φ3000×30000輕灰蒸汽煅燒爐爐尾振動的修理

閆 濤

（南化集團連云港堿廠，江蘇 連云港 222042）

由于生產(chǎn)的需要，我廠在1996年新增φ3000×30000輕灰煅燒爐，前期因汽軸泄漏以及加熱管不凝汽管拆除等原因，在2006年3月更換新的汽軸。2008年發(fā)生過爐尾振動的現(xiàn)象，當(dāng)年對后滾圈進行車削處理，略緩解了這一振動，但后期振動逐漸加大。2012年5月出現(xiàn)了爐尾南側(cè)托輪軸承損壞，更換了損壞托輪。10月爐尾振動再次加劇，此次更換了重新鑲套的φ1300托輪一對，振動得到一定的緩解。但到了2013年3月爐尾出料箱振動加大，進汽、出水波紋管膨脹節(jié)處連續(xù)損壞，安全生產(chǎn)得不到保障。2013年4月對該問題進行徹底檢修。

1 修理前準(zhǔn)備及檢修方案的制定

1.1 振動源的查找

0＃輕灰煅燒爐停止運行，拆除爐頭爐尾滾圈護罩，發(fā)現(xiàn)爐尾滾圈外表面成明顯的波浪形，通過測量每一個波浪寬度約為80mm，波峰與波谷之間平均差約2.5mm，最大差約3.4mm，整個爐尾滾圈約有近180個波浪。爐尾滾圈實際已變成由許多個小矩形組成的多邊形。而爐尾一對托輪的外表面，也發(fā)生了與滾圈相對應(yīng)的變形。爐尾滾圈、托輪外表面的變形使摩擦接觸面由線接觸變?yōu)辄c接觸是產(chǎn)生振動的主要原因。由于振動，滾圈和托輪表面出現(xiàn)了大量的凹痕，加劇了爐體的振動。

那么距離爐尾滾圈6m的出料箱，8m的旋轉(zhuǎn)接頭，以及進氣出水波紋管的振動與損壞是否還有別的因素存在呢？帶著這個疑問在旋轉(zhuǎn)接頭最東側(cè)打表測量徑向跳動，測量范圍10mm的百分表脫表，用直尺大約測出徑向最大偏差約20mm。排除旋轉(zhuǎn)接頭自變形的因素，初步分析進氣軸有變形的可能。拆除旋轉(zhuǎn)接頭在汽軸最前端處打表測出徑向跳動最大偏差16mm。為了進一步找出汽軸變形部位，拆除出料箱，在出料螺旋葉片與汽軸連接處打徑向跳動最大偏差為11mm。（見圖1）

圖1 汽軸中部徑向跳動數(shù)據(jù)

1.2 產(chǎn)生振動現(xiàn)象分析

我廠有成功車削滾圈的經(jīng)驗，仔細分析上次車削時的方案，得出車削滾圈時已經(jīng)不是按爐體的中心線找正車削，而是按照一對托輪的旋轉(zhuǎn)中心線走刀車削的。這就決定了車削后的滾圈，只是和車削時的那一對托輪的摩擦接觸面是相吻合的，而不是一個正圓。所以當(dāng)其中某一個托輪的軸承損壞，更換新的托輪后，旋轉(zhuǎn)中心線發(fā)生了變化，托輪與滾圈的摩擦接觸面也發(fā)生了變化。這樣的變化打破了原來的平衡，爐體的旋轉(zhuǎn)不再平穩(wěn)從而加劇滾圈外表面與托輪外表面的磨損，這一現(xiàn)象不斷地繼續(xù)下去，導(dǎo)致滾圈形成了多邊形。滾圈、托輪的不平衡產(chǎn)生的振動直接影響到汽軸使之彎曲變形，在通過旋轉(zhuǎn)接頭的傳遞使?fàn)t尾支架、出料箱、進汽出水波紋管等設(shè)備連續(xù)損壞，最終無法正常運行。

1.3 修理方案的制定

由于爐尾滾圈、托輪是產(chǎn)生此次故障的主要原因，所以決定第一步：更換一對新的托輪，找出托輪相對于基礎(chǔ)的基準(zhǔn)點并使之對中。第二步：拆除原液力偶合器，改為彈性柱銷聯(lián)軸器。加裝變頻器將爐轉(zhuǎn)調(diào)整為15～20Hz。第三步：按照2008年車削的方案再次對爐尾滾圈車削。查閱資料滾圈淬火深度為50mm，所以再次車削不影響滾圈的表面硬度。第四步：車削達到要求后，在爐體的軸向上取五處再次打表測量徑向跳動，以排除引起進汽軸變形的其它原因。前四步完成后根據(jù)情況確定進汽軸的的修復(fù)方案。

2 滾圈的修理過程

2.1 爐尾托輪更換找正

將一對新鑲套的φ1300托輪安裝在爐尾基礎(chǔ)內(nèi)。托輪軸的中心線投影與基礎(chǔ)的中心線找正使之對中。兩托輪采用拉線法使托輪外表面處于同一直線內(nèi)，以保證直線度。找正好的托輪用地腳螺栓緊固，并用頂絲頂牢靠。

2.2 用變頻器調(diào)整爐轉(zhuǎn)

為了得到可以車削的旋轉(zhuǎn)速度，需將爐轉(zhuǎn)調(diào)整，我廠煅燒爐原采用工頻運行，不能滿足車削的需要，后增加變頻器，將工頻運行式50Hz爐轉(zhuǎn)降低到15～20Hz，因為液力偶合器在15～20Hz時無法啟動，所以改為彈性柱銷聯(lián)軸器。更換聯(lián)軸器找正對中。同時電器部門安裝調(diào)試變頻器使之達到要求的赫茲數(shù)。

2.3 車削滾圈

此次依然采用靠模法進行滾圈的車削，考慮到前期該滾圈被車削過，為保證滾圈的完好性，計算車削厚度5mm左右。

這次共車削七刀，每一刀耗時6～8h，從第三刀起用壓鉛絲法檢測車削的效果，并調(diào)整下一刀的方案。最終七刀車削了4.2mm達到了滾圈與托輪的摩擦接觸面＞85%的要求。

滾圈左側(cè)車削第一刀后明顯出現(xiàn)黑白相間的條紋，黑色部分是沒有車削到的，白色部分是剛剛被車削的，可以看出滾圈表面已經(jīng)成一個多邊形，而不是一個整圓形。

2.4 軸向取五處測量徑向跳動

以爐尾進氣軸端面為基準(zhǔn)，將汽軸端面均分為8份。將此8點的軸向投影分別放射到爐尾大法蘭、爐尾滾圈、爐頭滾圈、爐頭大法蘭。找好打表的基點后，依次測量得到表1的數(shù)據(jù)。

表1 軸向取五處徑向跳動測量 單位：mm

由表1可見消除了爐尾滾圈變形的因素后，爐尾大法蘭、爐尾滾圈、爐頭滾圈、爐頭大法蘭的徑向跳動數(shù)據(jù)均在可控范圍之內(nèi)。其余問題不是致使?fàn)t尾振動的原因，所以如何解決汽軸彎曲是本次檢修的重中之重。

3 汽軸的修理

汽軸是煅燒爐的關(guān)鍵部件，是蒸汽進入、冷凝水排出的通道。中壓蒸汽由汽軸φ219×10中心管進入，分三路由φ168×16管進入汽室，然后分配到帶有螺旋葉片的加熱管中。換熱后的中壓凝水由汽室的三根排水管進入汽軸φ426×28外筒體，最后順著出水波紋管排至儲水槽。汽軸的內(nèi)外筒體是由三根呈螺旋狀的支撐板連接在一起的。

3.1 用火焰法矯正汽軸

汽軸與汽室之間存在著進汽、出水管，補強圈，出料螺旋翅片，集中密布致使其焊縫非常密集。原計劃割斷所有進汽、出水管，刨開與汽室連接的所有焊縫，進行重新焊接找正。但這樣母材經(jīng)過反復(fù)加熱焊接可焊性會大幅下降，極有可能會對未來的生產(chǎn)埋下隱患。更換汽軸所需備件制作周期長，成本高。此兩方案都不符合我廠目前的生產(chǎn)經(jīng)營形式。

而采用氧氣、乙炔焰矯正法不需要大型設(shè)備，操作方便，速度快、質(zhì)量高。而材質(zhì)為低碳鋼的汽軸也具備了加熱矯正的可能性。

3.2 火焰法矯正施工過程

3.2.1 確定火焰矯正的位置

通過對汽室、汽軸、進汽管、出水管、出料螺旋翅片、出料筒體、支撐管的檢查，將火焰加熱點確定在出料螺旋翅片東側(cè)距汽軸前端面2 300～1 900mm處。將汽軸端面的第4點盤車至正下方，這時第8點處于正上方。第8點對應(yīng)在汽軸的軸線上均布5個φ50的加熱點，順時針方向間距50mm平行布置4個φ50的加熱點，再間距50mm平行布置3個φ50的加熱點。逆時針方向也同樣均布這樣的7個加熱點。這時距汽軸前端面2 300～1 900mm，65°左右的范圍內(nèi)成矩陣式排列了19個φ50的加熱點。在汽軸前端面800mm處架設(shè)32噸千斤頂，兩把300 mm焊炬準(zhǔn)備，汽軸前端支撐百分表。（見圖2）

圖2 汽軸結(jié)構(gòu)示意圖

3.2.2 第一次加熱矯正

首先割開出料筒體與汽軸間所焊接的支撐鋼管。兩把氧氣乙炔火焰焊炬分別對19個點進行烘烤，同時下方的千斤頂頂牢，略微頂起。隨著烘烤的時間進行微頂32噸千斤頂。每一個點烘烤顏色至薄褐色或赤褐色時烘烤下一個點。這是用測溫儀測量溫度約為500～600℃。1h后停止烘烤，利用空氣自然冷卻。待完全冷卻后撤掉千斤頂。打表測得數(shù)據(jù)如圖3。

圖3 汽軸頭部首次矯正徑跳數(shù)據(jù)

3.2.3 第二次加熱矯正

重復(fù)第一次加熱過程，并且加熱時間延長至1.5h，注意控制溫度保持在500～600℃之間。取2桶冷清水，撤掉火焰用冷清水潑在汽軸被加熱段。通過支撐在前端的百分表可以看到，加熱部分遇冷水后產(chǎn)生明顯的收縮變形。不斷地潑水直至汽軸冷卻，再利用空氣自然完全冷卻后打表測得數(shù)據(jù)如圖4。

圖4 矯正后的軸向及徑向跳動數(shù)據(jù)

為了防止生產(chǎn)通入中壓蒸汽時汽軸恢復(fù)原有變形，在第8點和第1點之間與出料筒體焊接120＃工字鋼，起拉筋作用如圖5。

圖5 拉筋位置

圖6 火焰矯正作用點分布圖

4 煅燒爐驅(qū)動裝置的改進

我廠0＃輕灰煅燒爐是大化集團大連化工機械廠在國內(nèi)制作的第一臺輕灰爐，驅(qū)動裝置采用160kW的Y355M－6電機，減速機為ZLSH115－25－I，減速機速比I＝24.75，電機和減速機之間采用液力偶合器TVA650聯(lián)接，工頻運行，工作時爐轉(zhuǎn)過快，不但造成爐體振動較大，而且對調(diào)爐也有一定的影響，同時能耗過高。另外液力偶合器在日常維修中拆裝困難，雖然啟動時能夠起到保護作用，但是日常維護較多，比起變頻器，屬于落后產(chǎn)品。在此次修理中，增加了變頻器，取消液力偶合器，采用彈性柱銷聯(lián)軸器，電機前移，電機平臺同步延伸。在車削時，將50Hz爐轉(zhuǎn)降低到15～20Hz。車削后，將爐轉(zhuǎn)調(diào)整至40～45Hz之間運行，爐轉(zhuǎn)降低，爐體振動減小，產(chǎn)量負荷沒有任何影響，電耗下降，平均每小時可節(jié)約電耗30～40kW。

5 裝置恢復(fù)及試車

在完成了輕灰爐汽軸的修理后，將出料箱、旋轉(zhuǎn)接頭依次恢復(fù)后，考慮到該臺輕灰爐的旋轉(zhuǎn)接頭較φ3600輕灰爐延伸過長，呈懸臂狀，而且旋轉(zhuǎn)接頭殼體支撐單薄，僅靠兩個水平槽鋼支撐在彈簧上，長時間運行很容易帶動汽軸的變形，這點也是汽軸變形的一個原因。所以在此次檢修中，除了在容易變形處增設(shè)了120＃工字鋼防止變形外，還在旋轉(zhuǎn)殼體中部立筋處增加了一個高強度彈簧拉鉤，緊緊將旋轉(zhuǎn)接頭吊起，避免旋轉(zhuǎn)接頭下沉帶動汽軸變形。另外旋轉(zhuǎn)接頭與汽軸之間采用紫銅花墊起到密封作用，拆開后原銅墊完好，可以利舊，但安裝時需將紫銅重新加熱后，消除原有的性能，使銅墊重新變軟，安裝后效果更好，同時要做好通蒸汽后聯(lián)接螺栓的熱緊。

試車分為空試和帶料試車兩個步驟，先用40～45Hz開車試轉(zhuǎn)，效果十分明顯，困擾已久的爐尾振動徹底消失，運行十分平穩(wěn)。在通汽暖爐后，帶料作業(yè)，通汽后旋轉(zhuǎn)接頭略變形，徑向偏差增加了1 mm，總體效果較好。正式作業(yè)后，爐尾旋轉(zhuǎn)接頭、出料箱、進汽出水波紋管以及爐尾平臺振動幾乎消失，連續(xù)工作2周后停爐檢查，一切正常。

此次煅燒爐爐尾振動的修理中，通過總結(jié)發(fā)現(xiàn)了滾圈的車削與托輪之間的配合關(guān)系，同時更是大膽嘗試了汽軸的火焰矯正，這種嘗試在國內(nèi)的煅燒爐修理中屬于首例。這次嘗試不僅解決了制約生產(chǎn)的瓶頸問題，而且節(jié)省了大量的檢維修與備件的費用，同時為今后類似的設(shè)備修理問題奠定了基礎(chǔ)。

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