機(jī)翼型管道軸流風(fēng)機(jī)以其流量大、啟動(dòng)力矩小、對(duì)風(fēng)道系統(tǒng)變化適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)逐步取代離心風(fēng)機(jī)成為主流。軸流風(fēng)機(jī)有動(dòng)葉和靜葉2種調(diào)節(jié)方式。動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)通過(guò)改變做功葉片的角度來(lái)改變工況，沒(méi)有截流損失，效率高，還可以避免在小流量工況下出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)調(diào)節(jié)裝置穩(wěn)定性及可靠性要求較高，對(duì)制造精度要求也較高，易出現(xiàn)故障，所以一般只用于送風(fēng)機(jī)及一次風(fēng)機(jī)。靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)通過(guò)改變流通面積和入口氣流導(dǎo)向的方式來(lái)改變工況，有截流損失，但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)故障率很低，所以一般用于工作環(huán)境惡劣的引風(fēng)機(jī)。
隨著機(jī)翼型管道軸流風(fēng)機(jī)的廣泛應(yīng)用，與其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的振動(dòng)問(wèn)題也逐步暴露，這些問(wèn)題在離心式風(fēng)機(jī)上則不存在或不常見(jiàn)。本文通過(guò)總結(jié)各種軸流風(fēng)機(jī)異常振動(dòng)故障案例，對(duì)其中一些有特點(diǎn)的振動(dòng)及其產(chǎn)生的原因進(jìn)行匯總分析。
一、動(dòng)葉調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致振動(dòng)
動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)通過(guò)在線調(diào)節(jié)動(dòng)葉開(kāi)度來(lái)改變風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況，這主要依賴輪轂里的液壓調(diào)節(jié)控制機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，各個(gè)葉片角度的調(diào)節(jié)涉及到一系列的調(diào)節(jié)部件，因而對(duì)各部件的安裝、配合及部件本身的變形、磨損要求較高，液壓動(dòng)葉調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。動(dòng)葉調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)對(duì)振動(dòng)的影響主要分單級(jí)葉輪的部分葉片開(kāi)度不同步、兩級(jí)葉輪的葉片開(kāi)度不同步及調(diào)節(jié)部件本身偏心3個(gè)方面。
?。ㄒ唬﹩渭?jí)葉輪部分葉片開(kāi)度不同步
單級(jí)葉輪部分葉片開(kāi)度不同步主要是由于滑塊磨損、調(diào)節(jié)桿與曲柄配合松動(dòng)、葉柄導(dǎo)向軸承及推力軸承轉(zhuǎn)動(dòng)不暢引起的。這些部件均為液壓缸到動(dòng)葉片之間的傳動(dòng)配合部件，會(huì)導(dǎo)致部分風(fēng)機(jī)葉片開(kāi)度不到位，而風(fēng)機(jī)葉片重量及安裝半徑均較大，部分風(fēng)機(jī)葉片開(kāi)度不一致會(huì)產(chǎn)生質(zhì)量嚴(yán)重不平衡，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)在高轉(zhuǎn)速下出現(xiàn)明顯振動(dòng)。
單級(jí)葉輪部分葉片開(kāi)度不同步引起的振動(dòng)主要特點(diǎn)如下：
1）振動(dòng)頻譜和普通質(zhì)量均不平衡，振動(dòng)故障頻譜中主要為工頻成分，同時(shí)部分葉片不同步會(huì)產(chǎn)生一定的氣流脈動(dòng)，使振動(dòng)頻譜中出現(xiàn)葉片通過(guò)頻率及其諧波，部分部件的磨損及松動(dòng)則會(huì)產(chǎn)生一定的非線性沖擊，使振動(dòng)頻譜中出現(xiàn)工頻高次諧波成分，這在振速頻譜中表現(xiàn)得相對(duì)明顯一些，在位移頻譜中幾乎觀察不到。
2）風(fēng)機(jī)振幅不穩(wěn)定，振幅變化主要發(fā)生在動(dòng)葉開(kāi)度調(diào)節(jié)過(guò)程中，在動(dòng)葉開(kāi)度穩(wěn)定時(shí)振幅基本保持穩(wěn)定，有時(shí)會(huì)隨動(dòng)葉開(kāi)度變化而逐步變化。
3）剛升速至工作轉(zhuǎn)速、風(fēng)機(jī)動(dòng)葉未開(kāi)或開(kāi)度較小時(shí)，風(fēng)機(jī)振幅一般較小。
?。ǘ﹥杉?jí)葉輪葉片開(kāi)度不同步
對(duì)兩級(jí)動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)而言，還存在兩級(jí)葉輪葉片開(kāi)度不同步的問(wèn)題。其原因主要是液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)銅套磨損或者兩級(jí)推力盤(pán)問(wèn)連桿磨損變形。連桿主要用于同步一、二級(jí)推力盤(pán)之間的軸向位移，連桿的磨損變形會(huì)導(dǎo)致兩級(jí)推力盤(pán)間位移不同步，從而導(dǎo)致兩級(jí)動(dòng)葉開(kāi)度變化不同步。液壓缸銅套的磨損、局部開(kāi)裂、變形及中心軸間隙變大則會(huì)導(dǎo)致兩級(jí)動(dòng)葉的開(kāi)度調(diào)節(jié)整體不到位，從而使兩級(jí)動(dòng)葉開(kāi)度不一致。
由于單個(gè)葉輪的所有葉片開(kāi)度均同步，所以并不會(huì)明顯影響轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡情況，因此，其振動(dòng)故障頻譜中工頻占比一般相對(duì)較小，主要是產(chǎn)生較大的葉片通過(guò)頻率，在松動(dòng)嚴(yán)重的情況下還會(huì)出現(xiàn)工頻高次諧波成分。振幅一般在某個(gè)特定負(fù)荷（動(dòng)葉開(kāi)度）下存在大值，且振幅出現(xiàn)波動(dòng)，其中工頻和葉片通過(guò)頻率均出現(xiàn)波動(dòng)變化，而在其他負(fù)荷或未帶負(fù)荷時(shí)振幅則相對(duì)較小。
（三）調(diào)節(jié)部件偏心
調(diào)節(jié)部件偏心主要指質(zhì)量較大的調(diào)節(jié)部件的安裝偏心、松動(dòng)，由于質(zhì)量較大，當(dāng)其旋轉(zhuǎn)中心與轉(zhuǎn)子中心發(fā)生偏斜時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生較大的質(zhì)量不平衡，而由松動(dòng)導(dǎo)致的偏心也會(huì)產(chǎn)生質(zhì)量不平衡。對(duì)于動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)而言，主要指液壓缸的安裝偏心及松動(dòng)。如果僅是液壓缸安裝偏心，而緊力足夠，則只會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量分布的改變，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子會(huì)出現(xiàn)單純的質(zhì)量不平衡故障，故障頻譜主要為穩(wěn)定的工頻成分，每次啟機(jī)定速后振動(dòng)值均比較穩(wěn)定，不會(huì)隨負(fù)荷工況發(fā)生變化。如果是由于液壓缸安裝時(shí)緊力不足導(dǎo)致的松動(dòng)，則會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定的質(zhì)量不平衡，每次停機(jī)后再次啟機(jī)，由于離心力的變化，液壓缸的位置會(huì)發(fā)生改變，致使每次啟機(jī)的振動(dòng)數(shù)據(jù)均不一致，振動(dòng)主要以工頻為主，在轉(zhuǎn)速不變時(shí)振動(dòng)則比較穩(wěn)定。對(duì)于此類故障，由于單次定速后振動(dòng)很穩(wěn)定，容易與原始質(zhì)量不平衡混淆，導(dǎo)致無(wú)謂的反復(fù)動(dòng)平衡。
二、氣流脈動(dòng)導(dǎo)致振動(dòng)
氣流脈動(dòng)是普遍存在的氣流分離與蝸流發(fā)展的產(chǎn)物。對(duì)于機(jī)翼型管道軸流風(fēng)機(jī)，除去原設(shè)計(jì)及后期改造中進(jìn)出口流道、擋板等通流結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致的流體脈動(dòng)外，在運(yùn)軸流風(fēng)機(jī)出現(xiàn)流體脈動(dòng)的原因如下：
1）靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)葉片開(kāi)度的冗余度較大，低負(fù)荷下靜葉開(kāi)度的變化容易導(dǎo)致風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)落入不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域，產(chǎn)生流體脈動(dòng)甚至喘振，引起強(qiáng)烈振動(dòng)。
2）因焊接剛度、局部應(yīng)力、腐蝕或異物進(jìn)入，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)動(dòng)葉片及導(dǎo)葉嚴(yán)重磨損甚至局部脫落，引起流體脈動(dòng)。
3）因風(fēng)機(jī)進(jìn)口流道擋板異常、異物堵塞等原因，導(dǎo)致系統(tǒng)阻力增加，流量不足，引起流體脈動(dòng)、失速甚至喘振。
現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，上述幾種流體脈動(dòng)引起的風(fēng)機(jī)振動(dòng)現(xiàn)象及特征相似，主要包括以下幾點(diǎn)。
1）氣流脈動(dòng)多引起風(fēng)機(jī)機(jī)殼、進(jìn)出口管道及機(jī)殼基礎(chǔ)振動(dòng)，對(duì)軸承及轉(zhuǎn)子機(jī)械振動(dòng)的影響較小，起振頻率主要為與轉(zhuǎn)子主頻無(wú)關(guān)的低頻成分。
2）當(dāng)動(dòng)葉或靜葉磨損、破裂產(chǎn)生氣流脈動(dòng)時(shí)，機(jī)翼型管道軸流風(fēng)機(jī)其氣流脈動(dòng)會(huì)與機(jī)械振動(dòng)相耦合，此時(shí)氣流脈動(dòng)故障頻率中會(huì)出現(xiàn)較大的葉片通過(guò)頻率及其諧波，且軸承及轉(zhuǎn)子也會(huì)出現(xiàn)故障頻率。
3）氣流脈動(dòng)除引起風(fēng)機(jī)振動(dòng)變化外，還會(huì)引起風(fēng)機(jī)電流、流量不穩(wěn)，甚至大幅波動(dòng)，導(dǎo)致并聯(lián)運(yùn)行的2臺(tái)風(fēng)機(jī)在同等風(fēng)量下電流差異較大，現(xiàn)場(chǎng)有明顯氣流噪音。
