高溫風(fēng)機的安裝與維護

摘要：結(jié)合工藝熱風(fēng)機在安裝與維護過程中的實際經(jīng)驗，簡要介紹了高溫風(fēng)機安裝的技術(shù)要點及常見故障的判斷與處理方法，同時通過實例對幾種故障處理的誤區(qū)進行了剖析。
關(guān)鍵詞： 高溫風(fēng)機   診斷   頻譜   

0  引言
工藝熱風(fēng)機在鋼鐵冶金、化工、電力等行業(yè)使用廣泛，相對于常溫風(fēng)機而言，高溫風(fēng)機的故障率較高，使用壽命也較短，在安裝及使用維護方面技術(shù)要求相對更高，難度更大。武鋼程潮鐵礦120萬噸球團廠的回?zé)犸L(fēng)機就曾經(jīng)因安裝、檢修中的失誤而導(dǎo)致風(fēng)機軸承燒壞、風(fēng)機振動超標(biāo)等故障。本文結(jié)合實例總結(jié)了球團廠高溫風(fēng)機在安裝、使用維護過程中的經(jīng)驗和教訓(xùn)。
1  高溫風(fēng)機的安裝調(diào)試
1.1  風(fēng)機主軸的安裝
    高溫風(fēng)機主軸的熱膨脹，是通過非定位端軸承的軸向游動實現(xiàn)的。在設(shè)計時已經(jīng)考慮了主軸在工況下的熱膨脹，一般在安裝圖紙上也會明確標(biāo)出軸承座、葉輪安裝的定位尺寸。在進行現(xiàn)場安裝作業(yè)時需要注意的問題：（1）根據(jù)主軸的膨脹方向，選定負(fù)荷端作為定位端；（2）根據(jù)端蓋的區(qū)別確定定位與非定位軸承座。
1.2  系統(tǒng)找正
    系統(tǒng)找正主要包括：軸承座的中心找正、風(fēng)機軸與電機的找正。為避免熱態(tài)下出現(xiàn)的“假對中”，高溫風(fēng)機各部分的找正一定要在常溫下進行。
1.3  潤滑站的安裝
    風(fēng)機潤滑站的安裝距離軸承座不宜太遠(yuǎn)，以避開高溫環(huán)境為準(zhǔn)。潤滑站太遠(yuǎn)會導(dǎo)致進油、回油管路過長，油液沿程損失大，并容易出現(xiàn)軸承座進油壓力不足、回油不暢、軸承座漏油等故障（尤其在冬季冷態(tài)啟車的情況下最容易出現(xiàn)）。
1.4  試車
    常溫下的介質(zhì)密度比實際工況大許多。因此，高溫風(fēng)機的冷態(tài)試車，必須保證進風(fēng)風(fēng)門處于關(guān)閉狀態(tài)，否則容易出現(xiàn)電流過高而無法正常啟動以及容易造成液力耦合器負(fù)荷啟車損壞的現(xiàn)象。
2  常見故障的診斷與處理
2.1  風(fēng)機的振動
    振動超標(biāo)是熱風(fēng)機運行中最常見的故障，是影響風(fēng)機安全運行及工廠正常生產(chǎn)的重要因素。導(dǎo)致風(fēng)機振動的原因很多，常見的原因：轉(zhuǎn)子失衡、系統(tǒng)對中不良、松動、動靜件摩擦、滾動軸承故障、轉(zhuǎn)子彎曲、共振、電機故障引起風(fēng)機振動等。
2.1.1  熱風(fēng)機轉(zhuǎn)子失衡的原因及處理方法
    轉(zhuǎn)子失衡是導(dǎo)致風(fēng)機振動超標(biāo)的最常見原因。單純的轉(zhuǎn)子失衡振動特征很明顯，其表現(xiàn)：（1）波形近似正弦波；（2）頻譜圖中，諧波能量主要集中在基頻。由于燒結(jié)廠、球團廠的工藝熱風(fēng)機工作環(huán)境特殊，導(dǎo)致風(fēng)機轉(zhuǎn)子失衡的因素也相對復(fù)雜。球團廠熱風(fēng)機轉(zhuǎn)子失衡的常見原因及處理方法見表1。
2.1.2  其他幾種常見振動故障的簡單判斷方法見表2。
2.2  軸承溫度高
軸承溫度高也是熱風(fēng)機運行中常見的故障，其原因很多，但對高溫風(fēng)機而言，主要包括6個方面：
    （1）軸承磨損嚴(yán)重，軸向及徑向游隙過大。這主要是軸承使用時間過長，滾珠和保持架等磨損嚴(yán)重，需要更換；                                                                                                                                                                                           
（2）潤滑油量不足或過量。熱風(fēng)機多為循環(huán)油潤滑，潤滑站的油壓和油溫對軸承座溫度有很大影響，一般稀油站的供油壓力為0.15～0.2MPa,供油溫度不超過40℃。應(yīng)定期清洗油過濾器。同時，進油管和回油管距離機殼不宜太近，避免環(huán)境溫度的輻射影響油溫；
（3）潤滑油變質(zhì)或牌號不對，粘度太低或太高。一般高溫風(fēng)機的潤滑油最好半年更換一次，且牌號以32＃或46＃為宜（或嚴(yán)格按設(shè)備說明書要求選擇潤滑油）；
（4）環(huán)境溫度太高。高溫風(fēng)機的軸承座溫度隨環(huán)境溫度的波動較大，工藝操作上的不穩(wěn)定導(dǎo)致風(fēng)溫不穩(wěn)定，從而影響軸承座溫度是經(jīng)常碰到的問題；
（5）安裝誤差。兩端軸承安裝不同心或由于主軸安裝定位的誤差，造成非定位端軸承座端蓋與軸承外環(huán)間隙太小，主軸受熱膨脹后，軸承外環(huán)與端蓋產(chǎn)生摩擦等都會導(dǎo)致軸承發(fā)熱；
（6）軸承外圈轉(zhuǎn)動與軸承箱內(nèi)孔摩擦。

表1  熱風(fēng)機轉(zhuǎn)子失衡的常見原因及處理方法
序號 常見的失衡原因 處理方法
1 系統(tǒng)除塵效果差，使葉輪出現(xiàn)不均勻磨損，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子失衡 1.如果葉輪總體磨損并不嚴(yán)重，可以直接通過現(xiàn)場動平衡，解決問題；
2.如果葉輪總體磨損較嚴(yán)重，葉片耐磨層已磨去2/3以上，為避免繼續(xù)磨損而導(dǎo)致整個葉輪報廢，最好采用先堆焊耐磨層，再進行現(xiàn)場動平衡的方法。這樣可以反復(fù)作業(yè)，可以延長葉輪壽命近1倍。堆焊焊條可以根據(jù)葉片母材進行選擇，比如D227、R317等均是性能較好的堆焊材料。另外，應(yīng)根據(jù)風(fēng)機進風(fēng)口的結(jié)構(gòu)選擇堆焊層的部位及厚度，以提高堆焊質(zhì)量。比如雙側(cè)進風(fēng)的風(fēng)機，磨損最劇烈的部位在葉片中間，此處的堆焊層的焊縫應(yīng)密而厚，這樣可以有效提高磨損周期
2 煙氣中的灰粉沉積在葉片背面，導(dǎo)致失衡 這也是球團廠熱風(fēng)機的常見故障。將葉輪清理干凈即可消除振動
3 可拆卸式葉片耐磨襯板的固定螺栓松動脫落 如果風(fēng)機葉片的耐磨層是可拆卸式的，在對風(fēng)機進行動平衡之前，務(wù)必要仔細(xì)檢查葉輪的每一顆螺栓，將出現(xiàn)松動的重新擰緊并點焊，否則很難通過現(xiàn)場動平衡消除振動
4 雙層包夾式葉片根部焊縫磨穿，在葉輪轉(zhuǎn)動中灌風(fēng)或灰塵進入葉片空腔，導(dǎo)致失衡 該處焊縫磨損后導(dǎo)致的振動，往往比單純的葉片磨損而引起的振動更為明顯，振動更為劇烈。待夾縫中的灰塵全部清除干凈，將開裂的焊縫補焊后，進行現(xiàn)場動平衡，消除振動
 
                          
表2  幾種常見振動故障的簡單判斷方法
序號 故障原因 典型故障特征
1 軸承座地腳螺栓松動 徑向水平振動值不穩(wěn)定；鉛垂方向振動大，且軸承座比剛性基礎(chǔ)振動值明顯偏高；頻譜圖中出現(xiàn)高次諧波，并呈逐階遞減趨勢
2 轉(zhuǎn)子動靜摩碰 風(fēng)機運行中伴有明顯的金屬摩擦或撞擊聲；波形中出現(xiàn)沖擊信號，并有削峰
3 系統(tǒng)對中不良 軸向振動較大； 2倍頻出現(xiàn)峰值

3  高溫風(fēng)機故障處理的誤區(qū)
3.1 誤區(qū)一
風(fēng)機軸承外圈裝配間隙太大，出現(xiàn)“跑圈”現(xiàn)象。
在熱風(fēng)機檢修過程中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)軸承外環(huán)外圈與軸承座有相對滑動摩擦的痕跡，情況嚴(yán)重的甚至出現(xiàn)軸承座上蓋內(nèi)磨出明顯的臺階、軸承外圈出現(xiàn)輕微燒灼現(xiàn)象，即通常說的“軸承跑圈”。2005年，我礦在檢修2＃回?zé)犸L(fēng)機時，就因為工人誤認(rèn)為軸承跑圈，通過壓鉛法測量間隙后，在上蓋與軸承之間墊薄銅板將軸承壓緊。開車后，當(dāng)工作溫度升到270℃，運轉(zhuǎn)不到6h，該軸承連同風(fēng)機軸全部燒壞，致使風(fēng)機轉(zhuǎn)子報廢。
實際上，在高溫風(fēng)機的運行中，這種“軸承跑圈”現(xiàn)象是經(jīng)常出現(xiàn)的。因為風(fēng)機的主軸在運行中存在熱膨脹，軸承的安裝方式為“一端固定、一端游動”，因此軸承外圈與軸承座孔之間為間隙配合。在運行過程中，就出現(xiàn)了非定位端軸承隨著主軸的膨脹而軸向游動，軸承外圈在滾珠的帶動下和軸承座內(nèi)環(huán)出現(xiàn)一定程度的相對滑動是允許的。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時，絕不能簡單的認(rèn)為是“軸承跑圈”將軸承壓緊從而造成事故。
3.2  誤區(qū)二
風(fēng)機振動大——轉(zhuǎn)子“失衡”。
如前所述，風(fēng)機振動大的原因很多，轉(zhuǎn)子失衡只是其中之一。而很多故障在頻譜分析中表現(xiàn)出來的特征與失衡基本吻合，但如不仔細(xì)檢查，僅僅通過現(xiàn)場動平衡來消除，雖然可以降低振動值，但并沒有解決根本問題，有時甚至?xí)韾盒匝h(huán)，比如葉片積灰和夾層焊縫開裂等；另外，還有一些故障雖然頻譜特征與失衡極為相似，卻并非失衡，無法通過動平衡來消除振動，比如轉(zhuǎn)子彎曲、葉輪中盤連接松動等。我礦2＃回?zé)犸L(fēng)機就有過一次這樣的實例（風(fēng)機有關(guān)技術(shù)參數(shù)見表3）。
表3  2＃回?zé)犸L(fēng)機主要技術(shù)參數(shù)
生產(chǎn)廠家 重慶通用風(fēng)機廠（英國豪登技術(shù)） 風(fēng)量 260000 m3/h
電機功率 710kW 轉(zhuǎn)速 1480r/min
聯(lián)軸器類型 液力耦合器 主軸－葉輪連接方式 通過中盤高強度螺栓連接
葉輪直徑 2.70m 進風(fēng)方式 雙側(cè)進風(fēng)
葉片數(shù)量 10片 耐磨層類型 可拆卸耐磨板

2005年底，因工藝系統(tǒng)改造移位后，風(fēng)機振動嚴(yán)重超標(biāo)，無法正常開車。通過現(xiàn)場測量后發(fā)現(xiàn)，風(fēng)機負(fù)荷端振動比非負(fù)荷端大了近1倍，第一次測量的負(fù)荷端軸承座波形、頻譜如圖1所示。
 
            （a）振動波形圖
 
           （b）振動頻譜圖
圖1 負(fù)荷端軸承座初次測量振動圖譜
從波形和頻譜圖得出結(jié)論：（1）波形以正
弦波為主，頻譜圖中基頻是主要成分，總體呈現(xiàn)失衡的特征；（2）頻譜圖中2倍頻至6倍頻諧波均出現(xiàn)較大峰值，且伴有高次諧波，由此判斷存在不對中和松動現(xiàn)象。然而將風(fēng)機地腳螺栓緊固一遍，同時對系統(tǒng)重新找正，再次開車測量時，發(fā)現(xiàn)振動值和頻譜圖幾乎沒有變化。通過對軸承座與基礎(chǔ)底座鉛垂方向振動的多次測量，確定負(fù)荷端地腳螺栓基礎(chǔ)出現(xiàn)松動。將軸承座的二次基礎(chǔ)打開后發(fā)現(xiàn)墊鐵明顯松動，且有一根地腳螺栓已經(jīng)斷裂。為防止因振動大而導(dǎo)致地腳螺栓的澆灌基礎(chǔ)也出現(xiàn)松動，將負(fù)荷端二次基礎(chǔ)打掉后，重新放線找正，現(xiàn)場打眼，用環(huán)氧砂漿法重新澆注地腳螺栓。之后開車測量，振動值降了一半，且兩端軸承座振動很接近，頻譜如圖2所示。
 
圖2  處理負(fù)荷端軸承座地腳螺栓松動后振動頻譜圖
從頻譜圖分析得出：2倍頻及諧波基本消除，但基頻仍然有很高的峰值，初始判斷為失衡。然而通過測量相位，發(fā)現(xiàn)振動相位很不穩(wěn)定，且變化幅度較大，無法實施現(xiàn)場動平衡。綜合以上信息再次判斷風(fēng)機轉(zhuǎn)子葉輪中盤的連接螺栓松動。被迫再次停機檢查，發(fā)現(xiàn)6根中盤螺栓有4根出現(xiàn)少許松動，有1根嚴(yán)重松動（如圖3所示）。處理完螺栓的松動，再對風(fēng)機進行現(xiàn)場動平衡，最終將風(fēng)機振動值降至4.3mm/s，完成了整個故障的處理工作。
通過實例充分證明了有些故障與轉(zhuǎn)子失衡的特征相似，卻不一定是簡單的失衡，也決不是通過簡單的現(xiàn)場平衡就能解決的。
 
圖3  葉輪中盤螺栓松動圖
4  結(jié)論
    高溫風(fēng)機在安裝、維修與故障診斷中有一些特殊的技術(shù)要求，這就要求技術(shù)人員在處理相關(guān)的問題或進行故障判斷時，不能按常溫設(shè)備的經(jīng)驗去操作，否則輕則會影響風(fēng)機的安全運行、降低設(shè)備使用壽命，重則會造成嚴(yán)重的設(shè)備事故。

制造的關(guān)鍵是數(shù)控加工中心
    羅茨風(fēng)機（羅茨鼓風(fēng)機）的生產(chǎn)制造已經(jīng)算不上什么高科技了，幾十年來中國的羅茨風(fēng)機（羅茨鼓風(fēng)機）生產(chǎn)制造廠家在逐步增加，尤其是章丘的羅茨風(fēng)機，羅茨風(fēng)機的生產(chǎn)一直靠車間一線的機械操作工人的責(zé)任心在辦事情。

    除了這樣，就只能在自動控制上下功夫了，我們公司花了近260萬元引進國內(nèi)最先進的數(shù)控加工中心，期望靠電腦控制的機械加工設(shè)備來確保加工精度和效率了，同時也確實保證了羅茨風(fēng)機（羅茨鼓風(fēng)機）的質(zhì)量了。

    現(xiàn)在國內(nèi)的絕大多數(shù)同行還是在用傳統(tǒng)的機械加工手段，主要靠生產(chǎn)過程中的質(zhì)量管理來保證質(zhì)量。這樣雖是個辦法，但也落后了許多，因為如果工人沒有責(zé)任心的話，那質(zhì)量就無從保證了。

    但我公司有了數(shù)控加工中心后，你想要的結(jié)果是不靠人的主觀能動性來保證的。這樣幾乎就從管理難度很大的車間一線源頭開始，避免了質(zhì)量的波動和生產(chǎn)效率的低下，只要你給它通電，數(shù)控加工中心就會一絲不茍、認(rèn)認(rèn)真真的完成生產(chǎn)任務(wù)，而且從不喊累，也不會發(fā)牢騷。你的心情也會很好！

    現(xiàn)在，羅茨風(fēng)機（羅茨鼓風(fēng)機）的生產(chǎn)制造，關(guān)鍵的就是看是否有數(shù)控加工中心，其他的問題都是不關(guān)原則的小事情了。
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