作者：李誌文

高級（jí）工程師；工作方向為設（shè）備故障診斷，現負（fù）責公司設備狀態（tài）監測及故（gù）障診（zhěn）斷工作。

在生產過程中，真空泵（水環式）一直是耗能大戶，一台紙機一般（bān）要配5～8台真空泵，能耗（hào）高，同時也增加了設備的維護成本。為了進一步降低成本，提升產品競爭力，嶽陽林紙於近幾年（nián）開始著（zhe）力於真空係（xì）統改造，由透平真空風機（jī）來替代真空泵。改造完成後，一台紙機隻需配備一台透平真空風機即可滿足生產需求。

不過，在能耗降低的同時（shí），透平真空風機的（de）重要性也突現出來。如果透平真空風（fēng）機（jī）出現故障，整個（gè）紙機會（huì）因為沒有真空而全線停機。因（yīn）此，在對透平真（zhēn）空風機的實際維護（hù）中，要即時解（jiě）決透平真空風機出現的異常（cháng）問題，以保證生（shēng）產的穩定運行。

透平真空風機的工作原理與離心風機類似，風機進氣口與真空室相連，風機葉輪通過高速旋轉將空氣吸（xī）進葉（yè）輪，通過葉輪的增速加壓後排出，這樣（yàng）使真空室內造成（chéng）負（fù）壓，並形成真空。如圖1。

對於多（duō）級透平真空風機，氣體經過風機吸氣室進行收集、導流均勻進（jìn）入葉輪（lún），通（tōng）過葉輪的高速旋（xuán）轉做功（gōng），氣體受離心力作用在（zài）葉輪流道內擴壓流動，其速度和壓力（lì）都得到提高。氣體從葉輪出來後進入無（wú）葉擴壓器，由於從葉輪出來的氣流速度很高（gāo），一般在200m/s以上（shàng），為了（le）降低氣體在彎道部分的（de）衝擊損失，必（bì）須將（jiāng）一（yī）部分動能轉化成壓力能，經過無葉擴壓（yā）器（qì）的減速擴壓（yā）後，氣流速度大大降低，氣（qì）體由彎道導流進入回流器，與補氣口吸入的氣流混合和能（néng）量交換後，經過回流器中導流葉片的收集整理，均勻進入下一級葉（yè）輪。經過多級葉輪做功後，氣體壓力得到很大提高，並且在不同的（de）葉輪進口處形成不同（tóng）的真空（kōng）度。

我（wǒ）廠透平機有三個進氣口，因此可以形成三（sān）個不同的真空，以（yǐ）滿足紙機對不同真空度的需（xū）求。

透平真（zhēn）空風機的效率可以達到75%，較傳統的真空泵效率提（tí）高了近40%。一（yī）台透（tòu）平真空風機能替代8～10台真（zhēn）空泵，能很好地達到節能降耗的目的。

1  透平真空風（fēng）機結構及故障種類

1.1透平真空風機結構

多級透平真空風機由定子和轉（zhuǎn）子兩（liǎng）部分（fèn）組成。如圖2。定子包括機箱（xiāng）、隔板、軸承箱等零部件（jiàn）。轉子包括主軸、葉輪、平衡盤等（děng）零部件。整個轉子經過（guò）高精度動靜平（píng）衡校正，平衡精度為G2.5級，確保轉子安全平穩地運行。

風（fēng）機采用滑動軸承（也簡稱軸瓦）結構，由獨立的潤滑係統（tǒng）進行供油。潤滑係統設置了聯鎖保護，當出現突發意（yì）外情況時，也能保（bǎo）證機組（zǔ）不會因為缺油而損（sǔn）壞，確保機組安全停機（jī）。

1.2透平（píng）真空風機故（gù）障種類

透平真空風機屬於高速旋轉設（shè）備，再結合設備結構分析（xī），其常見的（de）故障種（zhǒng）類有動不平衡、軸瓦（wǎ）磨損、聯軸器不對中、旋轉失速等。

1.2.1動不平衡

透（tòu）平真空風（fēng）機屬高（gāo）速（sù）旋轉設備，其轉速高達6,000r/min，有的甚（shèn）至會（huì）超過10,000r/min，所以易發（fā）生動不平衡故障，常見的動不（bú）平衡故障有以下（xià）幾種：

葉片結垢：透平真空風機通過抽吸空氣產生真空，如果吸入（rù）氣體中含有異（yì）物，並附著（zhe）在葉片上則易使葉輪（lún）動平衡破壞，造成動不平衡問題（tí）。同時（shí），透平風機長期運（yùn）行過（guò）程中，葉片上也易結水垢，造（zào）成動不平衡問題。

葉片斷裂：透平真空風（fēng）機在運行過程中，葉片發生斷裂，嚴重（chóng）時葉片會出現掉落情況。此時葉輪的動平衡被嚴重破壞，機（jī）組會產生劇烈的振動，導致聯鎖跳停。

轉子彎曲：當風機轉子（zǐ）出現撓度（dù），產生彎曲變形時，也會產生動不平衡故障，導致機組的（de）異常振（zhèn）動（dòng），振（zhèn）動的大小跟彎曲變形（xíng）的程度有關。彎曲越嚴重，振動（dòng）越大。

聯軸器動不平衡：由（yóu）於透平真空風機屬於高（gāo）速旋轉設備，在此工況（kuàng）下也（yě）需要考慮聯軸器的動不平衡問題。如聯軸器上機前未做高速動平衡（héng）校訂，則也有可能引起動不平衡問題。

1.2.2軸瓦磨損

透平真空風機通常采用滑動（dòng）軸承來支撐轉子，其優點是運行穩定，可靠性高。由於（yú）滑（huá）動軸承是靠油（yóu）膜來支撐轉子，如果（guǒ）出現潤滑不良（liáng）、外力幹（gàn）擾等因素導致（zhì）油膜被破壞，將使軸與軸瓦發生磨損。當此故障（zhàng）發生時，機組會發生明顯異常，如軸瓦（wǎ）溫度升高、機組振（zhèn）動異常等問（wèn）題。當軸瓦磨損時，需及時處理，以避免對機組造成更大（dà）的損害。

1.2.3聯軸器不對中

透平真空風（fēng）機一（yī）般使用膜片（piàn）式聯軸?，其優點是剛性好，傳遞扭矩大，但同時對找正的要求也非常高。通常對透平真空風機應（yīng）使用激光對中儀進行找正，其找正精度應控製在0.1mm以內。如果對中（zhōng）不良，設備在高速旋（xuán）轉中將（jiāng）放大不對中的故障，引起機組振動（dòng）上升（shēng），嚴重的話將危害機組（zǔ）的穩定運行。

1.2.4旋轉失速

對透平真空風機而言，旋轉失速通常是工（gōng）藝生產條件的變化所引起機組的異常（cháng）振動。該（gāi）故障隱（yǐn）蔽性強，不易判斷。隻有準確診斷故障原因（yīn），采取有（yǒu）針對性的措施，才（cái）能有效消除故障。此類故障也是本文說（shuō）明的重點。

2  旋轉失（shī）速故障機理

離（lí）心風機的（de）葉輪是按風機的額定（dìng）流量設計的，當風機在正常工況下運行時，氣體沿葉輪的切線方向進入葉輪，如圖3（a）所示，β1為氣體（tǐ）進入葉輪的角度，C1為進氣流（liú）速。此時（shí），進氣（qì）平穩，不（bú）會（huì）對葉輪（lún）造成衝擊。

當風機工況發生改變，進（jìn）氣流量減少時，此時由於（yú）進氣量減少，進氣流速降低，導致（zhì）氣體無法按設計工況沿葉輪切（qiē）線方向進入葉輪。進氣角度（dù）的（de）改變（biàn），將使氣體對葉輪造成（chéng）額外的衝擊，如圖3（a）所示，β1'為（wéi）工況改變後（hòu）的進氣角度，C1'為工（gōng）況改（gǎi）變後的進氣流速。

當（dāng）氣體與葉輪發生衝擊時，有一部分氣體會在衝（chōng）擊力的作用（yòng）下形成氣團，氣團會在葉輪的凹麵處聚集，堵塞葉輪流道（dào），如圖3（b）中的流道2。由於流（liú）道堵塞（sāi），導致後續（xù）進來的氣體被迫流向兩側的流道——流道1和流道3。流向流道1的氣體由於是與葉輪的凹麵接觸，所以不會（huì）形成新氣團，造成堵塞（sāi）；流向流道3的氣體（tǐ）會再次與葉輪的凸麵發生衝擊（jī），形成新的氣團，造成（chéng）流道3的堵塞。進入流道3的氣體又會被迫流向兩（liǎng）側流道，如（rú）此循環往複。

從上（shàng）述分析來（lái）看，當風機工況發生改變時，相當於固定有一個氣團在風機葉（yè）輪裏發生旋轉。從葉輪（lún）外來看，氣團的旋轉方向與葉輪是一樣的，隻不過氣團（tuán）的旋轉速度小於葉輪的轉速而已，這就是風機葉輪旋轉失速的產生機理。

旋轉失速在葉輪內產生的（de）壓力波動是激勵轉子發生異常振動的激振力，該激振力會引起轉子的異常振動頻率（lǜ），記（jì）為ωS。同時，旋轉（zhuǎn）失速氣團又以頻率ω-ωS隨葉輪一起旋轉，產生振動頻率為ω-ωS的類似動不（bú）平（píng）衡振動（dòng）。因此，當機械發生旋轉（zhuǎn）失速故障時，轉子的異常（cháng）振動頻率（lǜ）同（tóng）時會有ωS和（ω-ωS）兩種振動頻率。不難看出，這兩個異常振動的頻（pín）率之和恰好等於轉子的轉頻ω，這是判斷轉子是否出現旋轉失速故障的一個重要依據。

從上述對旋轉失速故障機理的分析（xī）來看，當設備發生旋轉失速的故（gù）障時（shí），會產生明顯的低於轉子轉頻的低頻振動。而且由於旋轉失速故障（zhàng）是（shì）工（gōng）藝條件變化所引起的，因此當發生旋轉失速時，隻需改（gǎi）變工藝條件，增（zēng）大葉輪的進（jìn）氣量即可（kě）消除故障，無需對設備進行檢修。

以（yǐ）下將通過具體案例對旋轉失速故障的判斷及處理（lǐ）進行說明。

我廠某車間一台透平真空風（fēng）機（以下簡稱透（tòu）平（píng）機）在正常（cháng）運行過程中，振（zhèn）動值（zhí）由0.4mm/s突然升至2.0mm/s，並持續保持在此振動水平。透平機正常運行過（guò）程中，其穩定性（xìng）很高，振（zhèn）動很少會出現（xiàn）大幅波動（dòng）。而此時（shí）透平（píng）機（jī）振動出現大（dà）幅（fú）上升，振動值較正常水平上升了四倍，說明透平機的運（yùn）行一定出現了問（wèn）題。問題出現後，車間急（jí）需知道透平機振動異常的原因，以判定故障（zhàng）可能（néng）的發（fā）展趨勢，製（zhì）定相應的（de）應對方案。

通過對透（tòu）平機振動數據的采集及分析，透平機存在明顯的低於轉頻的振動，且幅值突出，這應（yīng）該是透平機振動突然上升的主要原因。其振動頻譜圖如圖4。

圖中f0為透平機轉頻（96.98Hz），f1和f2為（wéi）異常低頻振動頻（pín）率，為造成透平機振動上升的主要原因，其中（zhōng）f1為43.75Hz，f2為53.13Hz。通過計算得知（zhī）f1+f2=96.88Hz，兩者之和與透平機轉頻（96.98Hz）非常接近（jìn），綜合分析，透平機應該發生（shēng）了“旋（xuán）轉失速”故障。

由於透平機負責給網部以及壓榨部提供真空（kōng），根據（jù）旋轉失速產生的機（jī）理，因此有可能（néng）是紙機在運行過程中，網、壓部（bù）真空係統出現堵塞，造成透平機進氣不暢，從而引發葉輪的旋轉失速，造（zào）成（chéng）透平機振動的突然上升。

現透平機振動雖較正常值有大幅上升，達到2.0mm/s，但離4mm/s的（de）報警值仍然有一定差距。根據對故障的診（zhěn）斷結論，透平機振動上升（shēng）應是工藝原因引起的振動異常（cháng），因此，短期內不（bú）會對設備（bèi）運行造成明（míng）顯影響。車間根據（jù）診斷結（jié）論（lùn），決定觀察運行，暫不進行（háng）處理。

一（yī）周後，車（chē）間計劃停機，對網、壓部進行了仔細地清洗，以消（xiāo）除（chú）網、壓部的堵塞。根據對（duì）故障的診斷（duàn），透平機振動異常是工藝條件所引起的“旋轉失速”，而非設備本身問題，所以未對設備進行檢修。

開機後複測數據（jù），透平機振動降到正常水平，低頻振動能量消（xiāo）失，設備運行恢複正常。

3  結束語

“旋轉失速”是透平?的專屬故障。此次透平機故障的準確診斷，對透平（píng）機的運行提（tí）供了很好的參考（kǎo）建議，既保（bǎo）證了（le）生產的連續性，又避免了設備的意外損壞。

因透平機旋轉失速所引發的振動異常，雖然（rán）其隱蔽性強，現（xiàn）場不易判斷原因，但隻要準確診斷了故障原（yuán）因（yīn），則易采取針對性（xìng）措（cuò）施，快速消除隱患，保證生產的穩定運行。

來（lái）源：《中（zhōng）華紙業》2021年第8期

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