离心风机基础知识与常见故障判定解析

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：离心风机、工作原理、性能参数、机械故障、气动故障、状态监测、故障诊断

引言

离心风机作为一种将电能转换为气体动能和压能的通用流体机械，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能效与安全。作为一名风机技术从业者，深入理解其基础工作原理，并精准判定其故障表现形式，是进行高效维护、减少非计划停机的核心能力。本文旨在系统梳理离心风机的基础知识，并重点解析其常见故障的表现形式与判定方法，以期为同行提供一份实用的技术参考。

第一部分：离心风机基础知识

一、 基本结构与工作原理

离心风机主要由以下几个核心部件构成：

进风口： 引导气体均匀地进入叶轮，减少入口流动损失。 叶轮： 风机的“心脏”，由前盘、后盘和夹在其中的叶片组成。它是唯一对气体做功的部件，通过高速旋转将机械能传递给气体，使其获得动能和压能。 机壳： 又称蜗壳，包裹在叶轮外部。其形状通常为阿基米德螺线形，主要作用是收集从叶轮中流出的气体，并将其动能部分转化为静压能，最后导向出口。 主轴： 传递动力，支撑叶轮旋转。 轴承座与轴承： 支撑主轴，保证其平稳旋转。 传动组： 包括电机、联轴器或皮带轮等，将电动机的动力传递给风机主轴。

工作原理： 电机驱动风机叶轮高速旋转，叶轮叶片通道间的气体在离心力的作用下，被甩向叶轮周边，经蜗壳形机壳的引导向出口流出。与此同时，叶轮中心部位由于气体被甩出而形成低压区，外界气体在大气压作用下被源源不断地压入进风口，从而形成连续的气体流动。

二、 核心性能参数

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）。是衡量风机输送气体能力的关键参数。 风压（P）： 风机进出口气体全压之差，单位为帕斯卡（Pa）。它代表了风机赋予气体能量的多少，用于克服管网系统的阻力。全压（Pt）由静压（Ps，用于克服阻力）和动压（Pv，气体因速度具有的能量）组成，即 全压等于静压加动压。 功率（N）：
有效功率（Ne）： 单位时间内风机实际传递给气体的能量。计算公式为：有效功率等于风量乘以全压。 轴功率（Nz）： 单位时间内由电机输入到风机主轴上的功率。由于存在各种损失，轴功率总是大于有效功率。
效率（η）： 风机有效功率与轴功率之比，是衡量风机气动性能优劣和经济性的重要指标。计算公式为：效率等于有效功率除以轴功率再乘以百分之百。 转速（n）： 风机叶轮每分钟旋转的圈数，单位为转每分钟（r/min）。

这些参数并非独立，而是相互关联的，共同构成了风机的性能曲线。

第二部分：常见故障表现形式及其判定解析

风机故障主要分为机械故障和气动/性能故障两大类。判定故障需要综合运用“看、听、摸、测”等手段。

一、 机械故障

转子不平衡（Vibration Due tUnbalance）
表现形式： 风机振动超标，是最常见的故障。振动值在径向（特别是水平方向）最大，且振动频率以 1倍转频 为主导。振动随转速升高而急剧增大。可能伴有异常噪声。 判定解析： 使用振动分析仪测量，频谱图中1倍转频成分突出，相位稳定。原因包括：叶轮表面积灰或结垢不均匀（常见于除尘风机）、叶片磨损不均、局部腐蚀、装配不当或配重块脱落。停机后检查叶轮，可见明显的积灰或磨损不对称现象。
不对中（Misalignment）
表现形式： 风机和电机联轴器两侧振动大，通常表现为 径向振动大，且可能伴有 2倍转频 成分。轴向振动也较大是其典型特征。如果采用皮带传动，皮带轮不对中会导致皮带磨损过快、异常噪音。 判定解析： 振动频谱中除1倍转频外，2倍转频成分也较高。进行激光对中仪检测可精确发现平行不对中和角度不对中问题。手摸轴承座或电机底座，可能感觉温度偏高。
轴承故障（Bearing Failure）
表现形式： 早期表现为轻微异响（“沙沙”声），发展后出现高频尖啸声或冲击声。振动加速度值明显升高。温度异常升高，后期可烫手。 判定解析： 使用振动加速度传感器和包络解调技术进行分析。频谱中会出现 轴承各部件（内圈、外圈、滚动体、保持架）的特征频率 及其倍频。若特征频率清晰出现，说明轴承已出现点蚀或剥落。润滑不良是主因。
地脚螺栓松动/基础刚性不足（Foundation Looseness）
表现形式： 振动不稳定，时大时小。在垂直方向振动可能更为敏感。有时伴有“咯噔”的异响。 判定解析： 用锤子轻敲地脚螺栓螺母，听声音判断是否紧固。检查混凝土基础是否有裂纹。振动频谱中除转频外，可能出现较多的高频成分。
转子碰摩（Rotor Rubbing）
表现形式： 振动剧烈，有时呈“削波”现象，噪声刺耳。可能看到机壳或进风口处有摩擦产生的火花（对于金属部件）。 判定解析： 振动频谱非常丰富，会出现 转频的多次谐波（2X, 3X...） 和 高频成分。停机后盘车，可能感觉有卡滞点或听到摩擦声。需紧急停机处理。

二、 气动与性能故障

喘振（Surge）
表现形式： 系统中最危险的故障之一。表现为风机流量、压力大幅度、低频率的剧烈波动。风机及管道发出低沉“呼哧、呼哧”的喘息声，机体剧烈振动，仪表指针大幅摆动。严重时可能损坏轴承和密封，甚至导致结构破坏。 判定解析： 发生在风机小流量工况下，当管网阻力过大（如阀门关闭过多）而风机压力不足以克服时，气体会倒流，形成周期性振荡。判定关键：小流量工况 + 参数周期性剧烈波动 + 低沉异常噪声。应立即开大阀门或采取其他措施增大流量。
旋转失速（Rotating Stall）
表现形式： 喘振的前兆。发生在风机叶轮流道内，是局部小范围的失速团围绕叶轮旋转的现象。振动和噪声有所增加，但不如喘振剧烈，参数波动频率更高。 判定解析： 振动频谱中会出现 低于转频的频率成分（失速团旋转频率）。较难与其它故障区分，需结合工况（通常也在部分负荷）分析。
叶片磨损/腐蚀（Blade Erosion/Corrosion）
表现形式： 风机性能逐渐下降，风量、风压不足，能耗增加。振动缓慢增大，频谱以1倍转频为主，呈现不平衡特征。 判定解析： 需停机开盖检查。常见于输送含粉尘、腐蚀性气体或高温烟气的风机。叶片表面出现磨薄、穿孔或边缘呈锯齿状。
进口管道泄漏或堵塞（Inlet Blockage/Leakage）
表现形式：
堵塞： 进口压力（真空度）异常增大，风量减小，电机电流可能升高（因压力比增大）。 泄漏： 吸入未经处理的气体（如除尘器泄漏），风量异常增大，但全压效率下降，可能加剧磨损。
判定解析： 检查系统压力、流量仪表读数是否与历史正常值偏离。现场排查进口滤网、阀门、管道是否有异物或破损。
皮带打滑/过紧（Belt Slippage/Over-tightening）
表现形式：
打滑： 风机转速下降，风量风压不足，电机电流偏低，可能闻到皮带烧焦味。 过紧： 轴承负载过大，温度异常升高，能耗增加，轴承寿命缩短。
判定解析： 目视检查皮带松紧度（用手压下有适度挠度）。观察皮带是否有磨损、裂纹。

第三部分：故障判定的系统方法与实践建议

建立基准： 记录风机在正常工况下的振动、温度、噪声、电流、压力、流量等数据，作为判断异常的基准。 综合监测： 不要依赖单一参数。应结合振动、温度、性能参数、声音等多种信息进行综合判断。 趋势分析： 关注参数随时间的变化趋势。缓慢劣化（如振动逐渐增大）通常是磨损类故障；突然变化可能是部件断裂或堵塞。 利用工具： 熟练使用振动分析仪、红外测温枪、超声波检漏仪等工具，使诊断从“经验化”走向“精准化”。 安全第一： 在检查和诊断过程中，务必遵守安全规程，特别是锁定能源（Lockout-Tagout），确保人身安全。

结语

离心风机的故障诊断是一个理论与实践紧密结合的过程。掌握其基本工作原理和性能参数是基础，熟悉各种故障的独特“症状”是关键，而建立系统的监测和分析方法则是保障。通过精准的判定与及时的维护，不仅能有效避免 catastrophic failure（灾难性故障），更能显著提升风机的运行效率和使用寿命，为企业创造更大的经济与安全价值。希望本文能为广大风机技术同仁提供有益的借鉴和启发。

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