风机运行中常见问题解决

（1）风机的振动 这是运行中常见的故障，严重时将危及风机的安全运行，甚至会影响到整个机组的正常运行。随着机组容量的日趋大型化，其振动问题变得尤为突出。鉴于引起风机振动原因的复杂性及易于察觉的特点，通常将风机的振动分为机械原因引起的振动、流体流动引起的振动，以及由原动机引起的振动三类。

1）机械原因引起的振动。

①转子质量不平衡引起的振动。在现场发现的风机的振动原因中，属于转子质量不平衡的振动占多数。其特征是振幅不随机组负荷大小而变化，而是与该风机转速的高低有关，振动频率和转速一致。造成转子质量不平衡的原因很多，例如运行中叶轮叶片的局部腐蚀或磨损；叶片表面不均匀积灰或附着物（如铁锈）；风机叶片局部磨穿进入飞灰；轴与密封圈发生强烈的摩擦，产生局部高温使轴弯曲；叶轮上的平衡块重量与位置不对，或位置移动，或检修后未找平衡等，均会产生剧烈振动。为了保证转子质量平衡，对高转速风机必须分别进行静、动平衡试验。

②转子中心不正引起的振动。如果风机联轴器不同心，接合面平行度达不到安装要求（机械加工精度差或安装不符合要求），就会使联轴器间隙随轴旋转而忽大忽小，因而发生和质量不平衡一样的周期性强迫振动。其频率和转速成倍数关系，振幅随风机轴与电动机轴的偏心距大小而变化。造成转子中心不正的主要原因是：风机安装或检修后找中心不正；设计或布置管路不合理，其管路本身重量或膨胀推力使轴心错位；以及轴承架刚性不好或轴承磨损等。

③转子的临界转速引起的振动。当转子的转速逐渐增加并接近风机转子的固有振动频率时，风机就会猛烈地振动起来，转速低于或高于这一转速时，就能平稳地工作。通常把风机发生这种振动时的转速称为临界转速。风机的工作转速不能与临界转速相重合、相接近或成倍数，否则将发生共振现象而使风机遭到破坏。

风机的工作转速低于第一临界转速的轴称为刚性轴，高于第一临界转速的轴称为柔性轴。风机的轴大多采用刚性轴，以利扩大调速范围。

④动静部件之间的摩擦引起振动。若使转动部分与静止部分接触发生摩擦，则摩擦力作用方向与轴旋转方向相反，对转轴有阻碍作用，有时使轴剧烈偏转而产生振动。这种振动是自激振动，与转速无关，其频率等于转子的临界速度。

⑤基础不良或地脚螺钉松动。基础下沉，基础或机座的刚度不够或安装不牢固等，均会引起振动。例如风机基础混凝土底座打得不够坚实，其地脚螺钉安装不牢固，则其基础的固有频率与某些不平衡激振力频率相重合时，就有可能产生共振。解决的方法是加固基础，紧固地脚螺钉。

2）流体流动引起的振动。

①旋转脱流引起振动。风机进入不稳定工况区运行，其叶片上将产生旋转脱流，可能使叶片发生共振，造成叶片疲劳断裂。现以轴流式风机为例说明旋转脱流及其引起的振动。当风机处于正常工况运行时，冲角等于零或小于临界冲角，而绕翼型的气流保持其流线形状，如图5-16a所示。当气流与叶片形成正冲角时，随着冲角的增大，在叶片后缘点附近产生涡流，而且气流开始从上表面分离。当冲角超过某一临界值时，气流在叶片背部的流动遭到破坏，升力减小，阻力却急剧增加，如图5-16b所示。这种现象称为“脱流”或“失速”。如果脱流现象发生在风机的叶道内，则脱流将对叶道造成阻塞，使叶道内的阻力增大，同时风压也随之而迅速降低。

风机的叶片由于加工及安装等原因，不可能有完全相同的形状和安装角，同时流体的来流流向也不会完全均匀，因此，当运行工况变化而使流动方向发生偏离时，在各个叶片进口的冲角就不可能完全相同。随着流量的减小，如果某一叶片进口处的冲角达到临界值时，就首先在该叶片上发生脱流，而不会所有叶片都同时发生脱流。在图5-17中，假设在叶道2首先由于脱流而出现气流阻塞现象，叶道受阻塞后，通过的流量减少，在该叶道前形成低速停滞区，于是原来进入叶道2的气流只能分流进入叶道1和叶道3；这两股分流来的气流又与原来进入叶道1和叶道3的气流汇合，从而改变了原来进入叶道1和叶道3的气流方向，使流入叶道1的气流冲角减小，而流入叶道3的冲角增大；因此，分流的结果将使叶道1下部叶片的绕流情况有所改善，脱流的可能性减小，甚至消失；而叶道3下部叶片却因冲角增大而促使其发生脱流。叶道3内发生脱流后又形成阻塞，使叶道3前的气流发生分流，其结果又促使叶道4内发生脱流和阻塞。这种现象继续进行下去，使脱流现象所造成的阻塞区沿着与叶轮旋转相反的方向移动。实验表明，脱流传播的相对速度ω′小于叶轮本身旋转角速度ω。因此，在绝对运动中，可以观察到脱流区以（ω-ω′）的速度旋转，方向与叶轮转向相同。此种现象称之为旋转脱流或旋转失速。

图5-16 叶片的正常工况和脱流工况

a）正常工况运转 b）运行工况变化

图5-17 动叶中旋转脱流的形成

1～4—叶道编号

风机进入不稳定工况区运行，叶轮内将产生一个到数个旋转脱流区。叶片依次经过脱流区要受到交变应力的作用，这种交变应力会使叶片产生疲劳。叶片每经过一次脱流区，将受到一次激振力的作用。此激振力的作用频率与旋转脱流的转速及脱流区的数目成正比。如果这一激振力的作用频率与叶片的固有频率成整数倍关系，或者等于或接近于叶片的固有频率，叶片将发生共振。此时，叶片的动应力显著增加，甚至可达到数十倍以上，使叶片产生断裂。一旦有一个叶片疲劳断裂，就有可能将全部叶片打断。因此，应尽量避免风机在不稳定工况区运行。

②喘振。若具有驼峰形性能曲线的风机在不稳定区域内运行，而管路系统中的容量又很大时，则风机的流量、压头和轴功率会在瞬间内发生很大的周期性波动，引起剧烈的振动和噪声，这种现象称为喘振或飞动现象。现以风机为例说明喘振产生的原因。

当风机在图5-18所示的大容量管路系统中运行，且工况点落在图5-19所示的风机全压性能曲线最高点K左边的区域时，将出现不稳定运行。具体分析如下：当风机启动后，如果用户所需的流量为q_VA，此时风机与管路系统处于能量平衡状态，相应的运行工况点为A，风机运行是稳定的。当用户所需要的流量逐渐减少，即运行工况点由A沿全压性能曲线向左上方移动至K点时，风机运行仍然是稳定的，其中K点为临界点。当用户所需要的流量继续减少为q_VM时，风机所产生的全压将小于管路系统的压头，因为管路系统容量较大，在此瞬间管路系统中的压头仍保持不变，而风机的全压已降低，于是，风机完全停止向管路系统输送气体，并且为了保持风机的全压与管路的压头相平衡，风机的运行工况点便由K点迅速跳到第二象限内的C点，此时，气体开始倒流而出现负流量。由于倒流，管路系统中的压头迅速下降，风机的运行工况点则沿其全压性能曲线由C点降至D点；如果管路系统中的压头下降到风机零流量下的压强，风机又重新开始输出流量，为了使风机的全压与管路系统中的压头相平衡，风机就不可能继续维持在D点运行，而是迅速地由D点跳到E点；若管路系统的流量需求仍为q_VM，则此时风机所提供的全压远小于管路系统所需相应流量下的压头，因此，风机的运行工况点将由E点滑向K点；此后，风机的运行将会周而复始地按E、K、C、D、E各点重复循环；而其运行工况点始终落不到M点上，这种不稳定的运行工况称为喘振现象。

图5-18 风机在大容量管路系统中运行

图5-19 喘振现象

防止喘振的措施如下：a.使风机的流量恒大于q_VM。如果系统中所需要的流量小于q_VK，可装设再循环管或自动排出阀门，使风机的排出流量恒大于q_VK。b.如果管路性能曲线不通过坐标原点，改变风机的转速，也可得到稳定的运行工况；通过风机各种转速下性能曲线中最高全压点的相似抛物线，将风机的性能曲线分割为两部分，右边为稳定工况区，左边为不稳定工况区。c.轴流风机可采用动叶调节。当系统需要的流量减小时，则减小其动叶安装角，性能曲线下移，临界点向左下方移动，输出流量也相应变小。d.最根本的措施是尽量避免采用具有驼峰形性能曲线的风机，而应采用性能曲线平直向下倾斜的风机。

上述介绍的旋转脱流与喘振现象是两种不同的概念。旋转脱流是叶片结构特性造成的一种流体动力现象，它的一些基本特性，例如脱流区的旋转速度、脱流的起始点、消失点等，都有它自己的规律，不受风机管路系统的容量和形状的影响。

喘振是风机性能与管路系统耦合后振荡特性的一种表现形式。它的振幅、频率等基本特性受风机管路系统容量的支配；其流量、全压和轴功率的波动是由不稳定工况区造成的。但是，试验研究表明，喘振现象总是与叶道内气流的旋转脱流密切相关，而冲角的增大也与流量的减小有关。所以在出现喘振的不稳定工况区内，必定会出现旋转脱流。

3）原动机引起的振动。驱动风机的各种原动机由于本身的特点，也会产生振动。若风机由小汽轮机驱动，则汽轮机作为流体动力机械本身也有各种振动问题，详见有关汽轮机振动方面的资料。若风机由电动机驱动，则电动机也会因电磁力引起振动，具体可归纳如下：

①磁场不平衡引起的振动。风机运行中，当电动机一相绕组突然发生断路时，即电动机各相电源磁场不平衡时，定子受到变化的电磁力的作用而振动。此时电动机还会继续转动，其他两相电流增大，电动机发出嗡嗡声，其振动频率为转速乘以极数。若这种振动与定子机架频率相同，则会产生强烈的振动。此外，由于电源电压不稳、转子在定子的偏心和气隙不均匀等原因都会发生由于磁场不平衡而引起的振动。

②笼型电动机转子笼条断裂引起的振动。在笼型电动机转子的笼条或端环断裂时，如果断裂的笼条超过整个转子槽数的1/7，电动机会发出嗡嗡声，机身会剧烈振动；此时若加上负荷，电动机转速会降低，转子发热，断裂处可能产生火花，电动机不能安全运转，甚至会突然停下来。

③电动机铁心硅钢片过松而引起的振动。电动机铁心硅钢片叠合过松会引起电动机振动，同时产生噪声。

不同振动频率时产生振动的可能原因汇总于表5-2。

表5-2 产生振动的可能原因

（续）

注：1.有关轴承的振动问题。低稳定型轴承，过大的轴承间隙，轴瓦松动，油内有杂质，油性质（粘度，温度）不良，因空气或流程液使油起泡，润滑不良，轴承损坏。

2.有关密封装置问题。间隙过大，护圈松动，间隙太紧，密封磨损。

3.有关机组设计问题。临界转速，连接套松动，热梯度（温差），轴不同心，支承强度不够，支座或支承共振，壳体变形，推力轴承或平衡盘缺陷、不平衡，联轴器不平衡，轴弯曲，不良的收缩配合。

4.有关系统的问题。扭转临界振动，支座共振，基础共振，不对中心，管路载荷过大，齿轮啮合不精确或磨损，管路机械共振。

5.有关系统流动问题。脉动、涡流，管壳共振，流动面积不足，NPSH不足，声音共振，汽蚀。

（2）风机的磨损 火力发电厂的引风机设置在除尘器之后，但由于除尘器并不能把烟气中全部固体微粒除去，因此剩余的固体微粒将随烟气一起进入引风机。这些剩余的固体微粒经常冲击叶片和机壳表面、引起引风机磨损，同时也会沉积在引风机叶片上。由于磨损和积灰是不均匀的，从而破坏了风机的动、静平衡，引起风机振动，甚至迫使锅炉停止运行。与引风机比较，制粉系统中的排粉风机的工作条件更差，其磨损也更为严重。

1）风机的磨损部位及影响因素。风机叶片形式对磨损的程度、部位有直接影响。表5-3列出叶片形式与叶片耐磨程度的关系。从表5-3中可以看出，从耐磨角度考虑，排尘风机以采用径向直板叶片为宜。

表5-3 叶片形式与磨损的关系

用于引风机和排粉风机时的后向式机翼形风机磨损情况如图5-20所示。其严重磨损部位在靠近后盘一侧的出口端和叶片头部。叶片头部磨损后，叶片空腔中极易进煤灰，从而破坏了转子的动、静平衡而引起振动。后向式直板叶片引风机的磨损部位在叶片出口靠中盘一侧，其磨损补焊部位见图5-21所示。

图5-20 后向式机翼形叶片磨损情况

风机输送气体中所含微粒的硬度、形状和大小对磨损的程度有直接影响。风机的磨损是由微粒对金属的撞击和擦伤两种作用构成的。在大量微粒的连续打击下，金属表面逐渐形成一个塑性变形的薄层而被破坏脱落。坚硬微粒的影响如同铁刀在工件上挫削一样，因此微粒硬度越高，风机中的流道壁面铁磨损得就越快。微粒对流道部件的磨损不仅取决于流道部件的硬度，面且还与微粒的几何形状和大小有关。具有棱锥或其他刃尖凸出表面形状的微粒，要比具有球形表面的微粒对金属的磨损更严重。

图5-21 后向式直板叶片磨损补焊部位

a）第一次补焊 b）第二次补焊

风机的磨损速度随磨损部件材料的硬度增加面减小，但是耐磨性不仅取决于它的硬度，而且还与它的成分有关。例如经热处理的各种不同成分的钢，虽然具有相同的硬度，但却有不同的耐磨性。碳钢通过淬火提高硬度，对耐磨性也有所提高，但是不成正比。如40钢淬火后，其硬度由168HV增加到730HV；尽管硬度增加了3.5倍，但其耐磨性却仅增加69%。由此可见，要提高材料的耐磨性，既要提高材料硬度，也要选用耐磨材料。

此外，有关资料表明：排粉风机的实际使用寿命（与磨损密切相关），与输送气体中所含微粒的含量成正比，与圆周速度的三次方成正比。

2）降磨措施。引风机和排粉风机的磨损影响锅炉的安全运行，因此，在风机设计制造和使用中应采取降磨措施，以提高其使用寿命。可采用的措施主要有以下几种：①在风机叶片容易磨损部位，用等离子喷镀一定厚度的硬质合金层，或堆焊硬质合金，例如高碳铬锰钢等硬质合金。②叶片渗碳是提高材料表面硬度，减轻磨损的一个有效措施。渗碳使金属表而形成硬而耐磨的碳化铁层，同时保持钢材内部柔韧性。例如某电厂对引风机叶片进行渗碳处理后，叶片表面硬度可达到洛氏硬度50以上，磨损速度由过去每月1mm减小到0.1mm，使用寿命延长10倍。③选择合理的叶形以减少积灰和振动。④风机机壳可采用铸石作为防磨衬板，其耐磨性比金属衬板高几倍，甚至几十倍。

除上述方法外，对除尘器加强日常维护和管理，以提高除尘效率；对锅炉加强燃烧调整，改善煤粉细度，降低飞灰可燃物，以及降低风机转速等，都会延长风机的使用寿命。