稀土鋼板材廠連鑄二冷風機振動處理

張鵬飛　邵曉斌

摘要：本文針對包鋼稀土鋼板材廠連鑄二冷風機振動異常，通過頻譜分析技術及有關振動診斷理論得出對于剛度低的撓性支撐設備，具有多個共振影響區，通過控制每個影響區振速值分階段，分配重面解決風機轉子平衡問題。

關鍵詞：風機;多共振區;撓性支撐;動平衡

1概述

連鑄二次冷卻指的是連鑄煉鋼過程中，在結晶器出口到拉矯機的長度區間內對鑄坯進行的強制均勻冷卻，這個區間稱二次冷卻區。稀土鋼板材廠煉鋼作業部二冷區域有8臺工藝離心風機，因風機導流介質蒸汽中含有氧化鐵皮粉末，高溫狀態下氧化鐵皮粉末容易粘結在風機葉道中，一旦停機后風機因雜質粘附的不均勻造成轉子嚴重不平衡，導致風機起車困難。

2風機故障診斷

2.1風機故障現象及診斷。板材廠連鑄二冷風機自2016年投產運行，因風機為產線工藝重要風機，因此納入A類設備，定期受控監測，2016年下半年開始發現風機振動逐漸上升。

風機采用300kW，額定電壓10000V高壓電機驅動，風機轉子為懸臂結構，電機與風機總成安裝在軟基礎之上，且風機機體坐落在軟基礎之上。運行幾年之后風機葉輪結垢非常嚴重，現場風機振動異常，風機運行在45Hz，897r/min時，狀態差的風機振速值可達30mm/s，嚴重超標，通過頻譜及相位分析轉子嚴重不平衡是引起風機振動的主導因素，不得不在定修期間停機處理。因沒有備機，連鑄為稀土鋼板材廠關鍵產線，一般定修時間在12h左右，因現場空間狹小，吊裝非常困難，無法在12h內更換風機葉輪，只能現場通過人孔盤車清理轉子積垢，然后采用現場動平衡技術處理風機葉輪平衡問題。

3風機故障處理

風機葉輪直徑2m，葉輪寬度700mm，寬徑比0.35>0.2，風機葉輪除做靜平衡外還應做動平衡。

2016年-2017年間因葉輪輕度磨損，清理頻次較高，積垢每次比較好清理，葉輪清理干凈后，每次現場動平衡僅是一次單面動平衡即可解決振動問題。

2018年因風機連續運行3年，現場蒸汽較大，銹蝕導致結構剛度下降，葉輪積垢非常嚴重，每次葉輪清理耗時耗力，不能完全清理干凈，且清理不均勻，風機葉輪嚴重不平衡。

3.1試重質量的選擇。因二冷風機電機、風機本體、風機機殼坐落在撓性基礎上，整個系統剛度極低，存在多個固有頻率，分別為基礎固有頻率、電機+基礎這個子系統的固有頻率，風機+基礎這個子系統的固有頻率，機殼固有頻率等，風機從0r/min-900r/min的過程中會在3.3HZ，10Hz，10Hz+3.3Hz，風機振速值超過10mm/s，在這些頻率附近出現共振導致采集數據紊亂。

對于這樣結構的轉子，共振區較多，每次配重過程試重質量必須控制在一定范圍內，500r/min試重質量300g左右，700r/min試重質量120g～180g左右，900r/min試重質量80g～120g，因為這樣的試重量能引起振動值或相位20%儀式上的變化，且不會影響風機起車過程共振造成數據紊亂。

3.2平衡面的選擇。因風機起車過程需要做多次動平衡，單獨選在一個平衡面，會造成本次結果對上次干擾，因此試重后及時分析，發現存在干擾時更換配重平面。

3.3動平衡過程。風機在低速盤車過程明顯質量分布不均勻，風機因基礎剛性低，有些嚴重不平衡的風機轉子在200r/min時整個機體嚴重抖動，無法起車。標記好葉片編號之后，多次盤車，隨機?？孔钕旅娲螖底疃嗟娜~片位置為偏重位置，通過多次盤車質量配置，每一個葉輪可隨機停止時，風機起車。運行至500r/min時，在此基礎上做一次單面動平衡，必須保證此時風機振動<0.5mm/s，500r/min時風機振動超過1mm/s，風機起至600r/min時振動急速升高，會導致再次振動異常數據紊亂，過完600r/min振動值開始回落，升至700r/min再做一次動平衡，保證此時振動值<5mm/s，風機可運行在800r/min時振動不會超過 10mm/s，再次升速在900r/min，在這個轉速下再做動平衡保證設備良好運行。

3.4影響系數的計算。風機現場動平衡采用的原理為影響系數法，所謂影響系數就是單位配重質量對系統的影響量。其中主要因素為滯后角的計算，滯后角是轉子產生最大相應后通過軸承座傳遞到傳感器中，傳感器捕捉到信號與轉子產生相應之間的相位差，同類型設備相位差在旋轉方向一致，相位傳感器與振動傳感器之間位置固定的情況下，滯后角度基本不變，因此考慮二冷風機多次做動平衡，積累了相關數據，減少了起車次數。

對于動平衡偏差較大的轉子至少需要做3次雙面動平衡，也考慮高壓電機汽車次數問題我們分別記錄了同類型轉子在固定轉速下的影響系數，在500r/min，700r/min，900r/min這幾個轉速下做單面平衡，若單面平衡沒效果，再考慮更換平衡面。

經過多次的嘗試，每次都能通過動平衡解決風機振動問題。

4在線動平衡技術一次加重法的研究

風機一次加重，解決動平衡問題的關鍵是得試重質量對風機的影響，即求出風機的影響系數。下面以本臺風機的平衡過程計算出本臺風機或與之類似風機的影響系數。

設：原始振動為a=19，相位166°

試重后的振動為b=21，相位154°，試重后的振動為原始不平衡與試重質量不平衡的合力。

c為試重在系統的影響產生的矢量，a與b間的夾角為c=166-154=12°，根據余弦定理c2=a2+b2-2abcosc求出c，c即試重質量112g在平衡系統中產生的影響為4.6，可求出19的量值需要442g質量去平衡原始振動產生的影響，因此加重質量已確定。

再次應用余弦定理可求出θ角，θ角與試重角192之間的差值為滯后角，即實際加重角滯后系統不平衡的相位。

計算出滯后角之后，配重位置即原始相位的180度位置，再減去滯后角。

對于同類設備可積累大量的設備影響系數，得出設備影響系數后，下次同類設備現場動平衡過程可直接應用影響系數得出加重位置即質量，可實現一次加重解決旋轉設備現場平衡問題。

5結束語

二冷風機風機基礎為撓性基礎，基礎固有頻率非常低，極易與其他部件組合形成新的固有頻率。風機在動平衡過程中必須在固有頻率較遠的轉速范圍內做動平衡，且每次必須通過配重，將振動值控制在一定范圍內，才能保證起車過程通過下一個共振區。

本文通過總結包鋼稀土鋼連鑄二冷風機振動故障處理工藝，為分析此類故障診斷檢修提供了依據，有助于同類設備故障消缺。

參考文獻：

[1]楊國安.《旋轉機械故障診斷實用技術》. 北京： 中國石化出版社， 2012.

[2]黃志堅.《機械設備振動故障檢測與診斷》.北京：化工出版社.2010.

（作者單位：內蒙古包鋼（集團）電氣有限公司）