高溫風(fēng)機(jī)的安裝與維護(hù)

摘要：結(jié)合工藝熱風(fēng)機(jī)在安裝與維護(hù)過(guò)程中的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，簡(jiǎn)要介紹了高溫風(fēng)機(jī)安裝的技術(shù)要點(diǎn)及常見(jiàn)故障的判斷與處理方法，同時(shí)通過(guò)實(shí)例對(duì)幾種故障處理的誤區(qū)進(jìn)行了剖析。
關(guān)鍵詞： 高溫風(fēng)機(jī)   診斷   頻譜   

0  引言
工藝熱風(fēng)機(jī)在鋼鐵冶金、化工、電力等行業(yè)使用廣泛，相對(duì)于常溫風(fēng)機(jī)而言，高溫風(fēng)機(jī)的故障率較高，使用壽命也較短，在安裝及使用維護(hù)方面技術(shù)要求相對(duì)更高，難度更大。武鋼程潮鐵礦120萬(wàn)噸球團(tuán)廠的回?zé)犸L(fēng)機(jī)就曾經(jīng)因安裝、檢修中的失誤而導(dǎo)致風(fēng)機(jī)軸承燒壞、風(fēng)機(jī)振動(dòng)超標(biāo)等故障。本文結(jié)合實(shí)例總結(jié)了球團(tuán)廠高溫風(fēng)機(jī)在安裝、使用維護(hù)過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。
1  高溫風(fēng)機(jī)的安裝調(diào)試
1.1  風(fēng)機(jī)主軸的安裝
    高溫風(fēng)機(jī)主軸的熱膨脹，是通過(guò)非定位端軸承的軸向游動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。在設(shè)計(jì)時(shí)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(huì)明確標(biāo)出軸承座、葉輪安裝的定位尺寸。在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝作業(yè)時(shí)需要注意的問(wèn)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(jī)軸與電機(jī)的找正。為避免熱態(tài)下出現(xiàn)的“假對(duì)中”，高溫風(fēng)機(jī)各部分的找正一定要在常溫下進(jìn)行。
1.3  潤(rùn)滑站的安裝
    風(fēng)機(jī)潤(rùn)滑站的安裝距離軸承座不宜太遠(yuǎn)，以避開(kāi)高溫環(huán)境為準(zhǔn)。潤(rùn)滑站太遠(yuǎn)會(huì)導(dǎo)致進(jìn)油、回油管路過(guò)長(zhǎng)，油液沿程損失大，并容易出現(xiàn)軸承座進(jìn)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(shí)際工況大許多。因此，高溫風(fēng)機(jī)的冷態(tài)試車，必須保證進(jìn)風(fēng)風(fēng)門處于關(guān)閉狀態(tài)，否則容易出現(xiàn)電流過(guò)高而無(wú)法正常啟動(dòng)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(jiàn)故障的診斷與處理
2.1  風(fēng)機(jī)的振動(dòng)
    振動(dòng)超標(biāo)是熱風(fēng)機(jī)運(yùn)行中最常見(jiàn)的故障，是影響風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行及工廠正常生產(chǎn)的重要因素。導(dǎo)致風(fēng)機(jī)振動(dòng)的原因很多，常見(jiàn)的原因：轉(zhuǎn)子失衡、系統(tǒng)對(duì)中不良、松動(dòng)、動(dòng)靜件摩擦、滾動(dòng)軸承故障、轉(zhuǎn)子彎曲、共振、電機(jī)故障引起風(fēng)機(jī)振動(dòng)等。
2.1.1  熱風(fēng)機(jī)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(jī)振動(dòng)超標(biāo)的最常見(jiàn)原因。單純的轉(zhuǎn)子失衡振動(dòng)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(tuán)廠的工藝熱風(fēng)機(jī)工作環(huán)境特殊，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子失衡的因素也相對(duì)復(fù)雜。球團(tuán)廠熱風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子失衡的常見(jiàn)原因及處理方法見(jiàn)表1。
2.1.2  其他幾種常見(jiàn)振動(dòng)故障的簡(jiǎn)單判斷方法見(jiàn)表2。
2.2  軸承溫度高
軸承溫度高也是熱風(fēng)機(jī)運(yùn)行中常見(jiàn)的故障，其原因很多，但對(duì)高溫風(fēng)機(jī)而言，主要包括6個(gè)方面：
    （1）軸承磨損嚴(yán)重，軸向及徑向游隙過(guò)大。這主要是軸承使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，滾珠和保持架等磨損嚴(yán)重，需要更換；                                                                                                                                                                                           
（2）潤(rùn)滑油量不足或過(guò)量。熱風(fēng)機(jī)多為循環(huán)油潤(rùn)滑，潤(rùn)滑站的油壓和油溫對(duì)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(guò)40℃。應(yīng)定期清洗油過(guò)濾器。同時(shí)，進(jìn)油管和回油管距離機(jī)殼不宜太近，避免環(huán)境溫度的輻射影響油溫；
（3）潤(rùn)滑油變質(zhì)或牌號(hào)不對(duì)，粘度太低或太高。一般高溫風(fēng)機(jī)的潤(rùn)滑油最好半年更換一次，且牌號(hào)以32＃或46＃為宜（或嚴(yán)格按設(shè)備說(shuō)明書(shū)要求選擇潤(rùn)滑油）；
（4）環(huán)境溫度太高。高溫風(fēng)機(jī)的軸承座溫度隨環(huán)境溫度的波動(dòng)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(wèn)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(huì)導(dǎo)致軸承發(fā)熱；
（6）軸承外圈轉(zhuǎn)動(dòng)與軸承箱內(nèi)孔摩擦。

表1  熱風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子失衡的常見(jiàn)原因及處理方法
序號(hào) 常見(jiàn)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(guò)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡，解決問(wèn)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(gè)葉輪報(bào)廢，最好采用先堆焊耐磨層，再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡的方法。這樣可以反復(fù)作業(yè)，可以延長(zhǎng)葉輪壽命近1倍。堆焊焊條可以根據(jù)葉片母材進(jìn)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(jī)進(jìn)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(jìn)風(fēng)的風(fēng)機(jī)，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(tuán)廠熱風(fēng)機(jī)的常見(jiàn)故障。將葉輪清理干凈即可消除振動(dòng)
3 可拆卸式葉片耐磨襯板的固定螺栓松動(dòng)脫落 如果風(fēng)機(jī)葉片的耐磨層是可拆卸式的，在對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行動(dòng)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(dòng)的重新擰緊并點(diǎn)焊，否則很難通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡消除振動(dòng)
4 雙層包夾式葉片根部焊縫磨穿，在葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)中灌風(fēng)或灰塵進(jìn)入葉片空腔，導(dǎo)致失衡 該處焊縫磨損后導(dǎo)致的振動(dòng)，往往比單純的葉片磨損而引起的振動(dòng)更為明顯，振動(dòng)更為劇烈。待夾縫中的灰塵全部清除干凈，將開(kāi)裂的焊縫補(bǔ)焊后，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡，消除振動(dòng)
 
                          
表2  幾種常見(jiàn)振動(dòng)故障的簡(jiǎn)單判斷方法
序號(hào) 故障原因 典型故障特征
1 軸承座地腳螺栓松動(dòng) 徑向水平振動(dòng)值不穩(wěn)定；鉛垂方向振動(dòng)大，且軸承座比剛性基礎(chǔ)振動(dòng)值明顯偏高；頻譜圖中出現(xiàn)高次諧波，并呈逐階遞減趨勢(shì)
2 轉(zhuǎn)子動(dòng)靜摩碰 風(fēng)機(jī)運(yùn)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(hào)，并有削峰
3 系統(tǒng)對(duì)中不良 軸向振動(dòng)較大； 2倍頻出現(xiàn)峰值

3  高溫風(fēng)機(jī)故障處理的誤區(qū)
3.1 誤區(qū)一
風(fēng)機(jī)軸承外圈裝配間隙太大，出現(xiàn)“跑圈”現(xiàn)象。
在熱風(fēng)機(jī)檢修過(guò)程中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)軸承外環(huán)外圈與軸承座有相對(duì)滑動(dòng)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(tái)階、軸承外圈出現(xiàn)輕微燒灼現(xiàn)象，即通常說(shuō)的“軸承跑圈”。2005年，我礦在檢修2＃回?zé)犸L(fēng)機(jī)時(shí)，就因?yàn)楣と苏`認(rèn)為軸承跑圈，通過(guò)壓鉛法測(cè)量間隙后，在上蓋與軸承之間墊薄銅板將軸承壓緊。開(kāi)車后，當(dāng)工作溫度升到270℃，運(yùn)轉(zhuǎn)不到6h，該軸承連同風(fēng)機(jī)軸全部燒壞，致使風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子報(bào)廢。
實(shí)際上，在高溫風(fēng)機(jī)的運(yùn)行中，這種“軸承跑圈”現(xiàn)象是經(jīng)常出現(xiàn)的。因?yàn)轱L(fēng)機(jī)的主軸在運(yùn)行中存在熱膨脹，軸承的安裝方式為“一端固定、一端游動(dòng)”，因此軸承外圈與軸承座孔之間為間隙配合。在運(yùn)行過(guò)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(dòng)，軸承外圈在滾珠的帶動(dòng)下和軸承座內(nèi)環(huán)出現(xiàn)一定程度的相對(duì)滑動(dòng)是允許的。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，絕不能簡(jiǎn)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(jī)振動(dòng)大——轉(zhuǎn)子“失衡”。
如前所述，風(fēng)機(jī)振動(dòng)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(lái)的特征與失衡基本吻合，但如不仔細(xì)檢查，僅僅通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡來(lái)消除，雖然可以降低振動(dòng)值，但并沒(méi)有解決根本問(wèn)題，有時(shí)甚至?xí)?lái)惡性循環(huán)，比如葉片積灰和夾層焊縫開(kāi)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(wú)法通過(guò)動(dòng)平衡來(lái)消除振動(dòng)，比如轉(zhuǎn)子彎曲、葉輪中盤連接松動(dòng)等。我礦2＃回?zé)犸L(fēng)機(jī)就有過(guò)一次這樣的實(shí)例（風(fēng)機(jī)有關(guān)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表3）。
表3  2＃回?zé)犸L(fēng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)
生產(chǎn)廠家 重慶通用風(fēng)機(jī)廠（英國(guó)豪登技術(shù)） 風(fēng)量 260000 m3/h
電機(jī)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(guò)中盤高強(qiáng)度螺栓連接
葉輪直徑 2.70m 進(jìn)風(fēng)方式 雙側(cè)進(jìn)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(jī)振動(dòng)嚴(yán)重超標(biāo)，無(wú)法正常開(kāi)車。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量后發(fā)現(xiàn)，風(fēng)機(jī)負(fù)荷端振動(dòng)比非負(fù)荷端大了近1倍，第一次測(cè)量的負(fù)荷端軸承座波形、頻譜如圖1所示。
 
            （a）振動(dòng)波形圖
 
           （b）振動(dòng)頻譜圖
圖1 負(fù)荷端軸承座初次測(cè)量振動(dòng)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(duì)中和松動(dòng)現(xiàn)象。然而將風(fēng)機(jī)地腳螺栓緊固一遍，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)重新找正，再次開(kāi)車測(cè)量時(shí)，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)值和頻譜圖幾乎沒(méi)有變化。通過(guò)對(duì)軸承座與基礎(chǔ)底座鉛垂方向振動(dòng)的多次測(cè)量，確定負(fù)荷端地腳螺栓基礎(chǔ)出現(xiàn)松動(dòng)。將軸承座的二次基礎(chǔ)打開(kāi)后發(fā)現(xiàn)墊鐵明顯松動(dòng)，且有一根地腳螺栓已經(jīng)斷裂。為防止因振動(dòng)大而導(dǎo)致地腳螺栓的澆灌基礎(chǔ)也出現(xiàn)松動(dòng)，將負(fù)荷端二次基礎(chǔ)打掉后，重新放線找正，現(xiàn)場(chǎng)打眼，用環(huán)氧砂漿法重新澆注地腳螺栓。之后開(kāi)車測(cè)量，振動(dòng)值降了一半，且兩端軸承座振動(dòng)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(dòng)后振動(dòng)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(guò)測(cè)量相位，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)相位很不穩(wěn)定，且變化幅度較大，無(wú)法實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡。綜合以上信息再次判斷風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉輪中盤的連接螺栓松動(dòng)。被迫再次停機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)6根中盤螺栓有4根出現(xiàn)少許松動(dòng)，有1根嚴(yán)重松動(dòng)（如圖3所示）。處理完螺栓的松動(dòng)，再對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡，最終將風(fēng)機(jī)振動(dòng)值降至4.3mm/s，完成了整個(gè)故障的處理工作。
通過(guò)實(shí)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(jiǎn)單的失衡，也決不是通過(guò)簡(jiǎn)單的現(xiàn)場(chǎng)平衡就能解決的。
 
圖3  葉輪中盤螺栓松動(dòng)圖
4  結(jié)論
    高溫風(fēng)機(jī)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(wèn)題或進(jìn)行故障判斷時(shí)，不能按常溫設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)去操作，否則輕則會(huì)影響風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行、降低設(shè)備使用壽命，重則會(huì)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(jī)（羅茨鼓風(fēng)機(jī)）的生產(chǎn)制造已經(jīng)算不上什么高科技了，幾十年來(lái)中國(guó)的羅茨風(fēng)機(jī)（羅茨鼓風(fēng)機(jī)）生產(chǎn)制造廠家在逐步增加，尤其是章丘的羅茨風(fēng)機(jī)，羅茨風(fēng)機(jī)的生產(chǎn)一直靠車間一線的機(jī)械操作工人的責(zé)任心在辦事情。

    除了這樣，就只能在自動(dòng)控制上下功夫了，我們公司花了近260萬(wàn)元引進(jìn)國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的數(shù)控加工中心，期望靠電腦控制的機(jī)械加工設(shè)備來(lái)確保加工精度和效率了，同時(shí)也確實(shí)保證了羅茨風(fēng)機(jī)（羅茨鼓風(fēng)機(jī)）的質(zhì)量了。

    現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的絕大多數(shù)同行還是在用傳統(tǒng)的機(jī)械加工手段，主要靠生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量管理來(lái)保證質(zhì)量。這樣雖是個(gè)辦法，但也落后了許多，因?yàn)槿绻と藳](méi)有責(zé)任心的話，那質(zhì)量就無(wú)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(dòng)性來(lái)保證的。這樣幾乎就從管理難度很大的車間一線源頭開(kāi)始，避免了質(zhì)量的波動(dòng)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(huì)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(huì)發(fā)牢騷。你的心情也會(huì)很好！

    現(xiàn)在，羅茨風(fēng)機(jī)（羅茨鼓風(fēng)機(jī)）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(wèn)題都是不關(guān)原則的小事情了。
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