馬鋼煉鐵總廠（北區(qū)）4#燒結主抽風機故障診斷

嚴思保，賈維龍，劉 健

（馬鞍山馬鋼華陽設備診斷工程有限公司，安徽馬鞍山 243000）

1 4#燒結主抽風機故障診斷概況

2020 年3 月2 日，在對馬鋼煉鐵總廠（北區(qū)）4#燒結主抽風機進行周期性振動測試時，發(fā)現電機驅動側軸向振動偏大，振動值約為4.0 mm/s，振動主要能量為轉頻及其2 倍頻和3 倍頻。結合前期振動測試數據判斷，機組軸系不對中，聯軸器配合精度較差，存在嚴重磨損。將情況反饋給現場負責人后，現場決定擇機檢查聯軸器。

2020 年3 月10 日，現場工作人員對4#燒結主抽風機進行停機檢修：上午打開聯軸器，發(fā)現蛇形彈簧聯軸器內部的彈簧已磨損嚴重，存在斷裂風險；下午，現場檢修人員更換了聯軸器中的彈簧。

2020 年3 月11 日上午，再次對4#燒結主抽風機機組進行振動測試，電機驅動側軸向振動值明顯減小，為1.1 mm/s，機組恢復正常運行。

2 風機不對中故障機理

風機轉子不對中可以分為軸承不對中和軸系不對中兩種情況。

（1）軸承不對中是指軸頸在軸承中偏斜，主要影響油膜性能但不會產生振動，如果軸承不對中伴隨著轉子不平衡就會出現工頻振動。該主抽風機的電機兩端軸承和風機兩端軸承均采用滑動軸瓦，軸瓦由特殊合金耐磨材料制成，安裝精度高、運行穩(wěn)定，一般情況下不會產生軸承不對中現象。

（2）軸系不對中是指電機與風機之間用聯軸器連接時，其軸心不處在同一直線上，會導致軸向振動和徑向振動，振動值會隨著不對中嚴重程度的增加而增大。而該主抽風機，電機和風機之間用蛇形彈簧聯軸器聯接構成軸系，傳遞運動和轉矩。由于設備的安裝誤差、承載后的變形、工作狀態(tài)下熱膨脹以及機器基礎的沉降等，有可能會造成機器工作時風機轉子與電機轉子軸線之間產生軸系不對中。如果電機和風機的轉子系統(tǒng)具有軸系不對中故障，在其運轉過程中將產生一系列有害設備的動態(tài)效應，導致設備發(fā)生異常振動、危害極大，如聯軸器偏轉、軸彎曲變形、油膜失穩(wěn)、軸承早期損壞等。

3 設備傳動與測點布置簡圖

馬鋼煉鐵總廠（北區(qū)）4#燒結主抽風機由電機和風機組成，風機與電機間由聯軸器連接（圖1）。其中，電機的功率為7800 kW，電壓10 000 V，電流485 A，額定轉速1000 r/min；轉子質量為23.8 t，葉輪直徑3.9 m。

圖1 主抽4#風機傳動示意

4 診斷分析

2020 年3 月2 日，在對該燒結主抽風機進行周期性振動測試時，發(fā)現電機驅動側軸向振動偏大、振動值為4.02 mm/s，振動主要能量為轉頻及其2 倍頻和3 倍頻。機組檢修前測試振動數據見表1，速度有效值為2～1000 Hz。

表1 檢修前機組振動值mm/s

對電機驅動側軸向振動測試數據進行頻譜分析，發(fā)現振動主要能量為轉頻及其2 倍頻和3 倍頻，而轉動頻率的2 倍信號是機組軸系不對中的典型故障特征（圖2）。

圖2 電機驅動端軸向（2A）速度頻譜圖

結合近半年對機組的周期性測試數據，可以發(fā)現電機驅動側軸向振動值呈明顯增長趨勢，從2019 年6 月12 日的振動1.4 mm/s 逐步增長，2020 年3 月2 日振動值達到4.0 mm/s，聯軸器內部受力面應存在較嚴重磨損，且磨損程度逐步惡化。電機驅動端軸向速度值趨勢如圖3 所示。

圖3 電機驅動端軸向（2A）速度值趨勢

因此，該機組電機驅動側軸向振動偏大的主要原因是，機組軸系不對中，導致電機驅動端聯軸器磨損，且磨損程度逐步惡化。

5 結果驗證

2020 年3 月10 日，現場工作人員對設備進行停機檢修。打開聯軸器后，發(fā)現蛇形彈簧聯軸器內部的彈簧嚴重磨損，彈簧表面已磨損凹陷，存在斷裂風險（圖4）。然后現場檢修人員更換了聯軸器中的彈簧。

圖4 蛇形彈簧聯軸器中彈簧嚴重磨損

2020 年3 月11 日上午，馬鋼華陽公司再次對機組進行振動測試，電機驅動側軸向振動值明顯減小，為1.1 mm/s，機組恢復正常運行。機組檢修后的測試振動數據見表2，速度有效值為2～1000 Hz。

表2 檢修后機組振動值mm/s

6 故障原因分析

（1）該主抽風機的電機與風機轉子之間采用的是蛇形彈簧聯軸器，它具有比一般彈性聯軸器能承受更大的載荷變動量，且在徑向、角度、軸向存在一定偏差的情況下，仍然能正常工作。

（2）從聯軸器拆解下的彈簧可以看出，彈簧表面已磨損凹陷。表明聯軸器長期受機組軸系不對中影響。由于軸系不對中，導致聯軸器兩側產生附加的彎曲力。隨著轉動，這個附加彎曲力的方向和作用點也被迫發(fā)生了改變，從而激發(fā)出轉頻的2 倍頻、4 倍頻等偶數倍頻的轉動。

（3）從現場設備安裝情況可以看出，風機轉子相對于電機，轉子的重量更重且剛性更強，所以振動能量會在電機軸向表現的更加強烈。從測試數據也可發(fā)現，電機2 點軸向振動值最大，為4.02 mm/s，振動主要能量為轉頻及其2 倍頻、3 倍頻。

所以，機組軸系不對中是導致聯軸器磨損的根本原因。隨著聯軸器中彈簧磨損量的加深，電機軸向振動值變大。

7 結論及反思

通過對馬鋼煉鐵總廠（北區(qū)）4#燒結主抽風機軸系不對中的故障診斷分析可知，由軸系不對中引起的振動主要有3 個特點：①表現在軸向振動較大；②與聯軸器靠近的軸承座振動增大；③不對中故障的特征頻率為2 倍頻并常伴有基頻和3 倍頻。

實踐表明，對設備進行振動監(jiān)測，可提前發(fā)現設備缺陷，在設備缺陷發(fā)展為事故前進行處理，避免突發(fā)性設備事故。不僅延長了設備使用壽命，避免突發(fā)事故對設備的破壞和對生產秩序的破壞，而且通過對故障根源的分析，還可以發(fā)現設計和操作等方面存在的問題并改進。