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机翼型管道軸流風機各类振动原因分析
发布时间:2019-06-11   点击次数:156次
   机翼型管道軸流風機以其流量大、启动力矩小、对风道系统变化适应性强的优势逐步取代離心風機成为主流。軸流風機有动叶和静叶2种调节方式。动叶可调軸流風機通过改变做功叶片的角度来改变工况,没有截流损失,效率高,还可以避免在小流量工况下出现不稳定现象,但其结构复杂,对调节装置稳定性及可靠性要求较高,对制造精度要求也较高,易出现故障,所以一般只用于送风机及一次风机。静叶可调軸流風機通过改变流通面积和入口气流导向的方式来改变工况,有截流损失,但其结构简单,调节机构故障率很低,所以一般用于工作环境恶劣的引风机。
 
  随着机翼型管道軸流風機的广泛应用,与其结构特点相对应的振动问题也逐步暴露,这些问题在离心式风机上则不存在或不常见。本文通过总结各种軸流風機异常振动故障案例,对其中一些有特点的振动及其产生的原因进行汇总分析。
 
  一、動葉調節結構導致振動
 
  动叶可调軸流風機通过在线调节动叶开度来改变风机运行工况,这主要依赖轮毂里的液压调节控制机构来实现,各个叶片角度的调节涉及到一系列的调节部件,因而对各部件的安装、配合及部件本身的变形、磨损要求较高,液压动叶调节系统结构如图1所示。动叶调节结构对振动的影响主要分单级叶轮的部分叶片开度不同步、两级叶轮的叶片开度不同步及调节部件本身偏心3个方面。
 
  (一)單級葉輪部分葉片開度不同步
 
  單級葉輪部分葉片開度不同步主要是由于滑塊磨損、調節杆與曲柄配合松動、葉柄導向軸承及推力軸承轉動不暢引起的。這些部件均爲液壓缸到動葉片之間的傳動配合部件,會導致部分風機葉片開度不到位,而風機葉片重量及安裝半徑均較大,部分風機葉片開度不一致會産生質量嚴重不平衡,導致風機在高轉速下出現明顯振動。
 
  單級葉輪部分葉片開度不同步引起的振動主要特點如下:
 
  1)振動頻譜和普通質量均不平衡,振動故障頻譜中主要爲工頻成分,同時部分葉片不同步會産生一定的氣流脈動,使振動頻譜中出現葉片通過頻率及其諧波,部分部件的磨損及松動則會産生一定的非線性沖擊,使振動頻譜中出現工頻高次諧波成分,這在振速頻譜中表現得相對明顯一些,在位移頻譜中幾乎觀察不到。
 
  2)風機振幅不穩定,振幅變化主要發生在動葉開度調節過程中,在動葉開度穩定時振幅基本保持穩定,有時會隨動葉開度變化而逐步變化。
 
  3)剛升速至工作轉速、風機動葉未開或開度較小時,風機振幅一般較小。
 
  (二)兩級葉輪葉片開度不同步
 
  对两级动叶可调軸流風機而言,还存在两级叶轮叶片开度不同步的问题。其原因主要是液压执行机构铜套磨损或者两级推力盘问连杆磨损变形。连杆主要用于同步一、二级推力盘之间的轴向位移,连杆的磨损变形会导致两级推力盘间位移不同步,从而导致两级动叶开度变化不同步。液压缸铜套的磨损、局部开裂、变形及中心轴间隙变大则会导致两级动叶的开度调节整体不到位,从而使两级动叶开度不一致。
 
  由于單個葉輪的所有葉片開度均同步,所以並不會明顯影響轉子的動平衡情況,因此,其振動故障頻譜中工頻占比一般相對較小,主要是産生較大的葉片通過頻率,在松動嚴重的情況下還會出現工頻高次諧波成分。振幅一般在某個特定負荷(動葉開度)下存在最大值,且振幅出現波動,其中工頻和葉片通過頻率均出現波動變化,而在其他負荷或未帶負荷時振幅則相對較小。
 
  (三)調節部件偏心
 
  调节部件偏心主要指质量较大的调节部件的安装偏心、松动,由于质量较大,当其旋转中心与转子中心发生偏斜时,将会产生较大的质量不平衡,而由松动导致的偏心也会产生质量不平衡。对于动叶可调軸流風機而言,主要指液压缸的安装偏心及松动。如果仅是液压缸安装偏心,而紧力足够,则只会导致质量分布的改变,风机转子会出现单纯的质量不平衡故障,故障频谱主要为稳定的工频成分,每次启机定速后振动值均比较稳定,不会随负荷工况发生变化。如果是由于液压缸安装时紧力不足导致的松动,则会产生不稳定的质量不平衡,每次停机后再次启机,由于离心力的变化,液压缸的位置会发生改变,致使每次启机的振动数据均不一致,振动主要以工频为主,在转速不变时振动则比较稳定。对于此类故障,由于单次定速后振动很稳定,容易与原始质量不平衡混淆,导致无谓的反复动平衡。
 
  二、氣流脈動導致振動
 
  氣流脈動是普遍存在的氣流分離與蝸流發展的産物。對于机翼型管道軸流風機,除去原设计及后期改造中进出口流道、挡板等通流结构设计不合理导致的流体脉动外,在运軸流風機出现流体脉动的原因如下:
 
  1)静叶可调軸流風機叶片开度的冗余度较大,低负荷下静叶开度的变化容易导致风机工作点落入不稳定运行区域,产生流体脉动甚至喘振,引起强烈振动。
 
  2)因焊接剛度、局部應力、腐蝕或異物進入,導致風機動葉片及導葉嚴重磨損甚至局部脫落,引起流體脈動。
 
  3)因風機進口流道擋板異常、異物堵塞等原因,導致系統阻力增加,流量不足,引起流體脈動、失速甚至喘振。
 
  現場實際測試數據顯示,上述幾種流體脈動引起的風機振動現象及特征相似,主要包括以下幾點。
 
  1)氣流脈動多引起風機機殼、進出口管道及機殼基礎振動,對軸承及轉子機械振動的影響較小,起振頻率主要爲與轉子主頻無關的低頻成分。
 
  2)當動葉或靜葉磨損、破裂産生氣流脈動時,机翼型管道軸流風機其氣流脈動會與機械振動相耦合,此時氣流脈動故障頻率中會出現較大的葉片通過頻率及其諧波,且軸承及轉子也會出現故障頻率。
 
  3)氣流脈動除引起風機振動變化外,還會引起風機電流、流量不穩,甚至大幅波動,導致並聯運行的2台風機在同等風量下電流差異較大,現場有明顯氣流噪音。
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