連鑄二冷風機動平衡故障診斷與治理

牛紅杰

（秦皇島首秦金屬材料有限公司，河北 秦皇島 066326）

秦皇島首秦金屬材料有限公司3#連鑄機是由奧鋼聯設計的一臺板坯厚度達到400mm特厚板坯連鑄機。連鑄過程中當鑄坯進行二次冷卻時會產生大量高溫蒸汽，為了避免蒸汽對機械、液壓與電氣設備腐蝕，通常在扇形段二冷室兩側各設置兩臺風機及相應管道將蒸汽排至廠房外。3#連鑄機二冷風機安裝在二層風機房內，風機在運行過程中存在粉塵結垢、機體腐蝕等，易導致出現動不平衡故障，由此引發軸承振動超標，轉子跳動等問題。以下將針對該二冷風機的動不平衡故障檢測與治理技術進行詳細闡述。

1 連鑄機二冷風機設備概況

1.1 二冷風機結構

3#連鑄機二冷風機由國內某專業廠提供，采用V型皮帶傳動的結構形式，風機總成包括電機、帶輪、V型皮帶、風機轉子、機殼、吸風口、出風口及風口調節裝置等部件。其中，風機機殼設計為上、下剖分型式，通過螺栓聯接，機殼進風側與風口調節裝置也是螺栓聯接。轉子底座與風機整體底座焊為一體，如圖1所示。

圖1 風機結構示意圖

1.2 二冷風機參數

該風機安裝于大包轉臺下方兩側的風機房內，整體底座使用緩沖墊放置。風機的規格參數如表1所示。

表1 二冷風機規格參數

該風機在運行過程中，二冷水循環過程中鹽類物質在過飽和的狀態下結晶析出成垢，在風機抽力的作用下進入排汽系統中，垢粘結在風機葉輪上。運行過程中垢脫落，破壞了風機的動平衡，造成風機振動增大，長時間運轉會造成葉輪薄弱處斷裂。

2 風機動平衡檢測理論

2.1 不平衡離心力計算

當風機轉子旋轉過程中，由于結垢脫落、葉片腐蝕等原因，使通過轉子重心的主慣性軸與旋轉軸線不相重合而旋轉時，轉子產生不平衡離心力F，其值由下式計算：

式中，G為轉子的重量，kg；E為轉子重心對旋轉軸線的偏移，mm；n為轉子的轉速，r/min；w為轉子的角速度，rad/s；g為重力加速度，mm/s2。

由上式可知，當風機高速旋轉式，即使具有很小的偏心距，也會引起非常大的不平衡的離心力，成為軸或軸承的磨損。所以，對風機進行動平衡故障診斷是非常必要的。

2.2 平衡質量的確定

評價轉子不平衡大小可以用許用不平衡力矩或者偏心距表示。其中，靜平衡（單面平衡）的許用不平衡力矩為：

動平衡（雙面平衡）校正平面的許用不平衡力矩為：

式中，M為許用不平衡力矩，kg·mm；E為許用偏心距，mm；G為轉子重量，kg。

2.3 現場動平衡測試儀器介紹

現場動平衡技術使用的是北京京航公司生產的HG-3568雙通道現場動平衡儀，系統主要由專用雙通道數據采集箱、傳感器、電腦及動平衡軟件系統組成。該儀器采用試重法和影響系數法，能自動解算出加（減）配重的質量大小和角度。可以在一次動平衡校正就可以去除轉子（軸系）90%以上的不平衡量，設備如圖2所示。

圖2 HG-3568雙通道現場動平衡儀

3 二冷風機動平衡故障診斷與治理

3.1 測振傳感器布置圖

3#鑄機二冷風機屬于轉子單面支撐安裝方式。轉速信號采用紅外轉速檢測儀采集，首先在轉動軸上貼上反光條，再用專用轉速支架安裝轉速傳感器，并對正反光條；采用加速度振動傳感器水平吸附在軸承座上采集振動信號數據，傳感器布置如圖3所示。

3.2 故障數據采集

在儀器上，選擇“分析”鍵，選擇“測量轉速”功能后，按下“確認”鍵，待轉速穩定后，分析轉速判斷是否屬于動平衡的問題；如果存在不平衡，選擇“平衡”主功能下的“試重法”后，按“確認”鍵，并選擇是“單面”的不平衡，數據采集過程如圖4所示。

圖3 傳感器布置圖

圖4 數據采集過程圖

3.3 故障分析與診斷

3月20日3#連鑄機檢修中，對二冷風機的動平衡狀態進行檢測，具體參數設置為：采樣點數n=1024；分析頻率fh=1000Hz；頻率分辨率f=1．25Hz。軸承座測點振動波形及頻譜圖如圖5所示。

圖5 軸流風機軸承測點圖譜

綜上所述，二冷風機測振點的振動波形圖的通頻帶有效值為 0．913mm/s、峰值為 1．742mm/s、平均值為0．813mm/s、脈沖指標為 2．143、峰值指標為 1．909、峭度指標為 1．696，以及裕度指標 2．340。

3.4 故障消除

依據實測數據和故障診斷標準，診斷該軸可能存在不對中故障，故障概率為9．09%，并表明該故障是由于質量偏心而引起的動平衡不良造成。建議通過加配重解決動平衡不良故障，進一步消除對中不良故障。加配重時要注意：儀器所說的角度是按照設備的旋轉方向作為“正”方向的，所加的試重的質心點作為角度的起始點。此外，在焊接配重質量塊之前，一定要將試重使用的質量塊取下來。同時，要盡量將配重質量安裝的角度位置選準和將配重質量大小做到最大程度精確；配重質量加好后，運行設備，此時測量的為“剩余振動”，用戶根據自己設備的精確程度，來分析是否要二次平衡。

4 結語

以上針對秦皇島首秦金屬材料有限公司3#鑄機二冷排蒸汽風機存在腐蝕和積垢脫落導致的動平衡問題，使用HG-3568雙通道現場動平衡儀，利用檢修時間對故障進行診斷和實時處理。該技術不僅可以及時消除設備隱患降，還對降低二冷風機的維護成本提高風機使用壽命有重要作用。