風機故障診斷技術在安鋼2800m3高爐應用

供稿| 羅 亮 ，張志軍，李保軍，路建偉

風機故障診斷技術在安鋼2800m3高爐應用

供稿| 羅 亮 ，張志軍，李保軍，路建偉

內容導讀

風機在鋼鐵冶煉過程中占有重要位置，一旦發生故障將給生產、環境帶來較大影響；目前生產現場以簡易測振儀對風機振動狀態進行定期檢測的方法，難以及時判斷故障原因；文章主要對安鋼煉鐵廠噴煤主排風機和熱風爐助燃風機運行異常進行分析，介紹了基于頻譜分析的風機故障診斷方法并提出了維修方案，說明了處理后的運行效果，給出了風機運行管理的幾點建議。

風機在冶金行業使用較為廣泛，主要有引風機、鼓風機、排粉風機等，構件主要由電動機、轉子、軸承系統、機組殼體及聯軸器等組成。在負載較大的場合，采用變頻電機或加裝可調速液力偶合器。由于工況較為惡劣，風機常因不同形式的故障而影響其工作狀態，往往給生產帶來較大影響，所以風機日常點檢工作尤為重要。目前，主要采用簡易測振儀對風機振動狀態進行定期檢測，根據振動值變化確定風機狀態，目前的點檢手段雖然可以直觀得出振動值大小，但是缺乏有效的監測和分析手段，不能及時判斷故障的性質，難以快速排除故障。本文主要介紹兩起風機故障的診斷實例，并對風機安裝過程中出現的問題加以解決。

常見振動故障類型及分析

不對中引起的振動

風機存在的安裝誤差、熱膨脹變形、承載后的變形以及基礎的不均勻沉降等因素，有可能會造成機器工作時各轉子軸線之間產生不對中。不對中分為角不對中、平行不對中和軸承不對中。從頻譜圖上來看，不對中引發的振動在典型頻譜上出現與旋轉頻率相同的一倍頻、二倍頻以及小量值的高次諧波；如具備條件，現場進行相位測量是判斷不對中的最好判斷依據；一般在現場，可以用百分表對軸系的同心度進行確認，主要通過聯軸器軸向和角向間隙來要求的。

不平衡引起的振動

產生不平衡的原因主要包括：葉輪制造誤差，葉輪安裝誤差，葉輪磨損或者粘接物料等。不平衡引發的振動在典型頻譜上出現與旋轉頻率相同的一倍頻分量。當故障僅限于不平衡時，該分量通常大于振動總量的80%，如果還有其他故障，則有可能僅占50%～80%，不平衡與轉子轉速的平方成比例變化；日常點檢過程中，可以根據一倍頻振動值變化情況來判斷轉子是否存在磨損過量或粘結物料，通常這是一個逐漸變化的過程。

機械松動引起的振動

（1）、基礎松動、水泥失效、基礎變形等，此類振動在頻譜圖上表現為一倍頻分量，現場可以用測振儀測量基礎部的位移、速度變化。（2）、地腳螺栓松動、軸承座松動或者斷裂等，其振動頻譜除除包含一倍頻分量外，還包括相當大的二倍頻分量，并時常伴有次諧波分量。（3）、內部構件松動，如軸承磨損，間隙較大，葉輪松動，軸瓦松動等，由于松動部件對來自轉子動態力的非線性響應，因而產生許多諧波分量，有時亦產生整數倍的次諧波分量。

以上所說只是不對中、不平衡、機械松動單一原因產生振動的故障體現，在實際生產中，可能存在多種因素的綜合影響，如何在生產中快速判斷風機振動值異常的原因并對癥下藥，還需要結合實際情況，采取多種手段，如振幅的方向性，利用百分表檢查聯軸器的同心度等方法來輔助判斷振動產生的原因。

實例

排煤風機

2010年6月份，安鋼煉鐵廠2800m3高爐噴煤1#主排煤風機，振動值明顯增大且存在異響，異響和風機基頻基本同步；進入機殼檢查，發現風機葉輪鎖緊螺母松動，鍵部分剪切，葉輪在軸上竄動；根據設備運行情況，需要對轉子進行下線維護。但由于生產需要，現場沒有足夠的時間更換轉子，遂制定并實施臨時處理方案：首先，檢修人員進入機殼內，將葉輪直接焊接固定在軸上，以減少振動和沖擊；其次，焊接固定后，在確保生產的同時，盡量降低風機轉速，待高爐系統檢修時更換轉子。

圖1 風機現場布置

圖2 葉輪松動后臨時補焊

至高爐系統檢修前，葉輪曾脫焊一次，補焊后繼續使用；檢修所需備件，軸承、葉輪均提前在車間內安裝完畢后，運送至檢修現場。根據安裝技術要求，軸承外套與軸承箱的孔徑過盈量：0～0.04 mm，端蓋和軸承外徑間隙：0.015～0.03 mm；現場實測數據，軸承外套與軸承箱的孔徑過盈量：0.02 mm，端蓋和軸承外徑間隙：0.015 mm，檢查軸系對中情況，徑向偏差≤0.05 mm，傾斜≤0.2/1000符合要求。

檢修完成后，系統試車，發現轉速較低時振動值較小，隨著轉速增加，振動值明顯增大，并且存在明顯異響。打開檢修人孔發現，機殼部分變形，葉輪距機殼變形部位間距較小，機殼上有明顯磨損痕跡，隨著風機轉速的增加，振動值顯著增加，葉輪擺動明顯，磕碰風機機殼所致；對機殼變形處進行拉伸，切斷加強筋板，用倒鏈拉伸機殼至合適位置，焊接固定。

對風機轉子進行頻譜分析，測點選擇在對振動影響最為敏感的滾動軸承處，頻譜圖如圖3所示。

圖3 近風機軸承端頻譜圖

由圖3，我們發現諧波能量集中于基頻25 Hz振動，在典型頻譜上出現與旋轉頻率相同的一倍頻分量，并且出現較小的高次諧波，根據以上特征，我們判斷故障原因為轉子不平衡。 對轉子進行現場動平衡校驗，確保轉子平衡。

通過以上方案處理后，風機各點滿載測振數據最大值只有1.8 mm/s，整體運轉平穩。

助燃風機

2010年9月份，安鋼煉鐵廠2800 m3高爐熱風爐1#助燃風機，彈性尼龍棒磨損異常，部分發生剪切。利用簡易測振儀測得近風機點軸承端振動值數據：H:4.9 mm/s A :3.5 mm/s V:9.0 mm/s。

圖4 助燃風機現場

圖5 尼龍棒剪切

由測振數據，我們發現軸承的徑向振動較大，同時根據彈性尼龍棒磨損情況，初步推斷原因：（1）系統可能存在不對中，尼龍棒承受較大剪切力。（2）系統可能存在機械松動，地腳松動、軸承磨損量較大或安裝不當，尼龍棒承受較大徑向力。

為了判斷風機振動產生原因，對近風機點軸承端進行頻譜分析，由圖6所示，振動主要集中在一倍頻25Hz，二倍頻50Hz，同時產生整數倍的諧波分量，根據頻譜圖顯示，判斷可能存在機械松動或者不對中，但很難判斷是何種故障。

圖6 近風機點頻譜圖

利用百分表檢查軸系的同心度，檢查結果符合安裝技術要求，判斷振動原因應該是轉子存在機械松動。機械松動包括外部松動和內部松動，外部松動主要是基礎、地腳、軸承座等的松動；內部松動主要包括葉輪在軸上的松動，軸承磨損間隙過大，軸承與軸承座的間隙較大，在頻譜上產生較多的高次諧波分量。

原因排查：（1）拆除機殼檢查風機葉輪，由于風機長時間露天運行，葉輪部分磨損、銹蝕，平衡可能被破壞。（2）對軸承箱進行解體檢查，發現近電機側軸承與箱體存在較大的徑向間隙，徑向垂直端實測數據為0.08 mm，遠大于風機安裝要求的0.04 mm，運行過程中，尼龍棒承受較大的彎扭力矩。

解決方案： （1）由于葉輪、軸承等組件已接近運行周期，需更換轉子一套。（2）檢查地腳螺栓，用扭力扳手加載至指定的預緊載荷。（3）調整合適的軸承間隙與游隙，確保軸承良好的運轉狀態。現場處理后，風機運轉平穩，彈性尼龍棒無異常磨損。

小結

利用簡易測振儀判斷出風機運轉狀態異常，不易判斷故障原因時，首先應該對振動信號進行頻譜分析、相位分析。其次由于振動是矢量信號，在測試和平衡過程中，傳感器的位置和方向應該保持不變；同時，在現場生產中，應加強對設備的點檢與維護，以確保風機的正常運行。

（1）、簡易測振儀在現場已普及應用，雖然能判斷設備的運轉狀態，但是缺乏有效的監控和分析手段，所以對一些重要旋轉設備需加裝傳感器，接入微機畫面，實現實時監控，并增加輔助分析軟件，快速判斷排除故障。

（2）、收集整理點檢數據并繪制成曲線，同時結合電機負載、介質溫度、壓力、流量及生產工況等條件，來進一步掌控風機的工作狀態。

（3）、定期對轉子進行檢查，主要包括鎖緊裝置檢查、葉輪與轉子固定螺栓檢查，轉子磨損或粘料情況。

[1] 陳長征,胡立新,周勃,等.設備振動分析與故障診斷技術. 北京：科學出版社,2007.5

羅亮（1983.11—），男，安徽六安人，河南省安陽市安陽鋼鐵集團責任有限公司煉鐵廠設備材料科，助理工程師，本科，從事高爐噴煤設備管理。

The Fault Diagnosis Technology of Blower in 2800m3Blast Furnace in Angang

LUO Liang，ZHANG Zhi-jun，LI Bao-jun，LU Jian-wei

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