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离心风机的用户和制造离心风机的厂家关注的首要问题就是离心风机的振动问题。离心风机振动过大或过小都会对离心风机的零部件造成损伤。当离心风机的振动超标时, 振动速度过大会使离心风机的轴承温度急剧上升, 并且还会加快零部件的磨损程度, 当离心风机的振动幅度严重超标时, 会使某些重要零部件遭到不可挽回的损伤, 轴承箱体可能开裂, 甚至还会导致叶轮开裂和解体。为了应对离心风机振动超标情况, 减少离心风机的振动, 从而达到平衡, 首先就要进行整机动平衡, 这主要是因为风机振动周期性干扰力会导致风机振动的产生。
1 风机所受的主要干扰力
1.1 偏心干扰力
偏心干扰力的产生主要是由于工作人员在制作离心风机过程中, 由于材料选取错误或者由于制造人员的操作失误等原因, 导致叶轮的质心不在叶轮的圆心上, 从而产生了一个偏移量, 而叶轮在运转过程中, 也就产生了一个离心力, 称为偏心干扰力。在此, 可以假设叶轮转子的质量为m, 角速度为ω, 则偏心干扰力为F=meω。而ω=nπ/30。
例如, m=5000kg;
则F=5 0 0 0×0.0 2×1 0-3× ([9 8 0×π) /30]2≈1053.2N。
从这个公式得出, 离心干扰力F为1053.2N, 可以说离心干扰力还是较大的。
叶轮在平衡床上起到配重作用时, 主要功能是将叶轮的重心做一个有效的调整, 这样就能使整体的重心大部分保证在轴上。但是这种情况有以下三个缺点:第一, 平衡床的转速非常小, 仅仅只有几百转, 和实际情况非常不符。第二, 叶轮在平衡床中产生的平衡重量很容易受到空气阻力的影响, 如果这个配重是在真空的条件下制造的, 叶轮的偏移重心能做到更小。第三, 不同的动态平衡的方法能使得动态平衡有所不同。比如说, 由f型变速器制造而成的平衡床, 其风扇可以用d型变速器。所以说, 叶轮的重心不能刚好是叶轮的几何中心。
1.2 空气动力干扰力
人工操作不合理也会造成误差, 所使用的制作材料如果质量不好也会造成一定的干扰, 离心风扇在进行工作的时候, 空气流对每个叶片的不同部分的作用力不相同, 所以, 总的合力不能是零。这样就产生了非常大的干扰力, 主要会引起以下几种干扰力。
(1) 叶片差异引起的干扰力。叶轮在实际制造的过程中会有一定的误差出现, 比如说, 每个叶片的角度和方向以及各个零件之间的空隙都会造成一定的误差, 这些误差的存在导致每个叶片上的反作用力的和不为零, 从而加大空气动力对机器的干扰力。
(2) 轮盘和轮盖的晃动干扰。机器轮盘和轮盖在实际工作的时候产生的跳动力应该控制在一定的范围内, 这样就能大大减少机器在使用过程中的晃动。轮盘和轮盖在工作的时候会产生一定的振动力, 并且这个振动力是有一定周期性的, 空气的传播对其也有一定的影响。
(3) 反馈气流的扰动力。机器上的风扇叶轮和进气口之间存在一些空隙, 一些气流通过这些空隙能返回到机器中, 这就是平时我们常说的反馈气流。反馈气流的稳定性对风扇的振动有很大的影响, 所以, 在进行安装的时候应该保证叶轮和进气口之间的间隙是均匀的, 且有一定的重叠性, 以便最小化和稳定反馈气流, 并减少风扇的振动。一般来说, 反馈气流越小, 风扇效率越高, 而风扇效率则越低。
(4) 机壳内压力分布差异。在叶轮进行工作的时候, 输送到各个地方的空气的总量是完全一样的, 但是外部的壳状物体对其有一定的限制, 空气只能在一个方向上移动。机器的各个部分的气压不相同, 所以, 风扇在稳定运行的时候, 风扇内部的气压分布也是非常稳定的, 此时对风扇的干扰性很小。但是, 随着操作方式的不断改变, 如风门的速度不断变化, 风扇中的压力分布情况也会因此而改变, 振动也就随之发生变化。这是改变机器振动情况的主要原因之一, 这种干扰情况主要是在实际操作中产生的。
1.3 偏心干扰力和气动干扰力的影响
叶轮在平衡床上转动的时候是有一定的转速的, 每个叶轮都必须符合标准, 所以, 要保证空气的偏心干扰和气动干扰都符合相关要求。但是, 在实际工作的时候, 这两种干扰力并不能很好地被把控, 相关工作人员也不能很好地掌握这两种干扰力的大小和方向。当风扇以一个较高的转速进行工作的时候, 这两种干扰力也会大大增加。如果两个力之间的夹角不大于120°或小于240°, 则合力大于两个分量, 因此安装叶轮时振动非常大。如果两个力之间的夹角大于120度且小于240度, 则合力小于两个分力, 因此叶轮安装机的振动会更小。因此, 如果振动很大, 整个机器必须平衡。通过这种方式, 我们可以知道叶轮已经在平衡床上进行了动态平衡, 并且每个叶轮都达到了标准。要平衡整个机器, 我们可以分析, 是因为叶轮安装后, 有些振动很大, 要平衡重量;一些叶轮和外壳移动到一定程度, 振动会更好。对于大型风扇来说, 最好的方法是实现叶轮超速动平衡。
2 材料刚性对振动的影响
风机如果长时间在高强度的振动条件下运行会导致材料的刚度大大降低, 从而导致整台机器出现故障。如果风机的振动幅度太大, 再加上机器的底座性能不好, 就会使得轴承容易裂开。在风机实际工作的时候, 可能会遇到以下情况:风机的转速慢慢增大, 在合适的转速下, 振动并没有很大的影响。但是如果转速超过一定范围的时候, 振动会突然变大, 造成这种现象的主要原因是风扇材料突然变形。随着风扇转速的不断增加, 其离心力也不断增加。当离心机增加到一定限度的时候, 会使得叶片和主轴发生明显的变化, 从而使得偏心度和干扰力不断增加。叶片和主轴发生明显变形之后, 作用在叶片和气流上的作用力也会发生明显的变化, 此时, 空气动力的干扰力也会发生变化。当运行状态比较稳定的时候, 干扰力也非常稳定, 进而可以进行动平衡工作, 在这种情况下, 平衡是由弹性变形引起的。经过分析可以得出, 材料的刚性对风机的振动也是有一定影响的, 但是这种平衡风扇的产生是有一定条件的:刚开始启动的时候一定要保证合适的振动, 慢慢加大振动的幅度, 风扇正常工作之后, 振动将保持在一个稳定的状态。
3 风机的对中对振动的影响
风扇的对中通常被认为是满足安装要求的对中。然而, 我们可以进一步扩展:风扇的振动是空间力系统综合作用的结果, 这种振动引起的变形可以称为弹性变形范围内的定心, 反之亦然。现场动平衡很难做到。主要是关于如何判断风扇是否在弹性变形范围内运行。了解风机叶轮的受力情况, 同时可以判断风机振动的变形是否在弹性变形范围内, 使得现场动平衡相对简单。
当风机叶轮振动超标时, 应该从多个方面找出原因。通过对振动原因的分析, 可以消除设备的潜在故障, 实现稳定运行。一般来讲风扇振动的来源包括轴承座的振动、转子和临界速度引起的振动导致旋转失速。
在实际工作的过程中, 风机轴承的不断振动中, 转子质量的振动大部分是不平衡振动。引起转子质量不平衡的主要原因有:叶轮使用过程中磨损均匀, 叶片表面有灰尘堆积或者有些部位生锈, 叶轮的叶片或者是其它部分有一些其它杂质, 主轴的局部地方出现弯曲, 后叶轮出现不平衡的现象等。叶轮强度不足会导致叶轮开裂或局部变形。叶轮上的松动零件或松动连接等。均会引起轴承振动。
滚动轴承异常引起的振动:
(1) 轴承装配不良引起的振动。
(2) 滚动轴承表面损坏引起的振动。
(3) 由于轴承座刚度不足而引起的振动:基础灌浆不良、地脚螺栓松动、垫圈松动以及底座连接薄弱都会引起强烈的强迫共振。这种振动的主要特征是有缺陷的地脚螺栓处的轴承座和大的径向部件的大振动。
(4) 异常耦合引起的振动:不正确的耦合安装、风扇和电机轴之间的错位、风扇和电机轴之间的正时, 以及在运行过程中没有考虑轴向位移的补偿量, 都会导致风扇和电机的振动。
振动特性如下:
(1) 振动不确定, 随负载变化剧烈, 空载时轻, 满载时大, 振动稳定性好;
(2) 轴线偏差越大, 振动越大。
(3) 电机单独运行时, 振动消失;
(4) 径向振动大时, 两条轴线平行;轴向振动大时, 两条轴线相交。
转子不平衡引起的振动特性:
(1) 水平方向振动值大, 轴向振动值小, 轴承座轴承处的振动大于推力轴承处的振动。
(2) 振幅随转数的增加而增加。
(3) 振动稳定性好, 对载荷变化不敏感。
通过风机每个点的振幅进行分析和比较, 以找出故障的原因。此外, 还必须了解离心风机的运行条件、工作环境和故障历史, 并在此基础上对离心式风扇故障进行全面分析, 逐一进行分析和排除, 找出振动超标的真正原因, 从而有针对性的解决故障。
5 结语
风扇动平衡的第一个条件是风扇应该在弹性变形范围内运行, 第二个条件是振动干扰力应该处于稳定状态。在这种情况下, 初始振动数据和测试重量振动数据是可靠和可用的, 根据x=-f/k的要求, 风扇的动平衡变得简单易行。
