离心通风机振动超标的原因分析及解决措施

李林峰，刘 兵

（中国化学工程第七建设有限公司，四川成都 610100）

0 引言

在工业生产中，离心通风机的应用广泛，且在不同生产活动中功能也略有差异，例如：在矿井、隧道内，可以通风、排尘；在锅炉、炉窑中，可以通风、引风；在电气设备中，可以散热、冷却；在谷物加工中，可以选送、烘干。离心通风机在运行过程中，常见的故障是振动超标，不仅发生率高，而且故障原因难以判断，严重时会导致整个生产线停止。下面结合实践，探讨离心通风机振动超标的原因和解决方法。

1 离心通风机的构造和工作原理

离心通风机主要由以下四部分构成：①机壳，材料选用钢板，有整体式、半开式之分；②叶轮，包括前盘、后盘、叶片组成；③转子，通过静平衡和动平衡，实现稳定转动，保证良好性能；④传动部件，包括主轴、轴承箱、滚动轴承、联轴器等。在实际应用中，离心通风机的降温、降水效果好，通风时间短；缺点则是能耗高，容易出现结露现象；适用于以降水为目标的通风工作。

离心通风机的工作原理是将动能转化为势能，叶轮高速旋转时，气体加速和减速会产生压力。以单级离心风机为例，气体进入叶轮后，方向从轴向转变为径向；进入扩压器后，能改变气流方向。随着管道断面增大，气流速度减缓，就能转化为压力能。如果使用多级离心风机，回流器可促使气流进入下一个叶轮，形成更高的压力。

2 离心通风机振动超标的原因

2.1 机械原因。

（1）转子不平衡。转子零部件缺损或质量分布不均匀，就会导致转子不平衡现象。转子在高速运转时，产生的离心力、力矩较大，如果超过自身承受范围，就会造成振动。振动原因主要有：①设计制造因素，如转子结构设计不合理，导致应力集中、转子变形；在潮湿、雨雪天气的影响下，异物粘在叶轮上，也会改变转子质心；材料加工时，热处理不当可能出现弯曲、腐蚀、变形等问题，也会破坏转子的动平衡。②安装因素。转子是高速运转的部件，对零件的安装质量要求高，如果安装次序不对、安装不够严格，就可能导致结构失效，继而诱发振动问题。

（2）轴承异常。轴承部位引起的振动问题，主要原因有3 个：①安装不规范，导致轴承变形，或者固定件安装错误，导致轴承出现偏差；②轴承质量差，例如润滑不足，轴承发生损坏，或者有异物进入，导致滚珠变形磨损、金属面剥落等；③轴承箱松动，主要是固定座和基础的固定不牢，如连接螺栓断裂，不仅会引起振动现象，严重时可能导致轴承座报废。

（3）联轴器故障。联轴器分为刚性、挠性两种，离心通风机多采用刚性联轴器。如果电机和转子的中心不对称，就会造成振动现象。

（4）机架松动。因地基松动、螺栓松动、焊接部位开裂，导致机架松动，通风机在高速运转时，就会产生剧烈的振动。

2.2 气流原因

（1）旋转失速。气流和叶片扩压器之间形成正冲角，随着正冲角增大，气流离开叶片导致边界层分离；当正冲角达到临界值，叶片凹面的涡流区扩大，就会产生旋转脱离现象，叶轮前后出现压力差，继而引起振动。

（2）气流喘振。通风机的系统容量大，当流量减少，工况点就会向左移动。如果工况点移动至不稳定区域，就会引起振动，伴有喘气声、呼噜声。

2.3 电磁原因

电机作为驱动元件，通电运行时转子在电磁感应下，会出现不规律的变化，此时输出功能改变，就会导致通风机振动。

3 针对离心通风机振动问题的解决方法

3.1 机械原因的处理

（1）转子问题。企业应在生产空闲时间检查转子的外观、性能，查看是否有转子变形、叶轮积灰等问题。如果转子变形弯曲，可以使用振动测量仪器进行确诊，不仅能缩短检修时间，还能节约人力成本。

（2）轴承问题。因轴承问题引起的振动，应该及时停机检查更换。轴承出现问题后，典型的表现是轴承部位异常发热。处理时，选择质量合格的轴承，使用优质润滑油；同时要观察轴承座的固定是否牢靠，如果出现松动，及时对紧固件拧紧，或对损坏的紧固件更换。

（3）联轴器问题。在动力装置、执行装置之间，联轴器是两者的介质，联轴器出现问题后，电机底部的螺栓松动，或电机的电流增大，使用振动测量仪器就能确诊。

（4）机架问题。离心通风机运转时，要注意观察连接部位是否紧固，检查焊接部位有无裂缝，对破损的螺栓进行更换。机架由多个元件组成，随着使用寿命延长，问题故障发生率也会提高，只有提高保养维修力度，才能避免故障发生，减少带来的损失。

3.2 气流原因的处理

（1）旋转失速。旋转失速的发生，可能是叶轮上出现一个气体脱离团，也可能出现几个脱离团；脱离团可能发生在一级叶轮上，也可能发生在几级叶轮上。一般情况下，存在2 个及以上气体脱离团。实际生产中，发生旋转失速的角频率·ω。其中，N 为气体脱离团的数量，Q0p为实际工作流量，Q0为设计流量，ω 为转子角频率。旋转失速是客观存在的，但并不是出现旋转失速，就会引起振动问题；而是当旋转失速频率、机组固有频率耦合时，才会出现振动。对转子角频率进行监测，调整旋转失速的频率，就能预防振动现象发生。

（2）气流喘振。通风机运行时，以入口流量—出口压力曲线为准，转速一定时，某个流量值对应着效率最高点。流量大于、小于这一数值，效率均会降低。结合实际生产，气流喘振的频率、振幅与管网容积有关，随着管网容积增大，喘振频率降低、振幅扩大。对于这种问题，应加强参数调控，使通风机在稳定工况区域内运行，这样既能提高运行效率，又能避免振动产生。

3.3 电磁原因的处理

针对电磁原因引起的振动，主要是解决电机的气隙偏心问题。以大容量同步电机为例，需调整定子的地脚螺栓，确保定子和转子之间的气隙处于最佳数值。如果设备大修，应在修后使用塞尺测量上下左右的气隙，调整到最佳位置，从而避免电磁振动发生。

4 实例分析

以某加工企业为例，使用离心通风机供风制氧，技术参数主要是：流量为75 550 m3/min，转速为1120 r/min，全压是2170 Pa，功率为65 kW，配套使用的电机功率是75 kW。该通风机使用期间，各方面性能良好，但随着使用时间延长，轴承座突然出现振动问题，振动速度达到8.7 mm/s，超过规范标准的7.1 mm/s。为了明确振动原因，使用振动数据采集器采集轴承端的振动波形和频谱，并采取有效的处理措施。

4.1 布置测点

振动数据采集器的型号是BVM-100-2D，布置测点时，电机、液力耦合器、离心通风机的两端，各设置2 个测点（图1）。

图1 振动数据采集器的测点布置

4.2 启停检测

在1#测点安装振动数据采集器，如果是电磁原因引起的振动，电机启动后，振动值会明显增大；停机后则会快速降低为0，且频谱中不会出现电源频率。本次检测中，电机启动后，随着通风机转速增大，振动值也同步增大；通风机转速减小，振动值也减小。因此，可以排除电磁原因引起的振动。

4.3 频谱检测

（1）平衡前的检测。风机正常运行时，当转速达到1120 r/min，使用振动数据采集器检测振动数据，发现6#测点的轴承H 方向上，振动加速度、速度、位移数据均超过正常范围，其中加速度为13.85 m/s2，速度为8.8 mm/s，位移为188 μm。分析该部位的振动波形、频谱变化（图2）。

分析可知：①振动波形和正弦曲线类似，振动相位稳定；②随着风机转速变化，振动大小也相应变化；③振动能量集中在18 Hz 左右，此时峰值突出；④高次谐波的分量小。综合以上数据，得出结论是转子不平衡引起的振动。

（2）动平衡校验。为了保证生产安全性，检修人员必须开展动平衡校验工作，解除通风机振动问题。具体步骤包括：

第一步，选择测点。风机启动后，在轴承座H 方向上选取一点，该处的振动值变化，能准确反映出不平衡量，标记为测试点M。使用振动数据采集器，测量得到振幅为190 μm，风门开度为40%，然后停机。

第二步，分析采集数据，结合叶轮的直径、配重块经验值，最终得到加重块的质量是180 g。

图2 轴承振动波形和振动频谱

第三步，从检查门入手，清理叶轮上的灰尘，将叶轮前盘3 等分，分别记为A、B、C。将加重块分别焊接在3 个点，并测定M 点的振幅，结果得到MA 为202 μm，MB 为256 μm，MC 为228 μm。

第四步，绘图。以叶轮前盘中心点为圆心，半径为190 μm 画圆，对圆进行3 等分，分别记为点A、点B、点C。以A、B、C 为圆心，半径为202 μm、256 μm、228 μm 画弧，3 个弧线的相交点记为点E、点F、点G。找到EFG 的型心，标记为D 点，连接OD 并延长，和圆O 相交于H 点。H 点即配重点，测量得到长度为32 μm。

第五步，计算配重质量。根据以上数据，计算得到配重质量是：180×190÷（2×32）=534.4 g。

第六步，在叶轮前盘找到H 点，去除焊块本身的质量50 g，选择484.4 g 的配重块并焊接，完成后关闭检测门。

（3）平衡后的检测。动平衡校验完成后，再次启动风机，当转速达到1120 r/min 时，用振动数据采集器检测6#轴承H 方向的振动加速度、速度、位移。结果显示，振动加速度是5.1 m/s2，速度为2.3 mm/s，位移为48.7 μm，均处于正常范围内。本次振动超标问题解除，通风机恢复正常运转。

5 结束语

综上所述，离心通风机能将动能转化为势能，在工业生产领域应用广泛。针对振动超标问题，常见原因有机械因素、气流因素、电磁因素。文中介绍了具体的解决方法，结合实际案例，指出现场检测和动平衡校验的要点，希望为实际生产提供借鉴，提高离心通风机的运行安全性。