状态基本一致。

四是对于带有防水罩、防尘板的叶轮，当防水罩（或防尘板）的重量对平衡质量有较大影响时，要与叶轮一起进行整体平衡，平衡前需做定位标记，以方便叶轮组装时防水罩（或防尘板）的角度定位。五是叶轮平衡的转速必须达到一定数值才能进行精准的残余不平衡量测量，转速的确定需根据平衡设备容量、风机额定转速、叶轮重量及分布情况进行确定。六是叶轮平衡时的环境也需注意，特别是对于一些小叶轮，风扇吹风也会引起平衡数据变化。

3.3 电机转子平衡

因电机转子是真正意义上的刚性转子，因此其平衡精度可以限定得较叶轮更严一些。电机转子平衡时没有使用平衡芯轴，因此其平衡精度较风机叶轮更精准，建议取平衡精度G2.5甚至更高。对于采购的电机，可以在技术协议上写明转子的平衡准则，特别是进口电机需注意，因为不同国家惯用的键准则是不相同的。

3.4 平衡与组装的关系

一般来说，在圆锥面加工质量得到保证的情况下，圆锥形轴伸的对中性较圆柱形轴伸的要好很多。从实际情况来看，圆锥形配合的风机振动较圆柱形的振动容易控制得多，这主要得益于圆锥面的可重复拆装和对中良好的特性。因此，第一条风机振动控制原则为：平衡过程必须考虑叶轮与平衡芯轴的安装情况，越接近叶轮与电机转轴的实际安装情况，风机振动就控制得越好。

4 风机试验与运行

4.1 风机试验

风机例行试验进行振动测量前，一般会设计一些试验台位，同一台风机安装在不同结构的台位上，其振动测量值是不一样的，有些风机其测量值会相差很远。笔者建议，试验台的设计要充分考虑客户的现场情况，尽量模拟现场的安装结构，需注意的因素有电机安装方式（卧式还是立式，立式的话是叶轮朝上还是电机朝上）、风阻情况、输送介质、电源质量等。

如果试验条件允许，对风机进行一次实地振动曲线测量，找出风机在现场的共振频率，以确保风机长久可靠运行，必要时进行一些改进，如调整风机安装后的共振动频率点。

4.2 风机安装

风机的安装同风机的制造一样，也需要在以下几方面进行控制：风机的安装基础要有足够的强度和重量，避免风机共振；风机的螺栓紧固要规范，对称、均匀进行扭力紧固；要避免风机网管影响到风机的运行，一方面，管网的重量尽量不要强作用在风机上，另一方面，要注意隔振，可采用软风道等进行连接，避免风机的振动与管网的振动相互窜动。

在安装风机的过程中，要注意避免异物掉进风机内部。由于风机效率的提高，风机内部一些不同压力空间是相互隔离的，在这些隔离区内，风机运行时这些异物会来回撞击产生很大的振动。风机在厂的试验情况越接近实际运行情况，越容易更早地解决后续的振动问题，这是第二条风机振动控制原则。