高温风机的安装与维护

摘要：结合工艺热风机在安装与维护过程中的实际经验，简要介绍了高温风机安装的技术要点及常见故障的判断与处理方法，同时通过实例对几种故障处理的误区进行了剖析。
关键词： 高温风机   诊断   频谱   

0  引言
工艺热风机在钢铁冶金、化工、电力等行业使用广泛，相对于常温风机而言，高温风机的故障率较高，使用寿命也较短，在安装及使用维护方面技术要求相对更高，难度更大。武钢程潮铁矿120万吨球团厂的回热风机就曾经因安装、检修中的失误而导致风机轴承烧坏、风机振动超标等故障。本文结合实例总结了球团厂高温风机在安装、使用维护过程中的经验和教训。
1  高温风机的安装调试
1.1  风机主轴的安装
    高温风机主轴的热膨胀，是通过非定位端轴承的轴向游动实现的。在设计时已经考虑了主轴在工况下的热膨胀，一般在安装图纸上也会明确标出轴承座、叶轮安装的定位尺寸。在进行现场安装作业时需要注意的问题：（1）根据主轴的膨胀方向，选定负荷端作为定位端；（2）根据端盖的区别确定定位与非定位轴承座。
1.2  系统找正
    系统找正主要包括：轴承座的中心找正、风机轴与电机的找正。为避免热态下出现的“假对中”，高温风机各部分的找正一定要在常温下进行。
1.3  润滑站的安装
    风机润滑站的安装距离轴承座不宜太远，以避开高温环境为准。润滑站太远会导致进油、回油管路过长，油液沿程损失大，并容易出现轴承座进油压力不足、回油不畅、轴承座漏油等故障（尤其在冬季冷态启车的情况下最容易出现）。
1.4  试车
    常温下的介质密度比实际工况大许多。因此，高温风机的冷态试车，必须保证进风风门处于关闭状态，否则容易出现电流过高而无法正常启动以及容易造成液力耦合器负荷启车损坏的现象。
2  常见故障的诊断与处理
2.1  风机的振动
    振动超标是热风机运行中最常见的故障，是影响风机安全运行及工厂正常生产的重要因素。导致风机振动的原因很多，常见的原因：转子失衡、系统对中不良、松动、动静件摩擦、滚动轴承故障、转子弯曲、共振、电机故障引起风机振动等。
2.1.1  热风机转子失衡的原因及处理方法
    转子失衡是导致风机振动超标的最常见原因。单纯的转子失衡振动特征很明显，其表现：（1）波形近似正弦波；（2）频谱图中，谐波能量主要集中在基频。由于烧结厂、球团厂的工艺热风机工作环境特殊，导致风机转子失衡的因素也相对复杂。球团厂热风机转子失衡的常见原因及处理方法见表1。
2.1.2  其他几种常见振动故障的简单判断方法见表2。
2.2  轴承温度高
轴承温度高也是热风机运行中常见的故障，其原因很多，但对高温风机而言，主要包括6个方面：
    （1）轴承磨损严重，轴向及径向游隙过大。这主要是轴承使用时间过长，滚珠和保持架等磨损严重，需要更换；                                                                                                                                                                                           
（2）润滑油量不足或过量。热风机多为循环油润滑，润滑站的油压和油温对轴承座温度有很大影响，一般稀油站的供油压力为0.15～0.2MPa,供油温度不超过40℃。应定期清洗油过滤器。同时，进油管和回油管距离机壳不宜太近，避免环境温度的辐射影响油温；
（3）润滑油变质或牌号不对，粘度太低或太高。一般高温风机的润滑油最好半年更换一次，且牌号以32＃或46＃为宜（或严格按设备说明书要求选择润滑油）；
（4）环境温度太高。高温风机的轴承座温度随环境温度的波动较大，工艺操作上的不稳定导致风温不稳定，从而影响轴承座温度是经常碰到的问题；
（5）安装误差。两端轴承安装不同心或由于主轴安装定位的误差，造成非定位端轴承座端盖与轴承外环间隙太小，主轴受热膨胀后，轴承外环与端盖产生摩擦等都会导致轴承发热；
（6）轴承外圈转动与轴承箱内孔摩擦。

表1  热风机转子失衡的常见原因及处理方法
序号 常见的失衡原因 处理方法
1 系统除尘效果差，使叶轮出现不均匀磨损，导致转子失衡 1.如果叶轮总体磨损并不严重，可以直接通过现场动平衡，解决问题；
2.如果叶轮总体磨损较严重，叶片耐磨层已磨去2/3以上，为避免继续磨损而导致整个叶轮报废，最好采用先堆焊耐磨层，再进行现场动平衡的方法。这样可以反复作业，可以延长叶轮寿命近1倍。堆焊焊条可以根据叶片母材进行选择，比如D227、R317等均是性能较好的堆焊材料。另外，应根据风机进风口的结构选择堆焊层的部位及厚度，以提高堆焊质量。比如双侧进风的风机，磨损最剧烈的部位在叶片中间，此处的堆焊层的焊缝应密而厚，这样可以有效提高磨损周期
2 烟气中的灰粉沉积在叶片背面，导致失衡 这也是球团厂热风机的常见故障。将叶轮清理干净即可消除振动
3 可拆卸式叶片耐磨衬板的固定螺栓松动脱落 如果风机叶片的耐磨层是可拆卸式的，在对风机进行动平衡之前，务必要仔细检查叶轮的每一颗螺栓，将出现松动的重新拧紧并点焊，否则很难通过现场动平衡消除振动
4 双层包夹式叶片根部焊缝磨穿，在叶轮转动中灌风或灰尘进入叶片空腔，导致失衡 该处焊缝磨损后导致的振动，往往比单纯的叶片磨损而引起的振动更为明显，振动更为剧烈。待夹缝中的灰尘全部清除干净，将开裂的焊缝补焊后，进行现场动平衡，消除振动
 
                          
表2  几种常见振动故障的简单判断方法
序号 故障原因 典型故障特征
1 轴承座地脚螺栓松动 径向水平振动值不稳定；铅垂方向振动大，且轴承座比刚性基础振动值明显偏高；频谱图中出现高次谐波，并呈逐阶递减趋势
2 转子动静摩碰 风机运行中伴有明显的金属摩擦或撞击声；波形中出现冲击信号，并有削峰
旭彩网3 系统对中不良 轴向振动较大； 2倍频出现峰值

3  高温风机故障处理的误区
3.1 误区一
风机轴承外圈装配间隙太大，出现“跑圈”现象。
在热风机检修过程中，经常发现轴承外环外圈与轴承座有相对滑动摩擦的痕迹，情况严重的甚至出现轴承座上盖内磨出明显的台阶、轴承外圈出现轻微烧灼现象，即通常说的“轴承跑圈”。2005年，我矿在检修2＃回热风机时，就因为工人误认为轴承跑圈，通过压铅法测量间隙后，在上盖与轴承之间垫薄铜板将轴承压紧。开车后，当工作温度升到270℃，运转不到6h，该轴承连同风机轴全部烧坏，致使风机转子报废。
实际上，在高温风机的运行中，这种“轴承跑圈”现象是经常出现的。因为风机的主轴在运行中存在热膨胀，轴承的安装方式为“一端固定、一端游动”，因此轴承外圈与轴承座孔之间为间隙配合。在运行过程中，就出现了非定位端轴承随着主轴的膨胀而轴向游动，轴承外圈在滚珠的带动下和轴承座内环出现一定程度的相对滑动是允许的。当出现这种情况时，绝不能简单的认为是“轴承跑圈”将轴承压紧从而造成事故。
3.2  误区二
风机振动大——转子“失衡”。
如前所述，风机振动大的原因很多，转子失衡只是其中之一。而很多故障在频谱分析中表现出来的特征与失衡基本吻合，但如不仔细检查，仅仅通过现场动平衡来消除，虽然可以降低振动值，但并没有解决根本问题，有时甚至会带来恶性循环，比如叶片积灰和夹层焊缝开裂等；另外，还有一些故障虽然频谱特征与失衡极为相似，却并非失衡，无法通过动平衡来消除振动，比如转子弯曲、叶轮中盘连接松动等。我矿2＃回热风机就有过一次这样的实例（风机有关技术参数见表3）。
表3  2＃回热风机主要技术参数
生产厂家 重庆通用风机厂（英国豪登技术） 风量 260000 m3/h
电机功率 710kW 转速 1480r/min
联轴器类型 液力耦合器 主轴－叶轮连接方式 通过中盘高强度螺栓连接
叶轮直径 2.70m 进风方式 双侧进风
叶片数量 10片 耐磨层类型 可拆卸耐磨板

2005年底，因工艺系统改造移位后，风机振动严重超标，无法正常开车。通过现场测量后发现，风机负荷端振动比非负荷端大了近1倍，第一次测量的负荷端轴承座波形、频谱如图1所示。
 
            （a）振动波形图
 
           （b）振动频谱图
图1 负荷端轴承座初次测量振动图谱
从波形和频谱图得出结论：（1）波形以正
弦波为主，频谱图中基频是主要成分，总体呈现失衡的特征；（2）频谱图中2倍频至6倍频谐波均出现较大峰值，且伴有高次谐波，由此判断存在不对中和松动现象。然而将风机地脚螺栓紧固一遍，同时对系统重新找正，再次开车测量时，发现振动值和频谱图几乎没有变化。通过对轴承座与基础底座铅垂方向振动的多次测量，确定负荷端地脚螺栓基础出现松动。将轴承座的二次基础打开后发现垫铁明显松动，且有一根地脚螺栓已经断裂。为防止因振动大而导致地脚螺栓的浇灌基础也出现松动，将负荷端二次基础打掉后，重新放线找正，现场打眼，用环氧砂浆法重新浇注地脚螺栓。之后开车测量，振动值降了一半，且两端轴承座振动很接近，频谱如图2所示。
 
图2  处理负荷端轴承座地脚螺栓松动后振动频谱图
从频谱图分析得出：2倍频及谐波基本消除，但基频仍然有很高的峰值，初始判断为失衡。然而通过测量相位，发现振动相位很不稳定，且变化幅度较大，无法实施现场动平衡。综合以上信息再次判断风机转子叶轮中盘的连接螺栓松动。被迫再次停机检查，发现6根中盘螺栓有4根出现少许松动，有1根严重松动（如图3所示）。处理完螺栓的松动，再对风机进行现场动平衡，最终将风机振动值降至4.3mm/s，完成了整个故障的处理工作。
通过实例充分证明了有些故障与转子失衡的特征相似，却不一定是简单的失衡，也决不是通过简单的现场平衡就能解决的。
 
图3  叶轮中盘螺栓松动图
4  结论
    高温风机在安装、维修与故障诊断中有一些特殊的技术要求，这就要求技术人员在处理相关的问题或进行故障判断时，不能按常温设备的经验去操作，否则轻则会影响风机的安全运行、降低设备使用寿命，重则会造成严重的设备事故。

制造的关键是数控加工中心
旭彩网    罗茨风机（罗茨鼓风机）的生产制造已经算不上什么高科技了，几十年来中国的罗茨风机（罗茨鼓风机）生产制造厂家在逐步增加，尤其是章丘的罗茨风机，罗茨风机的生产一直靠车间一线的机械操作工人的责任心在办事情。

    除了这样，就只能在自动控制上下功夫了，我们公司花了近260万元引进国内最先进的数控加工中心，期望靠电脑控制的机械加工设备来确保加工精度和效率了，同时也确实保证了罗茨风机（罗茨鼓风机）的质量了。

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    现在，罗茨风机（罗茨鼓风机）的生产制造，关键的就是看是否有数控加工中心，其他的问题都是不关原则的小事情了。
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