單吸懸臂式煤氣加壓機(jī)的故障分析及處理

付春江，趙偉超

（河鋼集團(tuán)承鋼公司，河北 承德 067002）

單吸懸臂式煤氣加壓機(jī)是離心風(fēng)機(jī)的一種，因占地面積小、效率高、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，在煤氣回收系統(tǒng)廣泛使用，但是由于單吸懸臂式煤氣加壓機(jī)結(jié)構(gòu)特征及運(yùn)行介質(zhì)，對(duì)機(jī)組基礎(chǔ)安裝、日常維護(hù)、軸承選擇要求較高，處理不當(dāng)極易發(fā)生振動(dòng)故障；另外由于煤氣含塵量較大，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)造成轉(zhuǎn)子磨損、葉片結(jié)垢等現(xiàn)象，導(dǎo)致加壓機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心引起振動(dòng)增大等故障。文章對(duì)加壓機(jī)安裝、維護(hù)及使用過(guò)程中發(fā)生的振動(dòng)超標(biāo)的原因進(jìn)行分析，并針對(duì)不同故障制定相應(yīng)處理辦法，為設(shè)備生產(chǎn)穩(wěn)定提供保障。

1 煤氣加壓機(jī)基本狀況

轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)使用的加壓機(jī)為單級(jí)吸入懸臂結(jié)構(gòu)，機(jī)殼為水平中分式，由優(yōu)質(zhì)碳素鋼板焊接制成，進(jìn)風(fēng)口為水平軸向，出風(fēng)口在機(jī)殼上方，軸承為四盤(pán)角接觸滾動(dòng)軸承，轉(zhuǎn)子由主軸和單級(jí)葉輪組成。整個(gè)機(jī)組結(jié)構(gòu)緊湊、效率高。加壓機(jī)參數(shù)及結(jié)構(gòu)見(jiàn)表1 和圖1。

圖1 加壓機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

2 故障現(xiàn)象及分析

2.1 基礎(chǔ)安裝

我公司轉(zhuǎn)爐二站1# 加壓機(jī)電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期存在振動(dòng)超標(biāo)問(wèn)題，一直不能正常運(yùn)行，只能作為臨時(shí)備用，為使1# 機(jī)恢復(fù)正常使用，對(duì)1# 機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)振動(dòng)情況進(jìn)行檢測(cè)，見(jiàn)表2。

從振動(dòng)數(shù)據(jù)可以看出，加壓機(jī)振動(dòng)正常，電機(jī)垂直振動(dòng)超標(biāo)最嚴(yán)重，造成最初僅考慮對(duì)電機(jī)的故障處理，先后對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡、電機(jī)轉(zhuǎn)子彎曲、基礎(chǔ)墊鐵、地腳螺栓松動(dòng)、聯(lián)軸器松動(dòng)及對(duì)中等進(jìn)行檢查及處理，后來(lái)還對(duì)加壓機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行更換，但是運(yùn)轉(zhuǎn)后電機(jī)垂直振動(dòng)過(guò)大一直無(wú)法消除。最后在對(duì)加壓機(jī)軸承箱水平度檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，水平度超標(biāo)嚴(yán)重，軸承箱長(zhǎng)度接近1 m，但是水平度差了近1 mm。

2.2 維修及軸承質(zhì)量

軸承是煤氣加壓機(jī)最易損的備件，我公司煤氣加壓機(jī)軸承最初為4 盤(pán)7022 ACM 軸承，為兩兩一組，面對(duì)面安裝，由于軸承存在疲勞損壞、軸承裝配不當(dāng)?shù)仍?，造成加壓機(jī)振動(dòng)增大、軸承發(fā)熱、使用壽命過(guò)短等問(wèn)題。

（1）加壓機(jī)軸承箱振動(dòng)，軸承發(fā)熱，原因是軸承疲勞損壞，將舊軸承拆下解體后軸承內(nèi)圈和外圈滑道明顯有損傷，振動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)下表3，頻譜數(shù)據(jù)見(jiàn)表4：

表1 加壓機(jī)參數(shù)

表2 機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)

表3 機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)

表4 軸承故障頻率

加壓機(jī)軸承為7022 ACM，滾動(dòng)體中心圓（節(jié)圓）直徑D=140 mm，滾動(dòng)體直徑d=18 mm，軸承接觸角度α=25°，滾動(dòng)體個(gè)數(shù)z=21，轉(zhuǎn)速n=2985。經(jīng)計(jì)算：內(nèi)圈故障頻率586.2 Hz，外圈故障頻率463.8 Hz，滾動(dòng)體故障頻率191.8 Hz，保持架故障頻率22.1 Hz，風(fēng)機(jī)頻率為2970/60=49.5 Hz 振動(dòng)表現(xiàn)特征為：加壓機(jī)葉輪端軸承更換初期運(yùn)行平穩(wěn)且無(wú)明顯溫升，之后軸承座垂直、水平方向振動(dòng)加速度數(shù)值突然升高，振動(dòng)速度值有明顯劣化趨勢(shì)。通過(guò)對(duì)軸承座水平方向進(jìn)行振動(dòng)頻譜檢測(cè)，軸承內(nèi)圈故障頻率587 Hz 及軸承外圈故障頻率461 Hz 的2 倍頻較明顯。綜上初步判斷此次加壓機(jī)葉輪端軸承振動(dòng)超標(biāo)原因?yàn)檩S承內(nèi)圈和外圈存在點(diǎn)蝕或剝落［2］。

（2）軸承異音、潤(rùn)滑油出現(xiàn)銅沫，原因是潤(rùn)滑油有雜質(zhì)、軸承保持架損壞或保持架旋轉(zhuǎn)受阻磨損，造成軸承潤(rùn)滑不良，在拆卸的舊軸承可以直觀檢查保持架狀況。

（3）對(duì)中不良，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)數(shù)據(jù)明顯看出加壓機(jī)和電機(jī)聯(lián)軸器端振動(dòng)均較高。加壓機(jī)轉(zhuǎn)子徑向振動(dòng)出現(xiàn)轉(zhuǎn)頻的2 倍頻，以1 倍頻和2 倍頻分量為主，不對(duì)中越嚴(yán)重，2 倍頻所占比例越大［1］；轉(zhuǎn)子軸向振動(dòng)頻率在轉(zhuǎn)頻的1 倍頻、2 倍頻甚至3 倍頻有穩(wěn)定的高峰，一般會(huì)達(dá)到徑向振動(dòng)值的50%以上，若與徑向振動(dòng)同樣大或者比徑向振動(dòng)大很多，表明不對(duì)中情況越嚴(yán)重［1］。

（4）軸承使用壽命過(guò)短，包括軸承安裝間隙過(guò)緊外、軸承安裝不當(dāng)和軸承質(zhì)量問(wèn)題，由于軸承為角接觸軸承，一方面要承載高轉(zhuǎn)速下的徑向載荷，還要承載軸向力，特別是單吸風(fēng)機(jī)，軸向力較大，且懸臂結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)子葉輪重量全壓在靠近葉輪的軸承上，此軸承需要承受較大載荷［2］，因此對(duì)軸承可靠性提出更高要求。

2.3 轉(zhuǎn)子平衡對(duì)振動(dòng)的影響

我公司煤氣加壓機(jī)輸送介質(zhì)為轉(zhuǎn)爐煤氣，轉(zhuǎn)爐煤氣經(jīng)過(guò)電除塵器后送到加壓機(jī)入口，煤氣中含有一定的粉塵和水分，加壓機(jī)葉片經(jīng)常有結(jié)垢和磨損現(xiàn)象，造成轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心，當(dāng)出現(xiàn)的軸承座振動(dòng)增大時(shí)，尤其是振動(dòng)突然變大時(shí)，多數(shù)情況是由轉(zhuǎn)子偏心質(zhì)量引起的［1］。造成轉(zhuǎn)子偏心質(zhì)量的原因主要有：轉(zhuǎn)子表面結(jié)垢后，附著物突然發(fā)生不均勻掉落［1］加壓機(jī)葉輪在運(yùn)行過(guò)程中葉片不均勻的磨損或腐蝕［1］。

轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心的振動(dòng)特征：水平方向振動(dòng)最大，主要以旋轉(zhuǎn)頻率為主［1］；波形近似正弦波［1］；水平和垂直方向的相位差約90°［1］；振動(dòng)幅值隨轉(zhuǎn)速提高而增大［1］。見(jiàn)圖2。

圖2 不平衡振動(dòng)頻譜

3 加壓機(jī)故障處理

3.1 針對(duì)基礎(chǔ)安裝問(wèn)題，主要對(duì)以下安裝點(diǎn)進(jìn)行管控：基礎(chǔ)墊鐵不能超過(guò)5 塊，墊鐵的接觸面積大于70%，兩組墊鐵間距不能超過(guò)1 m，二次灌漿前要將墊鐵焊牢固。由于加壓機(jī)為懸臂式結(jié)構(gòu)，對(duì)軸承箱水平度要求高，水平度必須控制在0.2 mm/1000 mm 以?xún)?nèi)。

3.2 維修及軸承質(zhì)量對(duì)機(jī)組振動(dòng)影響的處理：

（1）軸承體側(cè)端蓋與軸承要求預(yù)留0.10～0.15 mm間隙，防止軸承工作時(shí)溫度升高膨脹受阻；安裝轉(zhuǎn)子時(shí)，需要用壓鉛絲的方法測(cè)量軸承箱上蓋對(duì)軸承體緊力，緊力控制在0.03～0.06 mm，為保證緊力測(cè)量準(zhǔn)確，在測(cè)量時(shí)軸承箱中分面兩側(cè)要加0.5 mm 的墊尺，鉛絲選擇要考慮擠壓型變量，以軸承箱中分面兩側(cè)要加0.5 mm的墊尺為參考，建議鉛絲直徑在0.7 mm 左右；轉(zhuǎn)子軸向定位是靠聯(lián)軸器側(cè)兩盤(pán)軸承限制，因此軸承箱聯(lián)軸器側(cè)端蓋與軸承體間隙控制在0.10～0.20 mm，以保證軸承體受熱膨脹量及轉(zhuǎn)子軸向竄動(dòng)限制量。

（2）當(dāng)運(yùn)行時(shí)軸承出現(xiàn)異音時(shí)，要對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行檢查，按設(shè)備廠要求定期更換潔凈度達(dá)標(biāo)的潤(rùn)滑油，如果潤(rùn)滑油出現(xiàn)銅沫，要檢查軸承保持架是否有磨損，在安裝軸承鎖母止退墊時(shí)，一定要先安裝平墊，避免止退爪阻礙保持架旋轉(zhuǎn)。

（3）對(duì)中數(shù)據(jù)要求聯(lián)軸器面和圓的偏差在0.08mm以?xún)?nèi)，考慮到加壓機(jī)為懸臂式，建議為上開(kāi)口，電機(jī)略低于加壓機(jī)。

（4）軸承出現(xiàn)使用壽命過(guò)短問(wèn)題，要規(guī)范軸承安裝標(biāo)準(zhǔn)，加熱溫度不得超過(guò)100 ℃，不能用氣焊割把加熱軸承的方法安裝軸承，建議采用軸承加熱器加熱；由于單吸懸臂加壓機(jī)對(duì)軸承轉(zhuǎn)速、額定載荷要求較高，普通7022 軸承動(dòng)載荷一般在92 kN，使用壽命在2 個(gè)月左右，有的僅能維持2 天，但個(gè)別名牌優(yōu)質(zhì)軸承動(dòng)載荷達(dá)到104 kN，使用壽命能達(dá)到6 個(gè)月以上，建議優(yōu)先采用。

3.3 針對(duì)加壓機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心引起的振動(dòng)問(wèn)題，可以對(duì)轉(zhuǎn)子現(xiàn)場(chǎng)沖洗及現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡來(lái)解決。

對(duì)葉輪進(jìn)行在線高壓水沖洗，將葉片結(jié)垢徹底清除掉，如果沖洗后振動(dòng)故障得不到解決，可以考慮在線做動(dòng)平衡處理，采用便攜式振動(dòng)檢測(cè)儀器對(duì)加壓機(jī)的軸承座進(jìn)行振動(dòng)信號(hào)采集，通過(guò)對(duì)振動(dòng)數(shù)值及相位信息進(jìn)行采集計(jì)算，確定增加量及位置，可以直接在葉輪輪轂上焊接配重鐵板，反復(fù)加配調(diào)整，直至振動(dòng)不超標(biāo)。

4 結(jié) 語(yǔ)

單吸懸臂式煤氣加壓機(jī)，因其自身結(jié)構(gòu)及輸送介質(zhì)特點(diǎn)，故障率較高，通過(guò)日常積累總結(jié)加壓機(jī)的振動(dòng)原因及振動(dòng)特征，采取科學(xué)技術(shù)手段分析，提出了一些有效的判斷和處理方法，能減少設(shè)備事故發(fā)生和縮短維修時(shí)間，為設(shè)備長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行提供技術(shù)保障。