單吸懸臂式煤氣加壓機的故障分析及處理

付春江，趙偉超

（河鋼集團承鋼公司，河北 承德 067002）

單吸懸臂式煤氣加壓機是離心風機的一種，因占地面積小、效率高、安裝方便等優點，在煤氣回收系統廣泛使用，但是由于單吸懸臂式煤氣加壓機結構特征及運行介質，對機組基礎安裝、日常維護、軸承選擇要求較高，處理不當極易發生振動故障；另外由于煤氣含塵量較大，在運轉過程中會造成轉子磨損、葉片結垢等現象，導致加壓機轉子質量偏心引起振動增大等故障。文章對加壓機安裝、維護及使用過程中發生的振動超標的原因進行分析，并針對不同故障制定相應處理辦法，為設備生產穩定提供保障。

1 煤氣加壓機基本狀況

轉爐煤氣回收系統使用的加壓機為單級吸入懸臂結構，機殼為水平中分式，由優質碳素鋼板焊接制成，進風口為水平軸向，出風口在機殼上方，軸承為四盤角接觸滾動軸承，轉子由主軸和單級葉輪組成。整個機組結構緊湊、效率高。加壓機參數及結構見表1 和圖1。

圖1 加壓機結構示意圖

2 故障現象及分析

2.1 基礎安裝

我公司轉爐二站1# 加壓機電動機長期存在振動超標問題，一直不能正常運行，只能作為臨時備用，為使1# 機恢復正常使用，對1# 機運轉振動情況進行檢測，見表2。

從振動數據可以看出，加壓機振動正常，電機垂直振動超標最嚴重，造成最初僅考慮對電機的故障處理，先后對電機轉子動平衡、電機轉子彎曲、基礎墊鐵、地腳螺栓松動、聯軸器松動及對中等進行檢查及處理，后來還對加壓機轉子進行更換，但是運轉后電機垂直振動過大一直無法消除。最后在對加壓機軸承箱水平度檢查時發現，水平度超標嚴重，軸承箱長度接近1 m，但是水平度差了近1 mm。

2.2 維修及軸承質量

軸承是煤氣加壓機最易損的備件，我公司煤氣加壓機軸承最初為4 盤7022 ACM 軸承，為兩兩一組，面對面安裝，由于軸承存在疲勞損壞、軸承裝配不當等原因，造成加壓機振動增大、軸承發熱、使用壽命過短等問題。

（1）加壓機軸承箱振動，軸承發熱，原因是軸承疲勞損壞，將舊軸承拆下解體后軸承內圈和外圈滑道明顯有損傷，振動測量數據見下表3，頻譜數據見表4：

表1 加壓機參數

表2 機組振動數據

表3 機組振動數據

表4 軸承故障頻率

加壓機軸承為7022 ACM，滾動體中心圓（節圓）直徑D=140 mm，滾動體直徑d=18 mm，軸承接觸角度α=25°，滾動體個數z=21，轉速n=2985。經計算：內圈故障頻率586.2 Hz，外圈故障頻率463.8 Hz，滾動體故障頻率191.8 Hz，保持架故障頻率22.1 Hz，風機頻率為2970/60=49.5 Hz 振動表現特征為：加壓機葉輪端軸承更換初期運行平穩且無明顯溫升，之后軸承座垂直、水平方向振動加速度數值突然升高，振動速度值有明顯劣化趨勢。通過對軸承座水平方向進行振動頻譜檢測，軸承內圈故障頻率587 Hz 及軸承外圈故障頻率461 Hz 的2 倍頻較明顯。綜上初步判斷此次加壓機葉輪端軸承振動超標原因為軸承內圈和外圈存在點蝕或剝落［2］。

（2）軸承異音、潤滑油出現銅沫，原因是潤滑油有雜質、軸承保持架損壞或保持架旋轉受阻磨損，造成軸承潤滑不良，在拆卸的舊軸承可以直觀檢查保持架狀況。

（3）對中不良，通過現場振動數據明顯看出加壓機和電機聯軸器端振動均較高。加壓機轉子徑向振動出現轉頻的2 倍頻，以1 倍頻和2 倍頻分量為主，不對中越嚴重，2 倍頻所占比例越大［1］；轉子軸向振動頻率在轉頻的1 倍頻、2 倍頻甚至3 倍頻有穩定的高峰，一般會達到徑向振動值的50%以上，若與徑向振動同樣大或者比徑向振動大很多，表明不對中情況越嚴重［1］。

（4）軸承使用壽命過短，包括軸承安裝間隙過緊外、軸承安裝不當和軸承質量問題，由于軸承為角接觸軸承，一方面要承載高轉速下的徑向載荷，還要承載軸向力，特別是單吸風機，軸向力較大，且懸臂結構使轉子葉輪重量全壓在靠近葉輪的軸承上，此軸承需要承受較大載荷［2］，因此對軸承可靠性提出更高要求。

2.3 轉子平衡對振動的影響

我公司煤氣加壓機輸送介質為轉爐煤氣，轉爐煤氣經過電除塵器后送到加壓機入口，煤氣中含有一定的粉塵和水分，加壓機葉片經常有結垢和磨損現象，造成轉子質量偏心，當出現的軸承座振動增大時，尤其是振動突然變大時，多數情況是由轉子偏心質量引起的［1］。造成轉子偏心質量的原因主要有：轉子表面結垢后，附著物突然發生不均勻掉落［1］加壓機葉輪在運行過程中葉片不均勻的磨損或腐蝕［1］。

轉子質量偏心的振動特征：水平方向振動最大，主要以旋轉頻率為主［1］；波形近似正弦波［1］；水平和垂直方向的相位差約90°［1］；振動幅值隨轉速提高而增大［1］。見圖2。

圖2 不平衡振動頻譜

3 加壓機故障處理

3.1 針對基礎安裝問題，主要對以下安裝點進行管控：基礎墊鐵不能超過5 塊，墊鐵的接觸面積大于70%，兩組墊鐵間距不能超過1 m，二次灌漿前要將墊鐵焊牢固。由于加壓機為懸臂式結構，對軸承箱水平度要求高，水平度必須控制在0.2 mm/1000 mm 以內。

3.2 維修及軸承質量對機組振動影響的處理：

（1）軸承體側端蓋與軸承要求預留0.10～0.15 mm間隙，防止軸承工作時溫度升高膨脹受阻；安裝轉子時，需要用壓鉛絲的方法測量軸承箱上蓋對軸承體緊力，緊力控制在0.03～0.06 mm，為保證緊力測量準確，在測量時軸承箱中分面兩側要加0.5 mm 的墊尺，鉛絲選擇要考慮擠壓型變量，以軸承箱中分面兩側要加0.5 mm的墊尺為參考，建議鉛絲直徑在0.7 mm 左右；轉子軸向定位是靠聯軸器側兩盤軸承限制，因此軸承箱聯軸器側端蓋與軸承體間隙控制在0.10～0.20 mm，以保證軸承體受熱膨脹量及轉子軸向竄動限制量。

（2）當運行時軸承出現異音時，要對潤滑油進行檢查，按設備廠要求定期更換潔凈度達標的潤滑油，如果潤滑油出現銅沫，要檢查軸承保持架是否有磨損，在安裝軸承鎖母止退墊時，一定要先安裝平墊，避免止退爪阻礙保持架旋轉。

（3）對中數據要求聯軸器面和圓的偏差在0.08mm以內，考慮到加壓機為懸臂式，建議為上開口，電機略低于加壓機。

（4）軸承出現使用壽命過短問題，要規范軸承安裝標準，加熱溫度不得超過100 ℃，不能用氣焊割把加熱軸承的方法安裝軸承，建議采用軸承加熱器加熱；由于單吸懸臂加壓機對軸承轉速、額定載荷要求較高，普通7022 軸承動載荷一般在92 kN，使用壽命在2 個月左右，有的僅能維持2 天，但個別名牌優質軸承動載荷達到104 kN，使用壽命能達到6 個月以上，建議優先采用。

3.3 針對加壓機轉子質量偏心引起的振動問題，可以對轉子現場沖洗及現場動平衡來解決。

對葉輪進行在線高壓水沖洗，將葉片結垢徹底清除掉，如果沖洗后振動故障得不到解決，可以考慮在線做動平衡處理，采用便攜式振動檢測儀器對加壓機的軸承座進行振動信號采集，通過對振動數值及相位信息進行采集計算，確定增加量及位置，可以直接在葉輪輪轂上焊接配重鐵板，反復加配調整，直至振動不超標。

4 結 語

單吸懸臂式煤氣加壓機，因其自身結構及輸送介質特點，故障率較高，通過日常積累總結加壓機的振動原因及振動特征，采取科學技術手段分析，提出了一些有效的判斷和處理方法，能減少設備事故發生和縮短維修時間，為設備長周期穩定運行提供技術保障。