煤氣風(fēng)機(jī)的故障診斷及動(dòng)平衡處理

麻玉東

（寶鋼集團(tuán)八鋼公司 烏魯木齊 830022）

煤氣風(fēng)機(jī)的故障診斷及動(dòng)平衡處理

麻玉東

（寶鋼集團(tuán)八鋼公司 烏魯木齊 830022）

通過(guò)介紹八鋼能源中心煤氣風(fēng)機(jī)的故障診斷及現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡校驗(yàn)過(guò)程，對(duì)風(fēng)機(jī)出現(xiàn)的特殊頻譜圖進(jìn)行分析，及平衡校驗(yàn)過(guò)程中的試配重選擇、影響系數(shù)法數(shù)學(xué)矢量圖應(yīng)用，最后與實(shí)際檢修后的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，以說(shuō)明此類(lèi)風(fēng)機(jī)的故障特性和更好的理解現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)的理論，為以后風(fēng)機(jī)檢修及動(dòng)平衡校驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的各項(xiàng)復(fù)雜問(wèn)題的方案制定提供依據(jù)和參考。

煤氣風(fēng)機(jī) 故障診斷 現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡 試配重

1 前言

八鋼能源中心動(dòng)調(diào)的煤氣風(fēng)機(jī)主要負(fù)責(zé)為各分廠提供燃燒煤氣，用于鍋爐燃燒、鋼材切割及鋼水冶煉等生產(chǎn)主線。能源中心動(dòng)調(diào)共有此類(lèi)風(fēng)機(jī)6臺(tái)，此次選用的為2～3#風(fēng)機(jī)。電機(jī)型號(hào)YB450S2-2，功率355 kW，轉(zhuǎn)速為2 980 r/min；偶合器為調(diào)速型液力偶合器，調(diào)速范圍為1 700～2 920 r/min；風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子D700-11,葉輪質(zhì)量300 kg，最高轉(zhuǎn)速2 920 r/min。設(shè)備結(jié)構(gòu)分布，見(jiàn)圖1。設(shè)備自投產(chǎn)以來(lái)，運(yùn)行平穩(wěn)，各項(xiàng)參數(shù)正常。2013年10月，風(fēng)機(jī)軸承振動(dòng)值逐漸上升，已達(dá)到機(jī)組報(bào)警值，由于該風(fēng)機(jī)介質(zhì)為煤氣，須嚴(yán)格控制振動(dòng)幅值，故針對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行周期監(jiān)測(cè)，分析故障原因，準(zhǔn)備實(shí)施檢修。

圖1 煤氣風(fēng)機(jī)測(cè)點(diǎn)分布圖

表1 煤氣風(fēng)機(jī)檢修前各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)幅值

2 故障診斷分析

由表1可知，電機(jī)和偶合器各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)幅值都在設(shè)備正常運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)范圍（4.5 mm/s）以內(nèi)，主要以風(fēng)機(jī)自由端（6號(hào)點(diǎn)）軸向和垂直振動(dòng)幅值超標(biāo)。接著將通過(guò)分析風(fēng)機(jī)的故障頻率（圖2和圖3），來(lái)做出最終判斷。

由風(fēng)機(jī)自由端（6號(hào)點(diǎn)）垂直方向的頻譜圖和時(shí)域波形，其振動(dòng)幅值的最大值出現(xiàn)在頻率47.5 Hz，也就是風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，且其它倍頻不明顯，同時(shí)在時(shí)域波形中，波形規(guī)整，類(lèi)似于正弦波形。初步診斷為風(fēng)機(jī)葉輪不平衡或基礎(chǔ)強(qiáng)度不夠。

圖2 風(fēng)機(jī)自由端（6V）頻譜圖

圖3 風(fēng)機(jī)自由端（6V）時(shí)域波形

轉(zhuǎn)子不平衡常見(jiàn)頻譜圖和時(shí)域波形都與圖2、圖3相似，但常以水平方向振動(dòng)最明顯。此風(fēng)機(jī)為懸臂風(fēng)機(jī)，軸向方向較大可以理解，但查看表1發(fā)現(xiàn)其主要是垂直方向振動(dòng)最大，軸向次之，而水平方向卻在正常范圍，這一特征給設(shè)備故障診斷帶來(lái)了一些疑問(wèn)。通過(guò)測(cè)量其底座位移，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)與其軸承座位移量相近。隨后停機(jī)對(duì)風(fēng)機(jī)底座進(jìn)行加固，焊接加強(qiáng)筋，并對(duì)風(fēng)機(jī)底座及外殼中分面螺栓進(jìn)行堅(jiān)固，后再次開(kāi)機(jī)到工作轉(zhuǎn)速，振動(dòng)幅值下降了1.2 mm/s，效果不明顯，故排除底座強(qiáng)度不夠的原因。

通過(guò)總結(jié)該類(lèi)風(fēng)機(jī)的歷史維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，最終判斷風(fēng)機(jī)振動(dòng)報(bào)警是由其葉輪動(dòng)不平衡故障引起。停機(jī)對(duì)風(fēng)機(jī)葉輪表面進(jìn)行清理，同時(shí)安排技術(shù)人員準(zhǔn)備進(jìn)行葉輪動(dòng)平衡校驗(yàn)。

3 現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡校驗(yàn)

由于年末生產(chǎn)需求，不能安排充裕時(shí)間進(jìn)行風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子離線動(dòng)平衡校驗(yàn)，只好考慮對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡校驗(yàn)。在充分保證安全的前提下，用眼鏡閥隔斷風(fēng)機(jī)進(jìn)出口煤氣，并按相關(guān)工藝要求對(duì)管道用空氣進(jìn)行吹掃置換，煤氣濃度檢測(cè)合格后方可作業(yè)。

對(duì)設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡校驗(yàn)，當(dāng)前動(dòng)平衡理論已經(jīng)相當(dāng)成熟，現(xiàn)代動(dòng)平衡儀普遍采用影響系數(shù)法，又稱(chēng)測(cè)相平衡法，其步驟為(以單面平衡為例):①首先測(cè)轉(zhuǎn)頻的振幅和相位;②加試重;③測(cè)取加試重后的振幅和相位;④計(jì)算出應(yīng)加的重量和位置。下面著重對(duì)配重計(jì)算及相位確定兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。

3.1 選擇試配

⑴試配重是在現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡中臨時(shí)加在轉(zhuǎn)子校正平面上的配重，用來(lái)確定不平衡和振動(dòng)的關(guān)系。試配重選擇十分關(guān)鍵，不僅關(guān)系現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡工作的順利進(jìn)行，而且直接關(guān)系到動(dòng)平衡校驗(yàn)的成功與否。

試配重過(guò)小，角度及振動(dòng)影響不明顯，顯示的各項(xiàng)參數(shù)可信度不高，導(dǎo)致校重配重計(jì)算的誤差；試配重過(guò)大，可能導(dǎo)致不可接受的不平衡振動(dòng)，使轉(zhuǎn)子難以達(dá)到平衡轉(zhuǎn)速并安全運(yùn)行，就算達(dá)到，也可能會(huì)導(dǎo)致后續(xù)儀器顯示出來(lái)的實(shí)際配重較小。

⑵試配重的大小與轉(zhuǎn)子質(zhì)量、加重半徑及平衡轉(zhuǎn)速有關(guān)，計(jì)算公式：

式中:M為轉(zhuǎn)子的質(zhì)量（300 kg）；n為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速（2 920 r/min）；R為轉(zhuǎn)子加重位置的半徑（630 mm）。

代入相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算，試配重為5.03 g

式中：M為轉(zhuǎn)子的質(zhì)量（300 kg）；Α0為原始振動(dòng)幅值（81 μm）；g為重力加速度（9.81 m/s2）；ω為轉(zhuǎn)子角速度（rad/s）；R為轉(zhuǎn)子加重位置的半徑（0.63 mm）；S為靈敏系數(shù)取100（經(jīng)驗(yàn)數(shù)值100～300），代入計(jì)算公式，試配重為40 g。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作中，綜合考慮，最終此次試配重選用32 g。試配重加固后，啟動(dòng)設(shè)備。①發(fā)現(xiàn)振動(dòng)幅值由81 μm下降到70 μm。振動(dòng)幅值變化率為13.6，超過(guò)10%；②振動(dòng)相位由初始的124°到103°，變換角度為21°，＞15°，（兩者滿足其一即可）說(shuō)明試配重選擇符合要求。

3.2 相位確定

⑴相位通常是指振動(dòng)信號(hào)上某點(diǎn)與轉(zhuǎn)軸上某一標(biāo)記之間的相位差。目前，國(guó)內(nèi)、外比較通用的相位定義是標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)前沿導(dǎo)前振動(dòng)信號(hào)第一個(gè)正峰值的角度，即脈沖信號(hào)在前，振動(dòng)信號(hào)正峰值在后。試配重相位的選擇原則上無(wú)明確規(guī)定，需技術(shù)人員憑相關(guān)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選擇。

⑵配重相位確定的基本步驟:首先,轉(zhuǎn)子不加重,啟動(dòng)轉(zhuǎn)子至工作轉(zhuǎn)速,測(cè)量轉(zhuǎn)子軸承或轉(zhuǎn)軸處的原始振幅值和相位,其矢量用A0（81μm）表示。將試重m加至轉(zhuǎn)子上,然后重新啟動(dòng)至與第1次相同的轉(zhuǎn)速時(shí),測(cè)量加試重后的振動(dòng)和相位,其矢量用A1（70 μm）表示。則轉(zhuǎn)子上應(yīng)加平衡重量Q為：

式中:A01為加重效應(yīng),表示轉(zhuǎn)子上加了試重m所產(chǎn)生的振動(dòng)矢量。

由圖4可知,要平衡A0,必須把A01移動(dòng)ɑ角,即把試重m移動(dòng)ɑ角,而m的移動(dòng)方向則由平衡儀測(cè)量振動(dòng)相位原理來(lái)決定。若平衡儀振動(dòng)相位讀數(shù)減小表示不平衡方向超前,則m需順轉(zhuǎn)向移動(dòng)ɑ角,才能平衡A0。

3.3 效果驗(yàn)證

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡校正，最終將配重65 g放置在12°(儀器顯示72 g/55°，相對(duì)于試配重），設(shè)備振動(dòng)幅值明顯下降，達(dá)到了良好狀態(tài)，現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡效果見(jiàn)表2。通過(guò)后期對(duì)設(shè)備振動(dòng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)與檢修前數(shù)據(jù)對(duì)比，圖5中明顯看出振動(dòng)幅值大幅下降，尤其是6號(hào)測(cè)點(diǎn)有垂直和軸向振動(dòng)幅值都降到2.5 mm/s以內(nèi)，且風(fēng)機(jī)已達(dá)到最高轉(zhuǎn)速，充分證明此次現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡校驗(yàn)效果良好。

表2 平衡后風(fēng)機(jī)前后軸承振動(dòng)數(shù)據(jù)

4 結(jié)語(yǔ)

⑶將數(shù)學(xué)矢量線性特性充分應(yīng)用到影響系數(shù)法實(shí)踐過(guò)程中，可為現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡校驗(yàn)提供理論依據(jù)，簡(jiǎn)化校驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)復(fù)雜問(wèn)題。

以上現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐數(shù)據(jù)及經(jīng)驗(yàn)，可供大家參考，以更好的診斷相似設(shè)備故障。

⑴現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡必須先判斷設(shè)備為不平衡故障，而此類(lèi)煤氣風(fēng)機(jī)的水平振動(dòng)小，垂直和軸向卻振動(dòng)大，為不常見(jiàn)故障特征，給設(shè)備診斷帶來(lái)了一定難度。

⑵現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡校驗(yàn)中試配重選擇必須滿足：加重前后振動(dòng)幅值變化率超過(guò)10%或振動(dòng)相位變化＞15°。

[1]楊國(guó)安.轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡實(shí)用技術(shù).中國(guó)石化出版社，2012.

[2]林英志.設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)[M].北京：北京大學(xué)出版社,2007.

[3]韓捷.旋轉(zhuǎn)設(shè)備故障機(jī)理及診斷技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1997.

[4]安勝利,楊黎明.轉(zhuǎn)子現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2007.

[5]邵澤波,王海波.風(fēng)機(jī)維修手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[6]賓光富,趙慶亮,等.基于影響系數(shù)和滯后角的相位測(cè)定含義分析法[J].振動(dòng)、測(cè)試與診斷,2012,32（3）：380-383.

收稿：2013-12-24