大型軸流鼓風機組防喘實驗振動原因分析及處理

張金成,張 艷,張學鋒

(中冶京誠工程技術有限公司,北京 100076)

1 引言

大型軸流式鼓風機是大型高爐的核心設備之一，被業界稱為“高爐心臟”，其安全可靠、高效節能直接影響高爐的運行。目前，高爐軸流鼓風機技術已達到一個比較完善的程度。但是，在大型高爐軸流鼓風機組運行過程中及初期調試過程中，機組喘振現象仍比較普遍。尤其是AV80及以上大型軸流鼓風機組，調試過程中喘振現象明顯，破壞力強，稍有不慎就會造成無法挽回的損失。

本文就某鋼廠AV90軸流鼓風機組防喘振實驗過程中的不正常振動現象，進行分析總結，為機組設計、調試人員提供部分經驗。

2 軸流鼓風機組工藝系統及特點

軸流鼓風機主要工藝流程：空氣→過濾裝置→軸流鼓風機→止回閥→出口消聲器→送風閥→送風管道→高爐。工藝流程見圖1。

空氣由空氣過濾器去除雜質通過吸風管道經整流柵進入鼓風機入口，經過鼓風機壓縮，由鼓風機出口管路送出。為減少振動、減小管道噪音，鼓風機出口管道設置有補償器及消聲設備。

圖1 鼓風機進出口風工藝流程

為防止鼓風機喘振及阻塞，鼓風機出口管路上除設置自動防喘振閥及放風消聲器外，還設有自動防喘振旁路管的電動放風閥。為防止氣體逆流，還設有止回閥。

3 軸流鼓風機組防喘振實驗

喘振是透平壓縮機的固有特性。為防止軸流鼓風機組在正常生產過程中喘振現象的發生，在高爐鼓風機調試過程中，有著極其重要的一環——防喘振實驗。

所謂的防喘振實驗即：通過人為調整風機運行參數的方式，使風機工作參數達到風機發生喘振（或極接近喘振）時的狀態點并記錄，以此點為基礎繪制出防喘振曲線。正確防喘曲線是指導防喘振開環控制策略的主要依據，是風機正常生產的重要保障。

在實際防喘振實驗操作過程中，受實驗人員的主觀判斷、設備生產制造過程的誤差、系統設計的完善程度、現場施工安裝精度等多種因素的影響，可能出現風機運行的工況點未能達到生產需求，風機就已經發生喘振。這種現象的出現是不正常的。若以這些工況點繪制防喘振曲線，不能滿足生產需求。防喘振實驗失敗，鼓風機組無法正常投產,甚至實驗過程中可能造成鼓風機組重大事故。

4 軸流鼓風機組喘振原因分析

造成風機喘振有兩方面的原因：從內部來說，葉柵內出現強烈的突變性旋轉失速；從外部條件來說，與管網容量和阻力特性有關。

機組在做防喘振實驗時，尚屬調試過程，未投運生產，因此當現場做防喘振實驗時，機組出現不正常振動的現象，可考慮可能是由以下幾個原因引起：

(1)生產廠風機制造過程中，風機設計或制造存在誤差；

(2)設計院整個鼓風系統設計過程中存在不合理因素；

(3)風機現場安裝過程中存在施工質量問題，未按照設計院設計施工；

(4)風機調試人員操作過程未達標。

本著處理問題應由簡到繁，由易到難，盡快解決問題的原則，可按以下方式實施逐一解決。

首先，由現場調試人員再次嚴格按照防喘振實驗操作規程重新開始實驗；

其次，檢查現場施工情況，同時，核實設計院系統設置是否合理。完善現場施工存在的問題。一般情況下，設計院設計的系統大都比較成熟，且已經存在成功運行的實例，但由于鼓風機組本身生產、制作、安裝都存在合理的誤差范圍，即每臺鼓風機本身特性均不相同，所以可能出現需要設計院現場微調設計方案。這一工作需要調整的范圍小，工程難度小，可以與現場施工問題處理一同實施；

再次，如上述方案均不能解決防喘實驗存在的問題，需要設計院對鼓風系統重新做出調整，進一步調整系統設置，同時，要求設備廠家對其設備設計及制造參數進行核實、確認；

最后，若確實為設備廠家設計及制造問題，機組或需返廠處理問題。

以上處理問題的方法，為保障機組順利投產、安全運行，實際上是交錯進行的。

5 某企業大型軸流鼓風機組振動處理方案

某企業于2012年10月，投運兩套軸流鼓風機組，A點參數如下：

進口流量：7085 m3/min

進口壓力：0.0997 MPa（A）

出口壓力：0.48 MPa

配套電動機電壓：10000 V

配套電動機功率:44000 kW

為便于觀察鼓風機振動情況及鼓風機缸體熱膨脹情況，在鼓風機四周設置了四個測點：A、B、C、D，分別測量鼓風機軸振動數值和鼓風機缸體熱膨脹數值。如圖2。

圖2 4個測點示意圖

軸振動測點由鼓風機廠家配套BENTLY公司振動探頭，分別布置于鼓風機前、后軸承箱上，對風機前后軸承振動進行測量及記錄。鼓風機缸體熱膨脹測點，現場采用千分表，打表測量，人工記錄測量值。

5.1 鼓風機組實驗數據

鼓風機組及輔助設備安裝、調試完成，油循環達標，電機調試試車完成。

風機啟動。啟動靜葉角度21.7°，送風閥開度0%，放風閥開度100%，兩臺防喘振閥門開度100%。風機出風口溫度29℃。

機組運行5 h左右，風機出風口溫度45℃。風機準備開始防喘振實驗。

（1）風機開始提升排氣壓力。風機出風口風溫63℃，風機兩個防喘閥均100%開度，此時B、C測點軸振動 51 μm，A、D 測點軸振動 15 μm，打表各點位移 0 μm。

（2）風機排氣壓力提升至50 kPa。風機出風口風溫140℃，這時B測點軸振動75 μm、C測點軸振動 60 μm，A、D 測點軸振動 15 μm，打表點位移A、B 測點均為+28 μm，C、D 測點均為+2 μm。

（3）風機排氣壓力提升至100 kPa。風機出口風溫165℃，兩個防喘閥均70%開度，這時B測點軸振動 76 μm、C 測點軸振動 66 μm，A、D 測點軸振動15~20 μm，打表各點位移 A 測點為+22 μm，B測點為+77 μm，C、D 測點均為+2 μm；

（4）風機排氣壓力提升至150 kPa。風機出口風溫185℃，這時B測點軸振動90 μm、C測點軸振動 91 μm，A、D 測點軸振動 15~18 μm，打表各點位移 A 測點為+23 μm，B 測點為+94 μm，C 測點為+12 μm，D測點為+8 μm。此時軸振動已經達到90 μm，實驗停止。

5.2 鼓風機組運行情況

（1）風機實驗過程中，排氣口補償器目測抖動幅度較大；防喘閥及電動放風閥振動明顯，放空管道振動明顯，防喘閥平臺振動明顯。

（2）現場用振動測量儀器測量風機及齒輪箱振動，數值正常，振動不大。

（3）風機隨排氣溫度升高，風機本體排氣側有明顯向管道固定點方向移動趨勢。

（4）前軸承、后軸承B、C測點軸振大，即靠近管道固定點側，同時瓦溫較A、D測點始終高出6~7℃。

5.3 處理方案

停機，喘振實驗操作人員重新開始實驗，實驗情況與第一次實驗基本相同。

再次停機后，首先，進行了現場勘查。發現管道固定點未按照設計施工，焊接強度不足，且預埋鋼板有空鼓。放空管道、送風主管管道托座均有不同程度脫空。針對以上情況，要求施工隊伍整改。其次，經過討論，部分專家認為管路補償能力不足或者是施工時管道有應力集中，決定采取打包帶的方式處理風機出口處管道。最后，要求鼓風機本體安裝隊伍對鼓風機安裝各個參數，尤其是機組同軸度、軸瓦縫隙等參數進行校核。

最終現場采用如下處理方案。1、加固、修整管道支架；2、現場采用打包帶方式處理風機入口管道。但實際現場施工處理過程中未發現管口有應力集中的現象；3、鼓風機本體安裝隊伍，對風機重新開大蓋，調校各項參數。

5.4 處理效果

處理后，再次進行喘振實驗。上述問題基本消除：

(1)風機軸振一側偏大問題消除，風機實驗過程中軸振基本保持在30~40 μm之間，運行穩定、情況良好；

(2)風機實驗過程中，排氣出口、放空管道平臺及防喘閥振動明顯減?。?/p>

(3)測點A、B測量數值一致，鼓風機組排氣側向固定點方向偏移問題消除；

6 結論

高爐鼓風機是高爐生產過程中的核心設備之一，直接影響高爐運行。鼓風機運行過程中喘振現象的發生及處理已經有很多的討論，但對高爐軸流鼓風機調試過程中不正常振動現象的處理，相關文獻較少。

通過本次機組調試，積累了詳實的實驗數據，并通過對實驗數據的分析、系統的問題處理方式，最終使風機調試順利進行，保障了整個工程的順利投產，并為今后保障高爐供風，安全、穩定生產打下基礎。同時，為鼓風機組調試現場工作人員解決調試過程中出現不正常振動的問題，有一定的指導意義。

高爐軸流鼓風機喘振實驗中不正常振動的發生不僅與風機本身特性有關，而且還與管系布置、阻力特性以及風道結構有密切關系，比較復雜，有待繼續研究探討。

[1]王仲奇，秦仁編，透平機械原理[M]，北京：機械工業出版社，1989

[2]李超俊，余文龍，軸流壓縮機原理與氣動設計[M].北京:機械工業出版社，1987.

[3]劉士學，方先清主編，透平式壓縮機強度與振動[M]，北京：機械工業出版社，1997