现场风机动平衡应用

罗小峰

（湖北大峪口化工有限责任公司，湖北荆门 431900）

1 设备基本信息

设备名称：悬臂式除尘风机；结构型式：直联，悬臂式叶轮，如图1 所示；主要参数：转速1490 r/min，转子叶片数12 片。

2 故障发现过程

2018 年3 月11 日，磷肥车间工艺反映DAP 车间C3851 风机振动较大，要求由状态监测人员进行专业故障诊断，确定故障部位和性质，以便指导下一步检修工作。该风机为2008 年改型后的风机，原风机为开式叶轮，经皮带减速后转速约为980 r/min。因认为原风机开式叶轮效率较低，遂将3 台同型号风机（分别为C3855/C3853/C3851）全部改型为目前的直联闭式叶轮风机。现场判断风机整体振动非常大，已严重超标。

图1 风机结构型式

3 数据分析和故障诊断

检测各点振动后发现，各点水平方向振动值严重超标，而且风机前轴承水平方向（H2 点）振动最大，后轴承（H1 点）次之，电机水平方向最小，但也明显超标。其中振动最大的H2 点振动速度有效值甚至达到63 mm/s，频谱上转速频率（1490 r/min）峰值占绝对优势，如图2。

图2 风机前轴承H 向振动速度谱

检测中还发现除各点水平方向外，垂直、轴向振动均较小，见表1。

表1 风机各测点振动测量值

垂直方向振动严重超标，是因为整个风机基础底部有6 块橡胶弹性地脚，垂直方向的支撑刚度相对较小。一旦整体产生振动，垂直方向也会产生强烈的响应。

测量振动较大的前后轴承加速度值，发现加速度值仍在正常范围内。根据现场经验，正常情况下的滚动轴承，其高频或低频加速度均应小于20 m/s2，所测得的加速度水平虽然还在正常范围内，但由于整体振动大，对轴承产生了一定影响，而其它两台风机的加速度均在4 m/s2以下。这说明C3851 风机前、后轴承虽然并未出现明显磨损，但已受到一定影响，需要尽快对风机振动超标问题进行处理，以防止出现更加严重的轴系损伤故障。同时测量了另外两台同型号的风机，其中C3853 振动完全正常，而C3855 风机最大点（H2 点）振动在23 mm/s，虽然超标但明显小于C3851 风机。虽然未测量风机各部位的振动相位，但基本可以认定，风机叶轮存在明显的动平衡不良，引发整个轴系振动超标。

4 现场动平衡校正过程

针对转子严重不平衡导致的振动超标现象，通知工艺车间尽快安排停车检修。可以在不影响整个系统运行的前提下，短时间对C3851 风机进行停车检修。若需要进行动平衡校正，加上清理结疤的时间，大约需要2～3 h。在等待停车检修的时间里，通知机修车间做好现场动平衡前的准备工作。其中，根据风机叶轮特点，准备了多块平衡块，最小的40 g，最大的约400 g，分别进行了称重和记录。

3 月23 日，工艺安排单独停下C3851 风机，进行相关检查和处理，同时通知了设备管理部检测人员，检测人员到现场时大约9:30。通过打开的人孔门发现风机叶轮上有大量结疤，最厚的部位约有80 mm 厚，且结疤组织松散，易于清理。安排清理结疤的同时仔细检查叶轮，未发现明显变形、断裂、松脱现象。最终，清理下来大量结疤约有1 kg 以上。

清理结疤后，在暴露的轴上贴一块反光条，用于动平衡时测量相位。试车发现振动有明显降低，但前轴承H 向振动仍有20 mm/s-peak，而垂直方向振动已明显改善。此台风机在刚投用时，振动就比其他两台风机大，据此认定该风机叶轮在出厂前的动平衡并不合格。由于此次停车已做好现场动平衡的一切准备工作，于是决定对该风机进行现场动平衡校正，以使其振动完全恢复正常。

选择振动最大的H2 测点进行动平衡测量，并参照反光条位置，将对应的叶轮按照叶片数量（12 片）等分为12 份，即每个叶片间隔30°，按照常规做法，角度排列与转速方向相反，测量数据见表2。

表2 动平衡过程相关数据

经过现场动平衡校正，风机于11:40 振动完全恢复正常。整个清理和动平衡过程仅用时130 min。

5 案例小结

这是一个典型的转子不平衡的故障诊断及校正案例。从这个实际案例中，可以总结出转子动平衡故障的几个典型特征：①靠近叶轮的风机前轴承振动最大；②各点振动频谱以转速一倍频占主导；③短期内前后轴承振动加速度会有所上升，但不至于超标；④轴承水平和垂直方向相位差接近90°（在本案例中并未测量验证）。

通过这起案例，也有一些教训值得总结：①在选择第一次添加试重时，要根据转子尺寸、质量、转速等特点选择试重质量，不可盲目随意选取。若所选平衡块过重，会有造成设备振动严重超标的危险；若所选过轻，对初始振动造不成有效影响，但会影响计算的准确度。不过无论是过轻还是过重，均会影响到下一步计算的准确度，降低动平衡校正的效率。本案例中，第一次试重质量选择稍大，虽然造成了比较大的振动，但幸好未对计算结果的准确性产生影响。②叶轮上出现如此严重的结疤，应仔细分析产生原因，并在今后的运行中予以避免。在清理过程中发现结疤比较松散，但量比较大，结疤中含有一定水分。说明介质在系统中带进了水分，应重点分析介质中水分的来源并予以避免。若是结疤难以避免，鉴于结疤比较松散，可以考虑增加压缩空气吹扫的方法，随时将结疤吹扫掉，减少不平衡的发生。这要待进行工艺介质分析后方可确定。