燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)軸向振動(dòng)異常分析與處理

蘇磊

(天津鋼鐵集團(tuán)有限公司機(jī)械動(dòng)力部)

摘　要：針對(duì)燒結(jié)機(jī)主抽風(fēng)機(jī)軸向異常振動(dòng)的問題，使用容知 RH130 測(cè)振儀采集振動(dòng)數(shù)據(jù)，利用計(jì)算機(jī)對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行精密分析，確定引起軸向振動(dòng)的主要原因?yàn)檗D(zhuǎn)子軸向不平衡。通過采用影響系數(shù)法在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行動(dòng)平衡校正，解決了煉鐵廠燒結(jié)機(jī)軸向振動(dòng)較大的現(xiàn)象，消除了振動(dòng)異響，保證了燒結(jié)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：燒結(jié)機(jī)；軸向振動(dòng)；轉(zhuǎn)子；動(dòng)平衡校正

1　引言

天津鋼鐵集團(tuán)有限公司煉鐵廠 2# 燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)自 2006 年 6 月投產(chǎn)，其與燒結(jié)機(jī)配套使用的主抽風(fēng)機(jī)屬大型風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子直徑 3.5 m，是燒結(jié)車間廢煙氣清除的主要設(shè)備。在設(shè)備運(yùn)行時(shí)，由于該風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高，達(dá)到 1 000 r/min，其安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，特別是在該風(fēng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，通過精密診斷及時(shí)發(fā)現(xiàn)軸向振動(dòng)較大的主要原因，對(duì)預(yù)防設(shè)備非計(jì)劃停機(jī)顯得尤為重要。通過動(dòng)平衡技術(shù)為風(fēng)機(jī)葉輪添加合理配重，使風(fēng)機(jī)振動(dòng)值恢復(fù)至正常水平，為風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行提供了保障。

2　設(shè)備功能及主要技術(shù)參數(shù)

2.1 設(shè)備功能

煉鐵廠 2# 燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)主要將燒結(jié)機(jī)中鐵原料，礦粉，生石灰，焦炭，無煙煤等混合物燃燒產(chǎn)生的廢煙氣抽出至脫硫塔，進(jìn)行除塵等一系列工藝操作，將煙氣中排放的顆粒物保持在 20mg/N m³ 以下，SO2 排放穩(wěn)定在 100 mg/N m³ 以下，Z終將排放指標(biāo)合格的煙氣排放至大氣。

2.2 主要技術(shù)參數(shù)

名稱：煉鐵廠 2# 燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī);

型號(hào)：SJ20000-14T；

處理煙氣量：20 000 m³ ;

全壓：42 000 Pa;

介質(zhì)含塵量<850 mg/m³ ;

電機(jī)功率：5 800 kW;

風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速：1 000 r/min。

2.3 設(shè)備傳動(dòng)圖及主要振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位

如圖 1 所示，煉鐵廠 2# 燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，風(fēng)機(jī)主軸與電機(jī)用彈性柱銷聯(lián)軸器與電機(jī)主軸相連，并傳遞扭矩。H、V、A 分別為振動(dòng)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的三個(gè)方向，總計(jì)四組數(shù)據(jù)。

3　軸向振動(dòng)異常原因分析

在 2015 年 8 月上旬我們?cè)谘矙z過程中發(fā)現(xiàn)煉鐵廠 2#燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)聲音異常且振動(dòng)過大，振動(dòng)值異常測(cè)點(diǎn)為風(fēng)機(jī)主動(dòng)側(cè)與傳動(dòng)側(cè)，并以軸向振動(dòng)為主，在這種異常振動(dòng)的情況下，我們對(duì)振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳盡的分析，并初步判斷出幾種出現(xiàn)導(dǎo)致軸向振動(dòng)異常的可能性。

3.1 引起振動(dòng)值大以及聲音異響的主要原因

煉鐵廠 2# 燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)在正常工作狀態(tài)下以 1 000 r/min高速旋轉(zhuǎn)，由于抽出的煙氣中含有大量粉塵，這些粉塵在經(jīng)過風(fēng)機(jī)葉輪時(shí)不可避免的有掛灰現(xiàn)象的發(fā)生，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：

F=mrw2　 (1)

式中，m 為掛灰后產(chǎn)生的不平衡量，r 為不平衡量質(zhì)心到轉(zhuǎn)軸的距離，取主抽風(fēng)機(jī)葉輪半徑 3 m，其中 w 為葉輪旋轉(zhuǎn)速度，啟機(jī)至穩(wěn)定運(yùn)行后工作頻率為 1000 r/min，估算煙道中煙灰粘在葉輪上的質(zhì)量為 70 g。

由公式(1)推算出不平衡力 F=21 000 N

由此可見，在如此大的離心力下，對(duì)轉(zhuǎn)子的正常工作將造成巨大的影響，將產(chǎn)生聲音異響以及振動(dòng)值大幅增加。

3.2 確定故障原因的分析過程

我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)用手持振動(dòng)表測(cè)量振動(dòng)地腳，未發(fā)現(xiàn)明顯振動(dòng)幅值，因此，排除了軸承座基礎(chǔ)剛度不夠引起的振動(dòng)。在振動(dòng)幅值方面，根據(jù) ISO10816 標(biāo)準(zhǔn)，該主抽風(fēng)機(jī)允許振動(dòng)限值為 7.1 mm/s，從表 1 中看出，傳動(dòng)側(cè)軸向振動(dòng)較大且有劣化趨勢(shì)，其次是垂直振動(dòng)，徑向水平振動(dòng)較小，軸向Z大值為 8.21 mm/s，已超過振動(dòng)參照標(biāo)準(zhǔn)，這次振動(dòng)升高現(xiàn)象與 2014 年 9 月份振動(dòng)升高現(xiàn)象類似，懷疑仍然是管道窩風(fēng)引起。

測(cè)量信息：天鋼 \ 煉鐵 \2# 燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)1 600 線速度頻譜(10~3k)

采集時(shí)間：2015-08-10，13:04:52

通過現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)道檢查后發(fā)現(xiàn)主抽 2# 出風(fēng)口導(dǎo)流板出現(xiàn)較明顯開焊現(xiàn)象，利用高爐休風(fēng)對(duì)導(dǎo)流板補(bǔ)焊后，對(duì)該風(fēng)機(jī)振動(dòng)值又進(jìn)行測(cè)量，各測(cè)點(diǎn)振值見表2，聲音異響與振值雖有所下降，其中傳動(dòng)側(cè)軸向振動(dòng)下降至 6.79 mm/s² ，非傳動(dòng)側(cè)軸向振動(dòng)值下降至 6.96 mm/s² ，但振動(dòng)幅值并未有明顯改善,根據(jù)ISO10816 標(biāo)準(zhǔn)參照，該風(fēng)機(jī)依然運(yùn)行在不可長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)下。

測(cè)?信息：天鋼 \ 煉鐵 \2# 燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī) 1600 線速度頻譜(10-3k) 

采集時(shí)間：2015-08-25 10:07:45 

我們又通過多次對(duì)該風(fēng)機(jī)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行精密診斷，并運(yùn)用頻譜分析(見圖 2)發(fā)現(xiàn)振動(dòng)主要頻譜為 1 倍頻，并無明顯多倍頻譜，我們分析速度頻譜圖發(fā)現(xiàn)除 1 倍頻軸頻外無明顯邊頻帶頻譜，也未發(fā)現(xiàn)高倍頻諧波，在主抽風(fēng)機(jī)逐漸由低速緩慢升至高速的過程中，振動(dòng)值也逐漸上升，綜合以上幾點(diǎn)已經(jīng)可以排除主抽風(fēng)機(jī)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的聲音異響和振動(dòng)異常。

根據(jù)這些現(xiàn)象我們綜合判斷出以 1 倍頻為主的振動(dòng)主要由主抽風(fēng)機(jī)葉輪不平衡原因?qū)е?，?duì)于出項(xiàng)的不平衡特征現(xiàn)象，我們決定采用 RH130 儀器的不平衡添加配重計(jì)算功能對(duì)該風(fēng)機(jī)進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)，解決該風(fēng)機(jī)軸向振動(dòng)過大的現(xiàn)象。

測(cè)點(diǎn)路徑：天鋼 \ 煉鐵 \2# 燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)/1600 線速度頻譜(10-3k);

采樣時(shí)間：2015-08-10，13:04:52;

運(yùn)行轉(zhuǎn)速：1 000 r/min;

采樣頻率：7 680 Hz。

4　利用 RH130 儀器降低軸向振動(dòng)值及相關(guān)數(shù)據(jù)分析

RH130 儀器作為高精度動(dòng)平衡儀器，在給主抽風(fēng)機(jī)做現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡的過程中，不能改變振動(dòng)傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器的位置，因此必須嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)程安裝調(diào)試儀器。

RH130 動(dòng)平衡儀安裝調(diào)試與主要操作步驟：

4.1 RH130 儀器安裝與調(diào)試

將儀器的振動(dòng)值測(cè)量通道 FH 1 傳感器并安裝在主抽風(fēng)機(jī)傳動(dòng)側(cè)軸承箱水平線位置，TRIGER通道與激光發(fā)射器相連，并將激光發(fā)射投對(duì)準(zhǔn)傳動(dòng)軸中心，監(jiān)測(cè)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速，并固定好磁座，保證動(dòng)平衡儀在工作過程中受到振動(dòng)產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳遞誤差。

4.2 試重的選取

以 1 000 r/min 啟動(dòng)主抽風(fēng)機(jī)電機(jī)，經(jīng)過一段時(shí)間使設(shè)備達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后測(cè)得初始振幅為 329.8 μm，初始相位為 64°。

根據(jù)儀器初始試重計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式：

P=AGg/rw2 s　 (2)

式中，P 為將要添加的試重;r 為加重半徑;w 為平衡時(shí)轉(zhuǎn)子的角速度;G 為葉輪質(zhì)量;g 為重力加速度，取 9.8 g/m2 s;s為靈敏度系數(shù)，120~150。

對(duì)比該風(fēng)機(jī)，初始振幅位移量 310.7 μm，加重半徑選擇在葉輪雙排螺栓的Z末端 2 600 mm 處，葉輪質(zhì)量約 3 500kg。通過公式(2)計(jì)算出需要添加的試重為 0.46 kg。根據(jù)平衡儀提示的相位 87°，旋轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)葉輪至合適的角度，將試重塊焊接在葉輪上。

4.3 配重選取

重新啟動(dòng)主抽風(fēng)機(jī)電機(jī)，葉輪轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 1 000 r/min 后，通過儀器計(jì)算出配重角度和配重量為 375°，0.55kg，根據(jù)提示的相位，我們又旋轉(zhuǎn)葉輪至相應(yīng)的角度，添加配重塊 0.55 kg，并在同樣的半徑處焊接配重塊。

4.4 加配重后振動(dòng)值對(duì)比

加配重后重新啟機(jī)，轉(zhuǎn)速達(dá)到 100 r/min 后通過測(cè)量發(fā)現(xiàn)振值大幅下降至 2.62 mm/s(見圖 3)和(見表3)，完全符合振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的振動(dòng)值大小，并且振動(dòng)異響消失，使主抽風(fēng)機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

測(cè)量信息：天鋼 \ 煉鐵 \2# 燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī) 1600 線速度頻譜(10-3k)

采集時(shí)間：2015-09-03 10:28:03

測(cè)量信息，測(cè)點(diǎn)路徑：天鋼 \ 煉鐵 \2# 燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)/1600 線速度頻譜(10-3k);

采樣時(shí)間：2015-09-03 10:28:03;

運(yùn)行轉(zhuǎn)速：1 000 r/min;

采樣頻率：7 680 Hz。

5　結(jié)束語

對(duì)于煉鐵廠燒結(jié) 2# 主抽風(fēng)機(jī)這類設(shè)備，有多種原因會(huì)引起軸向振動(dòng)值異常，綜合分析相關(guān)振動(dòng)數(shù)據(jù)后，才能發(fā)現(xiàn)引起軸向振動(dòng)異常的真實(shí)原因，通過先進(jìn)的RH130儀器，針對(duì)軸向不平衡量添加相應(yīng)的配重，Z終降低了軸向振值，消除了相關(guān)異響，避免了設(shè)備故障惡化程度還節(jié)省了人工時(shí)間成本，成功的解決了軸向振動(dòng)大及異響問題，使設(shè)備穩(wěn)定、安全運(yùn)行。

來源：《天津冶金》2016年第0z1期