多级鼓风机运行中的振动原因分析

马学营

摘 要：曝气鼓风机，主要作用是在鼓风机的出口接管道至曝气池，为活性污泥微生物提供所需的溶解氧，以保障微生物代谢过程中的需氧量。风机因机体振动超标、检修电机等问题频繁检修，不仅加大了检修工作量，增加了检修费用，也对生产的正常运行带来了极大的隐患。本文简要分析总结了中国石化集团公司催化剂有限公司齐鲁分公司供排水车间生化岗位离心式多级曝气鼓风机轴承振动超标、维修频繁的原因分析及处理措施，以更好的促进生产。

关键词：多级；振动；原因分析；预偏

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.007

1 前言

齐鲁分公司供排水车间生化岗位的关键设备——曝气鼓风机，主要作用是在鼓风机的出口接管道至曝气池，为活性污泥微生物提供所需的溶解氧，以保障微生物代谢过程中的需氧量。鼓风机类型是“华鼓”C-110.7多级离心鼓风机，于2012年6月22日在公司生化装置投入使用，共有3台。投入运行的前两年，风机因机体振动超标、检修电机等问题频繁检修，先后共检修12次，不仅加大了检修工作量，增加了检修费用，也对生产的正常运行带来了极大的隐患。为此，我们机修车间检修人员对风机的运行及检修状况进行了细致的跟踪分析，并积极与生产车间技术人员及操作人员进行探讨，对机体振动原因仔细查找并在设备运行操作及检修中进行处理。现在，设备的机体振动超标、电机检修频繁等状况已消除，运行状况良好，在2015年仅在2月份检修过一次。为此，本文对设备的振动超标原因进行分析总结，以更好的促进生产。

2 “华鼓”C-110.7多级离心鼓风机简介

“华鼓”C-110.7多级离心鼓风机系上海华鼓鼓风机有限公司生产，其特点是多级、单吸入、双支撑结构，电动机和鼓风机安装在同一底座上，除了连接动力的主轴外，无其他的外部转动部件，是把原动机械能转变为气体压力能的一种旋转叶片机械（见图1）。其原理是当气体通过进气室均匀地进入叶轮后，在旋转的叶片中受离心力作用以及扩压段的扩压作用下，使其大部分机械能转变成气体压力能，如此气体经过几级连续压缩，获得所需要的压力。

3 风机振动原因分析

风机自投入运行一年半以来一直运行比较正常，用振动检测仪测量两轴承箱体的水平和垂直两处检测点，其径向及轴向振动值均在2.7～3.5mm/s之间.。但自2014年3月份以来，检修比较频繁，使检修工作量剧增，如下表1所示：

由表1检修数据可以看出，风机在运行到一年半的时间后开始了频繁的检修。尤其是更换排气端轴承，最短的间隔周期只有9天。更换轴承的原因是轴承座处振速超标。鼓风机厂家要求的振动测量标准是每个轴承座在水平、垂直方向的径向、轴向的振速值都要≤6.3mm/s，因此在轴承振速超标后我们就进行更换。但是我们更换的振速超标轴承大多数情况下看不出有损坏的地方，轴承振速超标应该不是轴承损坏，而是有别的原因，我们对其进行了跟踪分析处理：

3.1 联轴器对中不良，同轴度超差容易引起风机振动

通常，我们使用的单级离心式风机，采用弹性圆柱销联轴器传动时同轴度径向偏差应≤0.08mm，轴向偏差应≤0.06mm。而这三台曝气鼓风机为多级离心式风机，气体经过几级连续压缩后导致风机排气端温度超过室温，产生热膨胀。厂家要求风机正常运行中，温度升高至稳定状态后同轴度偏差应≤0.05mm。因此对多级风机冷态找正时需计算温升补偿量，然后对轴系进行正确的预偏，以保证风机运行后热态时的同轴度。

我们检修人员在风机刚开始运行的一年半多的时间里，风机及电机检修后都用设备原来的垫片厚度，找正后风机运行良好。但之后由于频繁检修我们怀疑是对轴系的预偏误差较大，于是对风机的热膨胀量进行了重新计算调整并找正。过程如下：

3.1.1 测量计算热偏移的数据（参考图1）

A=轴的中心线到风机底座的的高度为720mm；

B=风机两个螺栓之间的距离820㎜；

C=风机驱动端地脚螺栓孔到电机驱动端地脚螺栓孔之间的距离840㎜；

D=电机两地脚螺栓孔之间的距离510㎜；

COE=铸铁的热膨胀系数为0.000006”/℃

T（△t）=进气机壳与排气机壳之间的温度变化约为60℃（由测温仪测量）。

3.1.2 计算补偿量并找正（参考图2）

E=出口端温度上升引起的热膨胀量

=A×（△t）×0.000006=720 ×60 ×0.000006=0.26mm

F=电机前底脚补偿值

=（C/B）×E=（840/820） ×0.26=0.27mm（负值）

G= 电机后底脚补偿值

=﹝（C+D）/B﹞×E=（840+510）/820×0.26=0.43mm（负值）

注：（1）驱动端在进气口一侧时，进行冷机补偿必须使用使电机轴线比风机轴线低一些；

（2）风机冷态时轴线位置为“0”，F，G的标准控制在十几分之几毫米以内。

根据此计算数据我们又进行了找正，之后设备轴承还是振速较高。于是我们与生产厂家进行了联系，对找正问题进行了探讨。

3.1.3 按厂家所给经验数据进行找正

据风机厂家的技术人员介绍经验：冷机补偿时联轴器径向偏差和轴向偏差都约为0.10mm，如图3所示，即：e=0.10mm，S=0.10mm。

由经验值e=0.10mm，S=0.10mm可推出G、F的数值：

测量L1为310mm——支点A到联轴器测量平面间的距离，mm；（如圖4所示）

测量L2为820mm——支点B到联轴器测量平面间的距离，mm；

测量d为240mm ——联轴器的计算直径（百分表测量头回转直径），mm。

根据找正计算公式可得：

F=L1×s/d+e

=310×（-0.10）/240+（-0.10） =（-0.13）+（-0.10） =-0.23mm

G=L2×s/d+e

=820×（-0.10）/240+（-0.10） =（-0.34）+（-0.10） =-0.44mm

由此可见，此值与先前计算的补偿量相差极小，但我们还是对风机进行了重新找正。找正后轴承振速与先前相近，还是较高。为此，我们重新想办法。

3.1.4 热态找正

我们在对风机及电机冷态找正后，又增加了一道程序，让设备运转起来，等一切温度正常后再次找正，即热态找正。其中2014年7月22日对1号风机热态找正数据达到了径向偏差为0.005mm，轴向偏差为0.01mm，已经接近理想数值，但轴承还是使用时间不长后就振动超标了。

因此我们判断联轴器对中不良不是引起振动的主要原因。

3.2 曝气部分阻力过大，使风机运行工况点接近了“喘振区”

事实证明，这是风机振速超标的主要原因。因为在2014年9月中旬生物池清理污泥后，风机的轴承振速降了下来，只有1.5mm/s左右。

3.2.1 “喘振”现象简介

具有驼峰型特性的风机在运行过程中，当负荷减小，负载流量下降到某一定值时，出现工作不稳定现象。这时流量忽多忽少，一会儿向负载排气，一会儿又从负载吸气，发出如同哮喘病人“喘气”的噪声，同时伴随着强烈振动，这种现象称之为喘振。

3.2.2 “喘振”产生的原因分析

“喘振”的产生有内因及外因两方面的因素，内因是风机本身由于流量很小时，气流进入叶片的方向角βl与叶片安装角βlA差值变大，即冲角i=β1A-βl增加，引起叶道中严重的气流脱离，损失增加，风机的效率很快下降，甚至无法向管网中输气。外因是管网系统的，若管网阻力系数很大（即性能曲线比较陡），管网性能曲线很容易与风机性能曲线的左下部相交，而产生喘振。

图5给出了具有驼峰型特性的离心风机的特性曲线。

图中，曲线1是离心风机在某一转速下的特性曲线，代表出口绝压P2与入口绝压P1之比与风机流量之间的关系，是一个驼峰曲线，驼峰点M处的流量为Qm。曲线2是管路特性曲线，正常工作点为A。可以看出，在驼峰点右侧，工作时稳定的。因为任何偶然因素造成的工作点波动（例如流量增加），对于风机特性曲线1而言，压力会减小，而对于管路特性曲线2而言，压力会增加，这两个相互矛盾的结果最终会使工作点返回到原来的位置，在驼峰点M的左侧，这种情况正好相反，任何偶然因素造成的工作点波动将使沿风机特性曲线1上的压力变化趋势与沿管路特性曲线2上的压力变化趋势具有完全的一致性，其结果加剧了工作点的偏移，使之不能返回到原来的工作点上，风机的工作出现不稳定情况。

因此，驼峰点M右侧的区域为稳定工作区域，驼峰点M左侧的区域为不稳定工作区域。管网阻力增加会使处于驼峰右侧的工作点向驼峰点靠近，工作点越靠近驼峰点M，越会出现工作不稳定的可能性。

3.2.3 处理措施及效果

（1）降低生物池的污泥浓度。因为鼓风机的负荷越大，发生喘振的几率越大。在公司安排对生物池污泥进行了清理后，振动恢复正常值，就验证了这点。因此，我们认为，在满足工艺基本要求的情况下，尽量降低生物池的污泥浓度，减少耗氧量，以使鼓风机的工作负荷降低，离开喘振区域及工作不稳定区域。

（2）保证整个管路的通畅，经常对进口风道过滤网、曝气头进行了检查，以避免堵塞，降低整个管路的阻力。

采取以上两种措施进行处理后，三台设备的振速都降了下来，在1.5mm/s～2.0mm/s，比设备刚开车运行时还小，噪声也明显减小。

4 结束语

经过半年多的频繁检修及原因分析、处理，几台曝气风机终于能安稳运行。现在单台风机的运转周期已由最短的9天时间延长到8个月（具體运转周期还需进一步继续观察），操作人员和检修人员的工作量都大大降低，同时也大幅降低了检修费用，确保了生化装置的平稳运行。