轉(zhuǎn)爐風(fēng)機潤滑系統(tǒng)整體改造

魏 亮,劉雪萍,王 桂

(白銀有色集團股份有限公司 銅業(yè)公司,甘肅 白銀 730900)

1 轉(zhuǎn)爐風(fēng)機結(jié)構(gòu)簡介

轉(zhuǎn)爐風(fēng)機由增速機、油箱、主軸、機殼、葉輪、入口導(dǎo)葉、軸承傳動機構(gòu)及電機等組成[1]。轉(zhuǎn)爐風(fēng)機主要依靠電機輸入的機械能,通過增速機提高轉(zhuǎn)速,提高氣體壓力并輸送氣體的機械,屬于從動的流體機械。轉(zhuǎn)爐風(fēng)機根據(jù)動能轉(zhuǎn)換為勢能的原理,利用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪將氣體加速,改變流向,使動能轉(zhuǎn)換成勢能(壓力)。氣體從軸向進入葉輪,通過入口導(dǎo)葉直接調(diào)節(jié)進風(fēng)量,氣體流經(jīng)葉輪后改變成徑向,然后進入擴壓器。在擴壓器中,氣體改變了流動方向并且管道斷面面積增大使氣流減速,這種減速作用將動能轉(zhuǎn)換成壓力能。壓力增高主要發(fā)生在葉輪中,其次在擴壓過程。

2 轉(zhuǎn)爐風(fēng)機潤滑系統(tǒng)改造背景

在2019年6月18日轉(zhuǎn)爐風(fēng)機試運行時,制氧車間動力中心2#轉(zhuǎn)爐風(fēng)機發(fā)生電機軸瓦因溫度過高造成燒毀的嚴重停車事故,前后軸瓦及軸瓦油封全部報廢的嚴重生產(chǎn)事故,直接影響系統(tǒng)的正常開車。據(jù)操作人員反映該風(fēng)機開車試運行5 min軸瓦溫度迅速上升至75℃,來不及停車就發(fā)生電機軸承箱冒煙的現(xiàn)象,停車后開蓋檢查發(fā)現(xiàn)軸瓦工作面嚴重焦灼,油封高溫碳化,造成前后兩副軸瓦及密封件全部報廢。經(jīng)分析,影響軸瓦溫度過高的主要原因為潤滑油供給不足造成軸瓦堆積發(fā)熱嚴重,且熱量不能及時帶走,其次是廠家在安裝調(diào)整時軸瓦與軸徑間隙過小造成的磨損發(fā)熱。

3 轉(zhuǎn)爐風(fēng)機潤滑系統(tǒng)改造目的

轉(zhuǎn)爐風(fēng)機電機軸瓦潤滑系統(tǒng)有嚴重的設(shè)計問題：(1)存在供油量小、供油壓力低、軸向漏油、透氣孔冒油的情況,說明系統(tǒng)回油不暢,不能投入運行。(2)安裝新軸瓦后測量頂間隙為0.13 mm、側(cè)間隙為0.06 mm,低于標準的間隙值(頂間隙為0.20 mm)[2]。以上問題致使轉(zhuǎn)爐風(fēng)機運行過程中軸瓦溫度升高、軸瓦發(fā)熱,嚴重時會燒毀整套軸瓦[3]。一整套軸瓦采購價格約4萬元,采購周期6個月,嚴重制約著生產(chǎn)。從經(jīng)濟效益和生產(chǎn)效率兩方面考慮,故對轉(zhuǎn)爐風(fēng)機的供油系統(tǒng)、回油系統(tǒng)、軸瓦潤滑方式進行改造,包括軸瓦間隙的重新測量刮研和壓裝及漏油的處理。

通過重新設(shè)計和改造,使電機前后軸瓦的潤滑油供給充足,保障潤滑油的供給量才能有效地降低軸瓦溫度、延長設(shè)備的使用周期、降低設(shè)備的故障率、減少非計劃停車。同時延長備品備件的使用時間、減少檢修費用、降低操作人員的勞動強度。最重要的是能夠保障生產(chǎn),為閃速爐的計劃與投產(chǎn)做好充分的保障。

4 轉(zhuǎn)爐風(fēng)機潤滑系統(tǒng)改造思路

維修人員對2#轉(zhuǎn)爐風(fēng)機檢查更換軸瓦時,發(fā)現(xiàn)該電機前后軸瓦的潤滑系統(tǒng)存在嚴重設(shè)計缺陷,為了降低電機前后軸瓦溫度[4],需要從以下幾個方面考慮。

(1)通過加大電機軸瓦冷卻油的供應(yīng)量,才能在單位時間內(nèi)起到降低軸瓦溫度的作用；

(2)潤滑系統(tǒng)回油管由前后軸瓦與油過濾器共用一根回油管,會造成回油堵塞；

(3)原先的軸瓦油冷卻系統(tǒng)采用噴淋潤滑方式潤滑效果不佳,預(yù)改為強制潤滑方式,能有效提高冷卻油與軸瓦的接觸面積,達到降低溫度的作用；

(4)目前公司使用的軸瓦為免刮瓦,直接安裝即可,但是經(jīng)試裝測得軸瓦間隙過小,且存在“夾膀子”的現(xiàn)象,無油楔。需要對軸瓦工作面進行重新設(shè)計并刮研,使冷卻油與軸瓦充分接觸；

(5)經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn),電機軸向缺少油密封裝置,直接導(dǎo)致軸向漏油,而且上軸承箱透氣孔冒油嚴重；

(6)造成軸瓦潤滑油回油不暢的主要原因為主油箱與外界空氣存在壓力差,導(dǎo)致油罐內(nèi)的油無法正?；氐街饔拖洹?/p>

5 轉(zhuǎn)爐風(fēng)機潤滑系統(tǒng)改造內(nèi)容

電機軸瓦油冷卻系統(tǒng),前后軸瓦回油管路與油過濾器共用一條總回油管路,而且前后軸瓦回油管路太細且過長易形成回油循環(huán)不暢問題,潤滑油大量存于軸承箱內(nèi)不能快速回流至儲油箱,軸承箱內(nèi)由于軸的旋轉(zhuǎn)易產(chǎn)生泡沫,潤滑油得不到及時冷卻,軸瓦溫度不能快速地降低(實際運行時軸瓦溫度高于75℃左右,遠高于正常運行20℃左右),軸瓦溫度過高易造成軸瓦磨損過快,縮短備件使用周期；嚴重時可燒毀軸瓦及密封釀成停車事故,影響轉(zhuǎn)爐的正常供風(fēng),造成生產(chǎn)系統(tǒng)中斷。而且過高的溫度易使?jié)櫥妥冑|(zhì),不但影響潤滑油冷卻效果,還會加快潤滑油的變質(zhì),繼而使油品成本上升。由于軸承箱內(nèi)大量潤滑油聚集致使軸承箱內(nèi)壓力上升,形成進油管進油不暢,熱量不能及時交換,勢必造成惡性循環(huán),使軸瓦的潤滑效率進一步下降。為了解決電機軸瓦油冷卻系統(tǒng)的上述問題,決定對電機前后軸瓦潤滑系統(tǒng)做以下改造。

(1)進油管管路改造

原先出廠配置的進油管管路閥門為氣閥,內(nèi)部管徑只有6 mm,嚴重制約著供油量,已改為不銹鋼內(nèi)螺紋球閥,內(nèi)部通油直徑為15 mm,進油孔直徑增加了1.5倍。同時在前后軸瓦進油前端加裝壓力表,更直觀地反映出進油量,方便調(diào)節(jié)進油量；進油管閥門選型更改并加裝壓力表。

(2)回油系統(tǒng)改造

①將原來前后軸瓦2根較細的回油管更換為直徑更大的膠皮管,并用鎖緊箍擰緊。

②將原來3根回油管匯流成一根改為分別回油,前軸瓦回油管從支路上拆除直接連接到儲油箱,避免并減少兩根回油管互相干擾造成的影響。

③在主油箱打孔安裝回油管路,將電機頭部冷卻液直接導(dǎo)回到主油箱。用大小規(guī)格適合的磁力鉆在油箱上部用φ14.5 mm鉆頭打孔,再用M16絲錐進行攻絲,配合安裝φ200 mm法蘭配合安裝管道。使用磁力鉆時鐵屑容易掉進油箱,用強力磁鐵送入油箱內(nèi),將鐵屑吸附后分多次取出,經(jīng)過對潤滑油油質(zhì)進行檢查,確定將鐵屑完全清除,最后配套法蘭安裝油管路。

(3)增設(shè)排煙機和透氣裝置

由于油箱與整套潤滑油循環(huán)系統(tǒng)屬于內(nèi)循環(huán)系統(tǒng),在設(shè)備運行時潤滑油溫度會升高,導(dǎo)致內(nèi)部與外部存在壓力差,內(nèi)部壓力增大,在實際使用中,主油箱溫度升高,油箱內(nèi)部壓力增大,會影響系統(tǒng)回油速度,造成回油速度過慢,以致潤滑不充分,熱量易集聚使軸瓦溫度升高。所以,在主油箱上方合適的位置用磁力鉆打孔安裝法蘭配合安裝排煙機,可以及時將主油箱內(nèi)的熱空氣抽出,在油箱內(nèi)部形成空氣負壓,使回油過程更加流暢,避免軸承箱內(nèi)的潤滑油聚集。

由于回油不暢致使轉(zhuǎn)爐風(fēng)機電機前后軸承箱透氣孔一直漏油,該問題雖不制約風(fēng)機的正常運轉(zhuǎn),但會使軸承箱體上布滿厚厚的油脂,運行時間久,會沾滿油泥,影響美觀程度且不符合“6s”現(xiàn)場管理；最嚴重的是軸瓦會進灰,導(dǎo)致潤滑油品質(zhì)變差。

對透氣裝置進行改造,制作一根500 mm長的直管,用DN25管下方加工螺扣,連接到軸承箱上端,直管上方用不銹鋼過濾網(wǎng)制作防塵帽,該方法有效抑制潤滑油產(chǎn)生泡沫溢出透氣孔,通過長管徑使?jié)櫥屠鋮s后回流到軸承箱內(nèi),也可以有效防止異物進入透氣孔。

由于該問題一直影響轉(zhuǎn)爐風(fēng)機的現(xiàn)場衛(wèi)生情況,設(shè)備運行會導(dǎo)致軸承箱潤滑油外漏,長此以往,污染廠房內(nèi)的地面,也使軸承箱油污積攢過厚,需要操作人員每天進行清理。通過該方法,有效解決了透氣孔一直冒油的難題,降低了操作人員的勞動強度,解決了現(xiàn)場衛(wèi)生的難題。

(4)噴淋潤滑改為強制潤滑

對軸瓦上出油孔配置銅管管路,將潤滑油直接導(dǎo)流到回油管中,具體實施辦法為：用直徑6 mm紫銅管作回油管路,并制作彎頭接管及配套設(shè)施,將紫銅管一頭連接軸瓦上出油孔,一頭伸進回油管。該方法將之前軸瓦頂端的φ20 mm出油孔更改為φ6 mm管徑銅管,起到強制潤滑作用,在軸瓦與軸的間隙內(nèi)形成一定壓力,保證軸與軸瓦的間隙內(nèi)存在穩(wěn)定油膜,有效地降低了軸瓦的溫度。

改造的工作原理是在電機工作時,潤滑油通過進油管進入潤滑層內(nèi),待潤滑油充盈潤滑層后,在軸與上軸瓦、下軸瓦之間形成一層穩(wěn)定的油膜,減小了軸受到的滑動摩擦,提高了電機的運行效率。軸在轉(zhuǎn)動過程中,會將潤滑油從出油孔甩到上軸承箱。使用堵頭的通孔代替出油孔出油,減小了出油直徑,在進油孔不變的情況下,潤滑層內(nèi)的油壓增大,潤滑油會完全充盈在潤滑層內(nèi),保證電機軸受到完全的潤滑,不會出現(xiàn)潤滑油缺失而導(dǎo)致潤滑不到的情況,電機軸瓦形成了強制潤滑的方式。

紫銅管連接堵頭通孔將甩出的潤滑油導(dǎo)出到回油管上,避免了潤滑油在軸承箱內(nèi)大量聚集,導(dǎo)致電機運行環(huán)境溫度過高的問題。

紫銅管之間使用銅管連接卡套進行連接,方便操作人員拆卸檢修?；赜凸芸梢赃x用直徑較大的膠皮管,以保證紫銅管在出油口一端所受壓力較小,方便潤滑油從紫銅管內(nèi)導(dǎo)出。

針對轉(zhuǎn)爐風(fēng)機軸瓦潤滑滑動軸承的改造,由于使用了紫銅管和堵頭,縮小了潤滑油的出油孔徑,使傳統(tǒng)的軸瓦潤滑方式由噴淋潤滑改為強制潤滑,降低了潤滑油的損耗速度。并且潤滑層內(nèi)會形成正壓,保持潤滑油始終充盈在潤滑層,提高電機的運行效率,更好降低運行時軸瓦的溫度。

(5)漏油問題處理

轉(zhuǎn)爐風(fēng)機前后軸瓦軸向一直出現(xiàn)漏油,嚴重影響轉(zhuǎn)爐風(fēng)機軸瓦正常工作,設(shè)備運行會導(dǎo)致前后軸承箱大量潤滑油外漏,污染廠房內(nèi)的地面,需要定期清洗,最重要的是軸瓦內(nèi)側(cè)漏油潤滑油會流進電機內(nèi)部,不好清理,影響電機的正常運行。而且造成潤滑油的浪費,需要定期補充潤滑油。

經(jīng)檢查上下軸承箱及軸端密封和軸承壓蓋,發(fā)現(xiàn)造成漏油的主要原因是軸瓦潤滑油開孔位置過高,超過了軸端密封面,所以一直出現(xiàn)漏油,而且該軸承箱只有軸瓦密封,沒有設(shè)計安裝軸承箱密封[5]。

改造方法：①改變下軸承箱的潤滑油回油孔位置,避免潤滑油高度超過軸的端面位置,從而解決漏油的問題。將下軸承箱拆除后,將原回油孔用測繪并制作好的堵頭焊住,在合適的位置重新鉆孔并焊接裝配管道。②在上下軸承箱制作安裝擋油板,用2 mm厚的鋁板制作并安裝。用手槍鉆在軸承箱上鉆2.5 mm的孔6個,然后用3 mm絲錐過扣,配合安裝密封片。通過該方法解決了軸瓦軸向一直漏油的詬病,超出預(yù)期使用效果,再未出現(xiàn)漏油的情況。

(6)對軸瓦進行重新刮研

保證軸瓦有足夠的油楔“吃油”,嚴格按照設(shè)計要求的尺寸,經(jīng)過壓鉛絲測量最后頂間隙為0.22 mm、側(cè)間隙為0.10 mm,保證間隙在0.16～0.22 mm之間。將軸瓦工作面進行菱形刮研處理,使軸瓦表面具有貯油功能,而且改為強制潤滑后,可以加快潤滑油回流。

6 生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計及使用效果

該項目改造完成后,2#轉(zhuǎn)爐風(fēng)機于2019年6月30日進行無負荷空載試車,運行5 min后,軸瓦溫度穩(wěn)定在55℃左右,較比之前的75℃下降了20℃。運行30 min后電機前后軸瓦分別穩(wěn)定在54℃和52℃,有效解決了該項目投產(chǎn)試車時電機軸瓦燒毀的嚴重事故,同時解決了軸瓦溫度一直過高的問題,為正常生產(chǎn)提供了有力保障。

通過對轉(zhuǎn)爐風(fēng)機潤滑系統(tǒng)的全面改造,完成了供油系統(tǒng)、回油系統(tǒng)、軸瓦潤滑方式的改造,漏油問題的改進、軸瓦間隙的重新測量刮研和安裝。改造完成后延長了潤滑油的使用周期,之前每三個月需要對潤滑油進行更換和補充,現(xiàn)在由于冷卻油溫度降低、潤滑油酯化程度下降,初步估計潤滑油使用周期可延長一倍以上,每年可節(jié)約費用3.6萬元。降低前后軸瓦運行溫度,以延長軸瓦的使用周期,降低備品備件及設(shè)備的檢修費用,也可降低操作人員勞動強度,確保轉(zhuǎn)爐連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn),減少非正常停車次數(shù)。