离心风机基础理论与常见故障解析

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：离心风机、工作原理、故障诊断、振动分析、动平衡、轴承故障、性能下降

引言

离心风机作为一种将机械能转换为气体动能和压力能的通用流体机械，广泛应用于通风、空调、除尘、冷却、工业流程等诸多领域。其运行的稳定性与可靠性直接关系到整个生产系统的效能与安全。作为一名风机技术从业者，深入理解其基础理论，并熟练掌握常见故障的判定与排除方法，是保障设备长周期安全稳定运行的关键。本文将从离心风机的基础知识入手，系统解析其常见故障的表现形式、判定依据及排除策略。

第一章 离心风机基础知识

一、 基本结构

一台典型的离心风机主要由以下几大部分构成：

进气口： 保证气体能均匀地、以较小阻力流入叶轮。 叶轮： 风机的“心脏”，是唯一对气体做功的部件。通过叶片的旋转，将机械能传递给气体，使其获得动能和压力能。根据叶片出口角度的不同，可分为前向、径向和后向三种类型，其性能曲线特性各异。 机壳： 又称蜗壳，主要功能是收集从叶轮中流出的气体，并将其动能部分转换为静压能，最后将气体导向出口。其型线通常设计为对数螺旋线，以减小流动损失。 主轴： 传递扭矩，支撑叶轮并保证其旋转。 轴承箱： 容纳并支撑轴承，保证主轴高速平稳运转。 底座： 支撑和固定整个风机本体。 驱动装置： 通常为电动机，通过联轴器或皮带驱动主轴旋转。

二、 核心工作原理

离心风机的工作原理基于牛顿第二定律和惯性离心力。当电机驱动叶轮高速旋转时，叶片间的气体在叶片的推动下随之旋转，从而获得离心力。在此离心力作用下，气体被从叶轮中心（进气口）甩向叶轮外缘，动能和静压能均显著增加。
随后，这股高速高压气体进入蜗壳形机壳，流通截面逐渐扩大，气流速度降低，部分动能依据伯努利方程转化为静压能。最终，气体以较高的静压从风机出口排出。
与此同时，在叶轮中心区域，由于气体被甩出而形成了一定的真空或低压区，外界气体在大气压作用下被源源不断地压入进气口，从而形成了连续的气体流动。

三、 核心性能参数与定律

风量（Q）： 单位时间内风机输送的气体体积，单位为立方米每秒（m³/s）或立方米每小时（m³/h）。 风压（P）： 风机进出口全压的差值，即风机赋予气体的能量增量，单位为帕斯卡（Pa）。全压（Pt）由静压（Ps）和动压（Pv）组成，即：全压 等于 静压 加 动压。 功率：
有效功率（Pe）： 单位时间内气体从风机获得的实际能量。计算公式为：有效功率 等于 风量 乘以 全压。 轴功率（Psh）： 单位时间内由原动机输入到风机主轴上的功率。计算公式为：轴功率 等于 （风量 乘以 全压） 除以 （风机全压效率 乘以 机械传动效率）。
效率（η）： 风机有效功率与轴功率之比，是衡量风机气动性能和经济性的关键指标。效率 等于 （有效功率 除以 轴功率） 乘以 百分之一百。 转速（n）： 风机叶轮每分钟的旋转次数，单位为转每分钟（r/min）。

相似定律（比例定律）： 对于同一系列几何相似的风机，当其转速、叶轮直径或气体密度改变时，其性能参数按以下规律变化：

风量与转速的一次方成正比，与叶轮直径的三次方成正比。 风压与转速的二次方成正比，与叶轮直径的二次方成正比，与气体密度的一次方成正比。 轴功率与转速的三次方成正比，与叶轮直径的五次方成正比，与气体密度的一次方成正比。
这些定律是风机选型、性能预测和调速节能的重要理论依据。

第二章 常见故障解析：表现形式、判定与排除

风机故障通常表现为异常振动、异常噪音、温升过高以及性能下降（风量/风压不足）。下面将逐一进行解析。

一、 异常振动

振动是风机最核心、最重要的状态监测参数。过大的振动会急剧加速轴承、密封、联轴器等部件的损坏，甚至导致结构开裂等严重事故。

1. 转子不平衡

表现形式： 风机在运行中产生与转速同频（1倍频）为主的高振动。振动值随转速升高而急剧增大，在径向（特别是水平方向）表现最为显著。相位稳定。 判定依据： 频谱分析中，1倍频分量占据绝对主导地位（通常超过总振动值的70%），2倍频及其他高频分量很小。停机后用手盘动转子，有时能在特定位置感觉到“沉重感”。 排除策略：
停机处理： 对叶轮进行动平衡校正。首先清理叶轮上的积灰、结垢或异物。若清理后振动仍大，则需使用动平衡仪在现场或拆下在平衡机上添加/去除配重块，直至达到平衡精度等级要求（如IS 1940 G2.5级）。

2. 不对中（联轴器对中不良）

表现形式： 振动以2倍频为主，同时伴有1倍频和高次谐波。径向和轴向振动均较大。可能导致联轴器发热、磨损，以及轴承承受额外的弯矩而损坏。 判定依据： 频谱中2倍频成分突出。进行对中检查时，使用百分表或激光对中仪测量，发现两联轴器在平行（偏移）和角度（张口）方向上偏差超差。 排除策略：
重新对中： 松开地脚螺栓和电机调整顶丝，使用专业的激光对中仪或双表法，精细调整电机位置，确保联轴器在冷态（或根据要求预留热膨胀量）下的对中误差在允许范围内。

3. 轴承故障

表现形式： 振动伴有高频冲击特性。初期可能表现为特定频率（如轴承内圈、外圈、滚动体故障频率）的振动，后期发展为宽带高频振动，噪音刺耳。温升可能异常。 判定依据： 使用振动加速度包络解谱技术或冲击脉冲法能有效早期诊断。在频谱上可见轴承各元件的特征频率及其边频带。后期手摸轴承箱可感到剧烈高频抖动和高温。 排除策略：
更换轴承： 一旦确诊，应立即计划停机更换。确保新轴承型号正确，采用热装或液压法正确安装，保证合理的配合公差和游隙，并加注适量、清洁的合适牌号润滑脂。

4. 基础松动或结构共振

表现形式： 振动不稳定，随负荷变化大。可能含有较多的高次谐波。地脚螺栓或基础底板可能存在肉眼可见的松动或裂纹。 判定依据： 检查地脚螺栓紧固力矩是否不足。用锤击测试基础各点，声音空洞处即为松动点。振动频谱中可能出现多倍频。 排除策略：
紧固与加固： 重新紧固地脚螺栓，必要时加装弹簧垫圈或防松螺母。如果基础框架刚性不足，需进行加固，如增加筋板、灌注环氧树脂浆料等，以改变其固有频率，避开共振区。

二、 性能下降（风量/风压不足）

1. 转速降低

表现形式： 风机出口压力表和流量计显示值均低于正常值。 判定依据： 使用转速表测量主轴实际转速，检查是否因皮带打滑、老化松弛（皮带传动）或电源频率问题（电机直联）导致转速未达到额定值。 排除策略： 张紧或更换皮带；检查电网电压和频率；检查电机是否故障。

2. 叶轮磨损、腐蚀或积垢

表现形式： 风量风压逐渐下降，能耗可能增加。效率显著降低。 判定依据： 停机后进入机壳内部检查，可见叶片头部、边缘或工作面严重磨损变薄，或附着厚厚积灰、结垢，改变了叶片的气动型线。 排除策略： 彻底清理叶轮积垢。对于磨损，可采用堆焊、喷涂耐磨材料或更换新叶轮的方式修复。对于腐蚀性介质，需选用更耐蚀的材料。

3. 系统阻力变化/管网堵塞

表现形式： 工作点偏离设计点。可能是管网中的过滤器堵塞、阀门开度不足、管道弯头过多或曝气头堵塞等，导致系统实际阻力曲线变陡。 判定依据： 检查系统各环节压差，排查堵塞点。对比风机进出口压力。 排除策略： 清理滤网、管道；全开调节阀门；优化管网设计，减少不必要的阻力元件。

4. 内泄漏增大

表现形式： 效率下降。部分高压气体通过叶轮与进气口之间的间隙（口环间隙）回流到低压区，形成内部循环，不做有用功。 判定依据： 停机检查口环间隙，若远大于设计值（通常为叶轮直径的千分之一到千分之三），即可判定。 排除策略： 更换或修复口环密封，将间隙调整至设计标准范围内。

三、 轴承温升过高

1. 润滑不良

表现形式： 轴承温度持续上升并超过允许值（通常>75℃）。 判定依据： 检查润滑脂是否变质、干涸、缺失或牌号错误。油脂过多同样会导致搅拌发热。 排除策略： 按规程定期、定量加注合适牌号的润滑脂。旧脂应彻底清除后再加新脂。

2. 轴承安装不当或损坏

表现形式： 温升快，伴有异响和振动。 判定依据： 如排除润滑问题，则可能是轴承游隙选择不当、安装时受力不均（如直接敲击）或已内部损伤。 排除策略： 正确安装轴承，必要时更换新轴承。

3. 冷却不足

表现形式： 环境温度高或轴承箱冷却水（如有）不通畅。 判定依据： 检查冷却水路是否堵塞、阀门是否开启。 排除策略： 疏通冷却管道，确保冷却介质流通。

第三章 系统性的故障诊断流程

面对一台故障风机，应遵循以下步骤：

问询与记录： 详细了解故障现象、发生时机、历史维修记录、运行参数变化等。 感官初步检查： 听异响、摸振动和温度、看泄漏和仪表读数、闻异味。 仪器精密诊断：
振动分析： 使用振动分析仪采集振动速度、加速度的频谱、相位等数据，是诊断机械故障的最有力工具。 对中检查： 使用激光对中仪检查对中情况。 工艺参数分析： 核对电流、风压、风量、转速等是否正常。
综合分析判断： 将各项检测结果与故障特征库进行比对，交叉验证，找出根本原因。 制定维修方案并实施： 根据诊断结果，制定针对性的维修计划并执行。 维修后验证： 修复后，再次运行风机并检测相关参数，确认故障已消除，并做好记录。

结语

离心风机的故障诊断是一项理论与实践紧密结合的技术工作。掌握其基本工作原理是基础，熟悉各种故障的典型特征是指南，而借助现代仪器进行精密分析则是关键。建立“定期检查、状态监测、预防性维修”的综合管理体系，方能变被动抢修为主动维护，最大限度地保障风机的安全、稳定、高效运行，为企业创造更大的经济效益。

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