转炉煤气离心风机转子动平衡修复技术要点

王国君，肖任情

（湖南华菱涟源钢铁有限公司能源总厂，湖南娄底 417009）

前言

离心风机作为一种高效、节能的气体输送设备，广泛应用于钢铁企业煤气的加压和输送。转炉炼钢生产过程中的副产品煤气，含有一定量的粉尘，通过电除尘系统处理后进入转炉煤气离心风机的煤气仍残留部分粉尘、冷凝水等酸性腐蚀介质，此时的粉尘颗粒小、成分复杂、不均匀堆积、腐蚀性强，且粉尘与风机转子黏结强度高，易形成硬度较大的块状、絮状物，导致转子动不平衡量过大，再加之电化学腐蚀、冲击腐蚀和应力腐蚀严重，导致离心风机振动经常偏高［1］。由振动带来的一系列设备问题，如转子变形、转子轴弯曲、转子轴磨损、风机地脚螺栓松动等，又会进一步增加动不平衡量，形成恶性循环，严重时能造成破坏性事故。

涟钢转炉煤气加压站用于一炼轧转炉煤气的回收加压，选用3 台煤气离心风机，2 个备用转子。由于一炼轧至转炉加压站的管道距离较短，粉尘较多，运行期间长则月余短则一周，转子就会出现积灰腐蚀、振动超标的现象。振动主要体现在离心风机轴承座轴向振动和径向振动，其中轴向振动明显异常，静不平衡和力偶不平衡同时存在，需要进行平衡修正。通过平衡校正的工艺修复措施可改变转子的质量分布，使各质心的离心惯性力相互平衡，将风机振动控制在允许的范围内。

振动超标时需对加压机进行检修，更换备用转子，同步下线转子，由专业动平衡修复厂家对转子进行动平衡修复。由于修复需要24 h 内返厂，时间紧、难度大，且年度总修复数量也较多，因此，明确转子动平衡修复技术要点，可避免出现线下转子动平衡数据合格，而上线后振动超标的“假动平衡”现象，或者转子反复校正调试，动不平衡量依然不合格等情况。

1 转子简介

离心风机额定工作转速2 970 r∕min，风机传动方式为D 型联轴器连接，传动方式示意图见图1，运行方式为变频调速。该转子采用单级悬臂式结构，转子的结构和基本尺寸见图2，轴瓦形式为剖开式椭圆滑动轴承，转子总重M为690 kg，叶轮重490 kg，叶轮材质为Q460，叶轮直径D为1 220 mm，叶轮宽b为110 mm，轴承跨距为820 mm，转子总长L为1 640 mm。

图1 风机传动方式（D型联轴器连接）

图2 转子的结构和基本尺寸

2 动平衡修复前注意事项

转子下线前，需对离心风机轴承振动进行分析判断，排除联轴器对中偏差大、地脚螺栓松动等原因，确认振动的主要原因是由于转子的动平衡被破坏造成的。

转子转运过程应做好固定措施和遮雨、防潮、防锈措施，储存地点应干燥通风，转子储存离地有一定高度，转运、储存过程中需避免主轴弯曲变形。

转子动平衡修复前首先用高压水枪、角磨机等设备清理转子附着的粉尘、锈蚀等杂物，严禁用火焰切割设备对转子进行清理。清理后对转子主轴径向圆跳动进行测量，径向圆跳动应≤0.02 mm，以防止主轴弯曲变形，校正后出现假动平衡现象。检查传动轴各轴瓦及支承位置是否存在磨损，叶轮、联轴器是否松动。同时再对叶轮叶片进行仔细检查，对可能出现的轻微裂纹进行补焊，若有较长裂纹或裂纹数量较多，则转子只能报废处置。

3 动平衡修复技术要点

3.1 平衡面的选择

动平衡的修复校正是在垂直于主轴中心线的平面上进行，此平面称为校正平面。通常情况下，带有外伸端的悬臂转子，转子轮盘的质量约占整个转子质量的1∕2。由于轴段回转体具有均匀对称的特点，一般情况下轴的不平衡量相对于轮盘带叶片的不平衡量要小得多，因此，轴不平衡量可以忽略不计，主要不平衡量集中在轮盘转动平面上，平衡校正面宜选在外伸端的轮盘左右两个平衡面上［2］（即图2所示的左校正平面和右校正平面）。这样做一方面是便于对转子添加或去除重量，另一方面也能最大程度增加校正半径，减少校正配重。

3.2 校正质量

叶轮前盘厚度为8 mm，后盘厚度为12 mm，如去重较多则会对叶轮强度有影响，因此，仅当叶轮需要的校正质量很少时，才允许在不平衡的偏重方向上避开焊缝位置用砂轮或角磨机磨削，减少配重量，且被磨削表面不得出现局部退火现象，磨削面与叶轮原始面光滑过渡，不得出现凸棱、毛刺。磨削深度不得使轮盘厚度小于原厚度的75%，并可以适当扩大打磨区域。当叶轮前盘厚度≤6 mm，后盘厚度≤9 mm时，则不再允许对轮盘进行打磨去重。

正常进行动平衡修复校正时，通常使用的方式为焊接平衡块校正。配重块的材质应与被焊母材相同，即使用低合金Q460 钢板，且厚度不得大于被焊母材的厚度，即左校正面配重块厚度＜8 mm，右校正面配重块厚度＜12 mm。在叶轮轮盘外侧上，配重块四周应进行满焊施工，对棱角进行倒角或圆角处理，外形应整洁，焊缝不得出现裂纹，不得有焊渣。在同一校正平面上，配重块的数量不得超过4块，不得采用其他随附物进行补偿。当配重块的数量超过4 块时，必须割除原有配重块，然后重新开始校正。配重块数量越少，越能减少运行时粉尘积附，有利于转子的长效运行。

3.3 校正方式

参考《机械振动 恒态（刚性）转子平衡品质要求第 1 部分：规范与平衡允差的检验》（GB∕T 9239.1—2006），如果盘状转子的支撑间距足够大且旋转时盘状部位的轴向跳动很小，即可以忽略偶不平衡（动平衡），进行单面（静）平衡校正。同时《石油、石化和天然气工业用离心泵》（API STD 610—2021）中对高速泵旋转零部件动平衡的要求是当被平衡零部件的外径与其宽度的比值为6 或更大时，允许只在一个平面上做动平衡。对于上线运行时间较短的新转子，由于叶轮只发生了轻微的腐蚀，转子也没有发生挠曲变形，转子的不平衡量很小。转子直径D与两校正面的距离b之比，D∕b=11.09，比值＞6，因此，此类转子可归于盘类转子，可对叶轮积灰进行清理后，在一个平面上做动平衡，即静平衡校正。

为了提高整个转子的平衡精度，在叶轮安装之前对轴、叶轮应单独进行一次平衡校正。把轴和叶轮作为单独的刚性轴和单级叶轮，分别采用刚性转子的平衡技术进行动平衡校正，避免把轴的不平衡量引入到转子叶轮中来。各部件的不平衡度均应小于转子总成的不平衡度，新采购回来的转子，转子总成的各部件在上线前已经进行了分别动平衡及整体平衡，转子上线后重新动平衡修复可以不拆卸叶轮、轴、半联轴器，进行整体动平衡校正。

若转子更换或拆卸过叶轮、联轴器或其他较大零部件，后未进行过动平衡校正，动平衡校正前应当提前告知动平衡修复单位。

3.4 动平衡的精度等级选择

《机械振动 恒态（刚性）转子平衡品质要求第 1部分：规范与平衡允差的检验》（GB∕T 9239.1—2006）规定了各类设备的平衡精度等级，其中离心风机类设备平衡精度等级应不低于G 6.3。

风机转子出厂动平衡精度等级达到了G 1.0，残余不平衡量在1 g 左右，综合考虑平衡精度要求、经济性及实际情况，动平衡修复校正最终选择精度等级为G 2.5。

3.5 动平衡转速的选择

转子平衡校正时转速的选择要合理，如果转速过高，则平衡机的启动功率、操作时间、润滑保养均要比低速时要求高。如果低速平衡能满足转子的使用和技术要求，则不建议选用高速平衡。在保证精度的前提下，尽可能在低速做平衡校正，能延长平衡机的使用寿命。但如果设备的传感器灵敏度较低，为了放大离心力产生的不平衡信号，则需要适当提高转子的转速，从而得到更加精确的数据［3］。

3.6 允许不平衡质量的计算

允许不平衡质量的计算公式为：

式中：Mper—允许不平衡质量，g；

M—转子的质量，kg；

G—转子的平衡精度等级，mm∕s；

r—转子的校正半径，mm；

n—离心风机的额定转速，r∕min。

因转子是双面校正动平衡，故分配到每个校正面的允许不平衡质量为4.55 g。若做单面静平衡，则Mper值就是该转子的允许不平衡质量。

4 动平衡修复注意事项

（1）转子平衡精度等级、风机额定转速、转子校正半径、叶轮材质等参数需再次确定，并对转子自身质量进行称量，对转子允许不平衡质量进行计算。

（2）平衡前，校验员须检查动平衡机基础是否牢固、平稳，且读数灵敏，并检查转子上的联轴器、键、叶轮扣紧螺母等零件是否固定牢靠，用百分表校准主轴、叶轮、联轴器的跳动是否在合理的范围内。

（3）启动动平衡机前应确保叶轮周边安全，旋转方向无作业人员，防止转子旋转后，灰尘、铁锈等杂物飞出伤人。

（4）试重质量大小要合适，配重块尽量加在原始不平衡的反方向，既要引起一定的振动变化，又不能引起过大的振动变化。

（5）启动动平衡机，应缓慢加速至平衡转速。通过试加配重，平衡机自动算出转子初始不平衡量及相应的相位坐标，记录该数值和坐标，并在叶轮相应位置处用记号笔标记出来。重复操作2 次，观察数据是否稳定。根据试验得出的数据，确定轴的各部件连接紧密，无窜动发生，数据基本无变化，取第一次的数值即可。

（6）如校验员怀疑平衡机测量数据的准确性，可以更换其他试加配重质量或调整配重相位角度，重复校验。

5 结束语

通过对转子进行静、动平衡的修复校正，可减小转炉煤气离心风机的振动，提高风机工作的稳定性及可靠性。明确风机转子动平衡修复的注意事项和技术要求及要点，可为钢铁企业技术人员和动平衡修复人员提供指导，使其快速、准确地完成转子动平衡修复，提高平衡精度，减少动平衡修复和离心风机的检修工作量，延长转炉煤气风机检修周期，降低转炉煤气的拒收率，为企业的正常生产和能源利用保驾护航。