連鑄二冷風(fēng)機(jī)動(dòng)平衡故障診斷與治理

牛紅杰

（秦皇島首秦金屬材料有限公司，河北 秦皇島 066326）

秦皇島首秦金屬材料有限公司3#連鑄機(jī)是由奧鋼聯(lián)設(shè)計(jì)的一臺(tái)板坯厚度達(dá)到400mm特厚板坯連鑄機(jī)。連鑄過程中當(dāng)鑄坯進(jìn)行二次冷卻時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量高溫蒸汽，為了避免蒸汽對(duì)機(jī)械、液壓與電氣設(shè)備腐蝕，通常在扇形段二冷室兩側(cè)各設(shè)置兩臺(tái)風(fēng)機(jī)及相應(yīng)管道將蒸汽排至廠房外。3#連鑄機(jī)二冷風(fēng)機(jī)安裝在二層風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)，風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中存在粉塵結(jié)垢、機(jī)體腐蝕等，易導(dǎo)致出現(xiàn)動(dòng)不平衡故障，由此引發(fā)軸承振動(dòng)超標(biāo)，轉(zhuǎn)子跳動(dòng)等問題。以下將針對(duì)該二冷風(fēng)機(jī)的動(dòng)不平衡故障檢測(cè)與治理技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1 連鑄機(jī)二冷風(fēng)機(jī)設(shè)備概況

1.1 二冷風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)

3#連鑄機(jī)二冷風(fēng)機(jī)由國(guó)內(nèi)某專業(yè)廠提供，采用V型皮帶傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式，風(fēng)機(jī)總成包括電機(jī)、帶輪、V型皮帶、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子、機(jī)殼、吸風(fēng)口、出風(fēng)口及風(fēng)口調(diào)節(jié)裝置等部件。其中，風(fēng)機(jī)機(jī)殼設(shè)計(jì)為上、下剖分型式，通過螺栓聯(lián)接，機(jī)殼進(jìn)風(fēng)側(cè)與風(fēng)口調(diào)節(jié)裝置也是螺栓聯(lián)接。轉(zhuǎn)子底座與風(fēng)機(jī)整體底座焊為一體，如圖1所示。

圖1 風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 二冷風(fēng)機(jī)參數(shù)

該風(fēng)機(jī)安裝于大包轉(zhuǎn)臺(tái)下方兩側(cè)的風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)，整體底座使用緩沖墊放置。風(fēng)機(jī)的規(guī)格參數(shù)如表1所示。

表1 二冷風(fēng)機(jī)規(guī)格參數(shù)

該風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中，二冷水循環(huán)過程中鹽類物質(zhì)在過飽和的狀態(tài)下結(jié)晶析出成垢，在風(fēng)機(jī)抽力的作用下進(jìn)入排汽系統(tǒng)中，垢粘結(jié)在風(fēng)機(jī)葉輪上。運(yùn)行過程中垢脫落，破壞了風(fēng)機(jī)的動(dòng)平衡，造成風(fēng)機(jī)振動(dòng)增大，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)造成葉輪薄弱處斷裂。

2 風(fēng)機(jī)動(dòng)平衡檢測(cè)理論

2.1 不平衡離心力計(jì)算

當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中，由于結(jié)垢脫落、葉片腐蝕等原因，使通過轉(zhuǎn)子重心的主慣性軸與旋轉(zhuǎn)軸線不相重合而旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不平衡離心力F，其值由下式計(jì)算：

式中，G為轉(zhuǎn)子的重量，kg；E為轉(zhuǎn)子重心對(duì)旋轉(zhuǎn)軸線的偏移，mm；n為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，r/min；w為轉(zhuǎn)子的角速度，rad/s；g為重力加速度，mm/s2。

由上式可知，當(dāng)風(fēng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)式，即使具有很小的偏心距，也會(huì)引起非常大的不平衡的離心力，成為軸或軸承的磨損。所以，對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行動(dòng)平衡故障診斷是非常必要的。

2.2 平衡質(zhì)量的確定

評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)子不平衡大小可以用許用不平衡力矩或者偏心距表示。其中，靜平衡（單面平衡）的許用不平衡力矩為：

動(dòng)平衡（雙面平衡）校正平面的許用不平衡力矩為：

式中，M為許用不平衡力矩，kg·mm；E為許用偏心距，mm；G為轉(zhuǎn)子重量，kg。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡測(cè)試儀器介紹

現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)使用的是北京京航公司生產(chǎn)的HG-3568雙通道現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡儀，系統(tǒng)主要由專用雙通道數(shù)據(jù)采集箱、傳感器、電腦及動(dòng)平衡軟件系統(tǒng)組成。該儀器采用試重法和影響系數(shù)法，能自動(dòng)解算出加（減）配重的質(zhì)量大小和角度?？梢栽谝淮蝿?dòng)平衡校正就可以去除轉(zhuǎn)子（軸系）90%以上的不平衡量，設(shè)備如圖2所示。

圖2 HG-3568雙通道現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡儀

3 二冷風(fēng)機(jī)動(dòng)平衡故障診斷與治理

3.1 測(cè)振傳感器布置圖

3#鑄機(jī)二冷風(fēng)機(jī)屬于轉(zhuǎn)子單面支撐安裝方式。轉(zhuǎn)速信號(hào)采用紅外轉(zhuǎn)速檢測(cè)儀采集，首先在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上貼上反光條，再用專用轉(zhuǎn)速支架安裝轉(zhuǎn)速傳感器，并對(duì)正反光條；采用加速度振動(dòng)傳感器水平吸附在軸承座上采集振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)，傳感器布置如圖3所示。

3.2 故障數(shù)據(jù)采集

在儀器上，選擇“分析”鍵，選擇“測(cè)量轉(zhuǎn)速”功能后，按下“確認(rèn)”鍵，待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，分析轉(zhuǎn)速判斷是否屬于動(dòng)平衡的問題；如果存在不平衡，選擇“平衡”主功能下的“試重法”后，按“確認(rèn)”鍵，并選擇是“單面”的不平衡，數(shù)據(jù)采集過程如圖4所示。

圖3 傳感器布置圖

圖4 數(shù)據(jù)采集過程圖

3.3 故障分析與診斷

3月20日3#連鑄機(jī)檢修中，對(duì)二冷風(fēng)機(jī)的動(dòng)平衡狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，具體參數(shù)設(shè)置為：采樣點(diǎn)數(shù)n=1024；分析頻率fh=1000Hz；頻率分辨率f=1．25Hz。軸承座測(cè)點(diǎn)振動(dòng)波形及頻譜圖如圖5所示。

圖5 軸流風(fēng)機(jī)軸承測(cè)點(diǎn)圖譜

綜上所述，二冷風(fēng)機(jī)測(cè)振點(diǎn)的振動(dòng)波形圖的通頻帶有效值為 0．913mm/s、峰值為 1．742mm/s、平均值為0．813mm/s、脈沖指標(biāo)為 2．143、峰值指標(biāo)為 1．909、峭度指標(biāo)為 1．696，以及裕度指標(biāo) 2．340。

3.4 故障消除

依據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和故障診斷標(biāo)準(zhǔn)，診斷該軸可能存在不對(duì)中故障，故障概率為9．09%，并表明該故障是由于質(zhì)量偏心而引起的動(dòng)平衡不良造成。建議通過加配重解決動(dòng)平衡不良故障，進(jìn)一步消除對(duì)中不良故障。加配重時(shí)要注意：儀器所說的角度是按照設(shè)備的旋轉(zhuǎn)方向作為“正”方向的，所加的試重的質(zhì)心點(diǎn)作為角度的起始點(diǎn)。此外，在焊接配重質(zhì)量塊之前，一定要將試重使用的質(zhì)量塊取下來。同時(shí)，要盡量將配重質(zhì)量安裝的角度位置選準(zhǔn)和將配重質(zhì)量大小做到最大程度精確；配重質(zhì)量加好后，運(yùn)行設(shè)備，此時(shí)測(cè)量的為“剩余振動(dòng)”，用戶根據(jù)自己設(shè)備的精確程度，來分析是否要二次平衡。

4 結(jié)語

以上針對(duì)秦皇島首秦金屬材料有限公司3#鑄機(jī)二冷排蒸汽風(fēng)機(jī)存在腐蝕和積垢脫落導(dǎo)致的動(dòng)平衡問題，使用HG-3568雙通道現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡儀，利用檢修時(shí)間對(duì)故障進(jìn)行診斷和實(shí)時(shí)處理。該技術(shù)不僅可以及時(shí)消除設(shè)備隱患降，還對(duì)降低二冷風(fēng)機(jī)的維護(hù)成本提高風(fēng)機(jī)使用壽命有重要作用。