降低鼓風(fēng)機油泵故障率的研究

孟 瑋，熊訓(xùn)強，鄧植丹，易正明

（1.水城鋼鐵（集團）有限公司能源公司，貴州六盤水 553000；2.武漢科技大學(xué)鋼鐵冶金及資源利用教育部重點實驗室，湖北武漢 430081）

1 問題的提出

高爐鼓風(fēng)是鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，是高爐生產(chǎn)的重要組成部分。鼓風(fēng)機運行中突然發(fā)生停機事故，就會造成高爐斷風(fēng)，形成罐渣事故，使摳渣強度大，鐵水損失嚴(yán)重。而風(fēng)口損壞后必須更換，更換后高爐恢復(fù)生產(chǎn)所需時間長，將對企業(yè)造成較大的經(jīng)濟損失。水鋼能源公司汽輪鼓風(fēng)機為軸流式靜葉可調(diào)風(fēng)機，額定出口風(fēng)量為4250 m3/min，肩負(fù)著為高爐送風(fēng)的任務(wù)。自2005年投產(chǎn)以來，汽輪鼓風(fēng)機的主油泵聯(lián)軸器已發(fā)生斷裂10余次，嚴(yán)重影響了汽輪鼓風(fēng)機的安全、穩(wěn)定運行，對經(jīng)營生產(chǎn)造成極大的損失。因此，對汽輪鼓風(fēng)機主油泵故障的原因進行系統(tǒng)分析研究，降低汽輪鼓風(fēng)機油泵故障率，確保高爐的安全、穩(wěn)定運行是十分必要的。

2 汽輪鼓風(fēng)機故障原因分析

2.1 汽輪鼓風(fēng)機簡介

鼓風(fēng)機由杭汽NK50/71中溫、中壓、反動凝汽式汽輪機驅(qū)動，轉(zhuǎn)速4560 r/min，汽輪機經(jīng)過軸頭膜片聯(lián)軸器連接主油泵主動齒輪，主動齒輪嚙合從動齒輪帶動離心主油泵工作，正常運行時由主油泵向汽輪鼓風(fēng)機供調(diào)節(jié)油及潤滑油，潤滑油壓0.25 MPa，調(diào)節(jié)油壓0.9 MPa，啟、停機時則由交流輔助油泵供油。該汽輪鼓風(fēng)機結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 汽輪鼓風(fēng)機結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 汽輪鼓風(fēng)機故障現(xiàn)象及原因分析

AV71-18汽輪鼓風(fēng)機于2005年建成投產(chǎn)，投產(chǎn)以來主油泵聯(lián)軸器已發(fā)生斷裂10余次。因主油泵聯(lián)軸器斷裂自動停機造成高爐罐渣5次，非計劃休風(fēng)5次，從主油泵聯(lián)軸器的更換時間顯示，主油泵聯(lián)軸器使用周期不斷縮短，且已達到不可控的程度，最短的壽命周期僅有5天。針對汽輪鼓風(fēng)機的故障現(xiàn)象進行分析后認(rèn)為，造成故障的原因主要有以下幾方面：

（1）NK50/71汽輪機為國外引進技術(shù)，原設(shè)計中無軸頭主油泵，采用電動油泵供潤滑油及調(diào)節(jié)油，但因國內(nèi)部分地區(qū)電網(wǎng)不穩(wěn)定，制造廠家根據(jù)實際運行要求對汽輪機增加了軸頭主油泵。由于設(shè)計上的不成熟，使得軸頭主油泵無法穩(wěn)定運行，導(dǎo)致了故障的發(fā)生。

（2）聯(lián)軸器中，2顆堅固連接螺栓的設(shè)計不合理。汽輪機軸（轉(zhuǎn)子）帶動軸頭油泵高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力、扭力隨轉(zhuǎn)速變化而變化，使得聯(lián)軸器膜片、螺栓極易疲勞斷裂。

（3）汽輪機轉(zhuǎn)子（軸）軸向位移值大小、方向隨鼓風(fēng)機負(fù)荷（風(fēng)量）的變化而變化，而軸頭主油泵在轉(zhuǎn)速不變時軸向位移不變，使得主油泵與汽輪機轉(zhuǎn)子（軸）之間產(chǎn)生大小、方向變化的拉力或擠壓力，造成連接螺栓變形斷裂。

（4）根據(jù)汽輪鼓風(fēng)機運行振動值情況對軸系同心度不定期進行復(fù)核、調(diào)整時，造成了汽輪機軸與主油泵軸不同心，引起軸頭主油泵振動，進而使得聯(lián)軸器疲勞斷裂。

3 鼓風(fēng)機改造

3.1 改造分析

針對上述故障問題，經(jīng)研究處理，將聯(lián)軸器堅固螺栓由2顆改為了新設(shè)計的3顆，但還是未能解決聯(lián)軸器的短壽命問題。根據(jù)了解國內(nèi)萊鋼等使用同機型的多家單位皆對供油系統(tǒng)進行了取消軸頭主油泵，增加電動油泵的改造，我廠現(xiàn)運行的A63-16汽輪鼓風(fēng)機和AV90-16電動鼓風(fēng)機潤滑、調(diào)節(jié)油也是由電動油泵供給，長期運行穩(wěn)定，并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)電力系統(tǒng)設(shè)備運行穩(wěn)定，因電系統(tǒng)波動而造成的停電故障減少。

根據(jù)上述分析，由于汽輪機軸頭主油泵本身的設(shè)計存在一定缺陷，擬取消主油泵，改采用兩臺電動油泵供油，一用一備。

3.2 改造方案

新安裝兩臺電動輔助油泵，型號為SNH1700ER42V12.1W1三螺桿泵，泵流量1435.1 L/min，泵出口壓力1.5 MPa，電機功率55 kW，兩臺電動油泵電源分別接供電系統(tǒng)Ⅰ、Ⅱ段，一臺運行，一臺備用。由電動油泵供潤滑油、調(diào)節(jié)油，取消軸頭主油泵及聯(lián)軸器，在汽輪機軸頭主油泵進、出口油管堵板，供油箱注油器進口油管道堵板，使軸頭主油泵、注油器與系統(tǒng)隔離。改造后鼓風(fēng)機油系統(tǒng)如圖2。

圖2 油系統(tǒng)改造后示意圖

同時根據(jù)鼓風(fēng)機機組自動停機時發(fā)出的停機指令，對控制系統(tǒng)程序進行修改。調(diào)節(jié)油壓低于0.8 MPa或運行的電動油泵停泵時，備用電動油泵立即啟動。潤滑油壓低于0.15 MPa，汽輪機實際轉(zhuǎn)速低于3000 r/min或運行的電動油泵停泵時，備用電動油泵立即啟動。

3.3 改造效果分析

根據(jù)檢修運行情況，啟動汽輪鼓風(fēng)機，主油泵退出運行，在線調(diào)試電動油泵運行效果。運行效果如表1所示。由表1調(diào)試結(jié)果可見，改造之后各種運行情況下皆能滿足汽輪機、鼓風(fēng)機供油要求。調(diào)試過程中，潤滑油壓由改造前的0.24 MPa上升至0.264 MPa，調(diào)節(jié)油壓由改造前的0.9 MPa上升至1.037 MPa，各系統(tǒng)油壓穩(wěn)定無波動。

表1 運行效果表

4 結(jié)語

針對鼓風(fēng)機主油泵頻繁發(fā)生故障，優(yōu)化現(xiàn)有油泵運行方式，確保鼓風(fēng)機的安全穩(wěn)定運行和高爐生產(chǎn)穩(wěn)順，在現(xiàn)有工藝、設(shè)備不變的情況下，如何確保新增電動油泵滿足鼓風(fēng)機油壓需求、運行方式可靠，是本次項目研究的技術(shù)難點。通過對鼓風(fēng)機油泵故障率的研究，取消廠家原設(shè)計的主油泵，優(yōu)化油泵的運行方式，降低了油泵的故障率，提高了鼓風(fēng)機運行效率，減少了因鼓風(fēng)機停機對高爐的影響，確保了整個生產(chǎn)的運行安全、高效、平穩(wěn)，達到國內(nèi)先進水平。該技術(shù)改造屬水鋼首次應(yīng)用，具有推廣應(yīng)用價值。

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