高溫風機的安裝與維護

摘要：結合工藝熱風機在安裝與維護過程中的實際經驗，簡要介紹了高溫風機安裝的技術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進行了剖析。
關鍵詞： 高溫風機   診斷   頻譜   

0  引言
工藝熱風機在鋼鐵冶金、化工、電力等行業使用廣泛，相對于常溫風機而言，高溫風機的故障率較高，使用壽命也較短，在安裝及使用維護方面技術要求相對更高，難度更大。武鋼程潮鐵礦120萬噸球團廠的回熱風機就曾經因安裝、檢修中的失誤而導致風機軸承燒壞、風機振動超標等故障。本文結合實例總結了球團廠高溫風機在安裝、使用維護過程中的經驗和教訓。
1  高溫風機的安裝調試
1.1  風機主軸的安裝
    高溫風機主軸的熱膨脹，是通過非定位端軸承的軸向游動實現的。在設計時已經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出軸承座、葉輪安裝的定位尺寸。在進行現場安裝作業時需要注意的問題：（1）根據主軸的膨脹方向，選定負荷端作為定位端；（2）根據端蓋的區別確定定位與非定位軸承座。
1.2  系統找正
    系統找正主要包括：軸承座的中心找正、風機軸與電機的找正。為避免熱態下出現的“假對中”，高溫風機各部分的找正一定要在常溫下進行。
1.3  潤滑站的安裝
    風機潤滑站的安裝距離軸承座不宜太遠，以避開高溫環境為準。潤滑站太遠會導致進油、回油管路過長，油液沿程損失大，并容易出現軸承座進油壓力不足、回油不暢、軸承座漏油等故障（尤其在冬季冷態啟車的情況下最容易出現）。
1.4  試車
    常溫下的介質密度比實際工況大許多。因此，高溫風機的冷態試車，必須保證進風風門處于關閉狀態，否則容易出現電流過高而無法正常啟動以及容易造成液力耦合器負荷啟車損壞的現象。
2  常見故障的診斷與處理
2.1  風機的振動
    振動超標是熱風機運行中最常見的故障，是影響風機安全運行及工廠正常生產的重要因素。導致風機振動的原因很多，常見的原因：轉子失衡、系統對中不良、松動、動靜件摩擦、滾動軸承故障、轉子彎曲、共振、電機故障引起風機振動等。
2.1.1  熱風機轉子失衡的原因及處理方法
    轉子失衡是導致風機振動超標的最常見原因。單純的轉子失衡振動特征很明顯，其表現：（1）波形近似正弦波；（2）頻譜圖中，諧波能量主要集中在基頻。由于燒結廠、球團廠的工藝熱風機工作環境特殊，導致風機轉子失衡的因素也相對復雜。球團廠熱風機轉子表1  熱風機轉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 系統除塵效果差，使葉輪出現不均勻磨損，導致轉子失衡 1.如果葉輪總體磨損并不嚴重，可以直接通過現場動平衡，解決問題；
2.如果葉輪總體磨損較嚴重，葉片耐磨層已磨去2/3以上，為避免繼續磨損而導致整個葉輪報廢，最好采用先堆焊耐磨層，再進行現場動平衡的方法。這樣可以反復作業，可以延長葉輪壽命近1倍。堆焊焊條可以根據葉片母材進行選擇，比如D227、R317等均是性能較好的堆焊材料。另外，應根據風機進風口的結構選擇堆焊層的部位及厚度，以提高堆焊質量。比如雙側進風的風機，磨損最劇烈的部位在葉片中間，此處的堆焊層的焊縫應密而厚，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，導致失衡 這也是球團廠熱風機的常見故障。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 如果風機葉片的耐磨層是可拆卸式的，在對風機進行動平衡之前，務必要仔細檢查葉輪的每一顆螺栓，將出現松動的重新擰緊并點焊，否則很難通過現場動平衡消除振動
4 雙層包夾式葉片根部焊縫磨穿，在葉輪轉動中灌風或灰塵進入葉片空腔，導致失衡 該處焊縫磨損后導致的振動，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定；鉛垂方向振動大，且軸承座比剛性基礎振動值明顯偏高；頻譜圖中出現高次諧波，并呈逐階遞減趨勢
2 轉子動靜摩碰 風機運行中伴有明顯的金屬摩擦或撞擊聲；波形中出現沖擊信號，并有削峰
3 系統對中不良 軸向振動較大； 2倍頻出現峰值

3  高溫風機故障處理的誤區
3.1 誤區一
風機軸承外圈裝配間隙太大，出現“跑圈”現象。
在熱風機檢修過程中，經常發現軸承外環外圈與軸承座有相對滑動摩擦的痕跡，情況嚴重的甚至出現軸承座上蓋內磨出明顯的臺階、軸承外圈出現輕微燒灼現象，即通常說的“軸承跑圈”。2005年，我礦在檢修2＃回熱風機時，就因為工人誤認為軸承跑圈，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，當工作溫度升到270℃，運轉不到6h，該軸承連同風機軸全部燒壞，致使風機轉子報廢。
實際上，在高溫風機的運行中，這種“軸承跑圈”現象是經常出現的。因為風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環出現一定程度的相對滑動是允許的。當出現這種情況時，絕不能簡單的認為是“軸承跑圈”將軸承壓緊從而造成事故。
3.2  誤區二
風機振動大——轉子“失衡”。
如前所述，風機振動大的原因很多，轉子失衡只是其中之一。而很多故障在頻譜分析中表現出來的特征與失衡基本吻合，但如不仔細檢查，僅僅通過現場動平衡來消除，雖然可以降低振動值，但并沒有解決根本問題，有時甚至會帶來惡性循環，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，比如轉子彎曲、葉輪中盤連接松動等。我礦2＃回熱風機就有過一次這樣的實例（風機有關技術參數見表3）。
表3  2＃回熱風機主要技術參數
生產廠家 重慶通用風機廠（英國豪登技術） 風量 260000 m3/h
電機功率 710kW 轉速 1480r/min
聯軸器類型 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 進風方式 雙側進風
葉片數量 10片 耐磨層類型 可拆卸耐磨板

2005年底，因工藝系統改造移位后，風機振動嚴重超標，無法正常開車。通過現場測量后發現，風機負荷端振動比非負荷端大了近1倍，第一次測量的負荷端軸承座波形、頻譜如圖1所示。
 
            （a）振動波形圖
 
           （b）振動頻譜圖
圖1 負荷端軸承座初次測量振動圖譜
從波形和頻譜圖得出結論：（1）波形以正
弦波為主，頻譜圖中基頻是主要成分，總體呈現失衡的特征；（2）頻譜圖中2倍頻至6倍頻諧波均出現較大峰值，且伴有高次諧波，由此判斷存在不對中和松動現象。然而將風機地腳螺栓緊固一遍，同時對系統重新找正，再次開車測量時，發現振動值和頻譜圖幾乎沒有變化。通過對軸承座與基礎底座鉛垂方向振動的多次測量，確定負荷端地腳螺栓基礎出現松動。將軸承座的二次基礎打開后發現墊鐵明顯松動，且有一根地腳螺栓已經斷裂。為防止因振動大而導致地腳螺栓的澆灌基礎也出現松動，將負荷端二次基礎打掉后，重新放線找正，現場打眼，用環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，發現振動相位很不穩定，且變化幅度較大，無法實施現場動平衡。綜合以上信息再次判斷風機轉子葉輪中盤的連接螺栓松動。被迫再次停機檢查，發現6根中盤螺栓有4根出現少許松動，有1根嚴重松動（如圖3所示）。處理完螺栓的松動，再對風機進行現場動平衡，最終將風機振動值降至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場平衡就能解決的。
 
圖3  葉輪中盤螺栓松動圖
4  結論
    高溫風機在安裝、維修與故障診斷中有一些特殊的技術要求，這就要求技術人員在處理相關的問題或進行故障判斷時，不能按常溫設備的經驗去操作，否則輕則會影響風機的安全運行、降低設備使用壽命，重則會造成嚴重的設備事故。

失衡的常見原因及處理方法見表1。
孫慶偉18954110001      羅茨風機銷售維修           合作愉快！