長(zhǎng)鋼200 m2 燒結(jié)機(jī)主抽風(fēng)機(jī)振動(dòng)的分析與處理

郭 韡， 薛彥軍， 馬續(xù)創(chuàng)， 楊 偉， 張 鐳， 劉靖垚

（1.中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司， 陜西 西安 710018；2.首鋼長(zhǎng)治鋼鐵有限公司， 山西 長(zhǎng)治 046031）

首鋼長(zhǎng)治鋼鐵有限公司（全文簡(jiǎn)稱長(zhǎng)鋼）200 m2燒結(jié)機(jī)采用2 臺(tái)10 000 m3/min 流量的離心風(fēng)機(jī)，入口壓力為0.075 51 MPa，壓升為15.69 kPa，軸功率為3 235 kW，在運(yùn)行過程中4 號(hào)燒結(jié)機(jī)的東側(cè)風(fēng)機(jī)(以下稱1 號(hào)主抽風(fēng)機(jī)) 聯(lián)軸器側(cè)軸瓦振動(dòng)升高達(dá)到4.8 mm/s，超過推薦運(yùn)行的4.6 mm/s，電機(jī)聯(lián)軸器端達(dá)5.0 mm/s，數(shù)據(jù)見表1。為了保證生產(chǎn)，通過變頻器對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行了調(diào)整，降低轉(zhuǎn)速使生產(chǎn)維持在較低負(fù)荷運(yùn)行。

表1 1 號(hào)主抽風(fēng)機(jī)和電機(jī)振動(dòng)值 mm/s

1 影響主抽風(fēng)機(jī)振動(dòng)的原因及措施

1.1 動(dòng)平衡失衡造成振動(dòng)

中低速旋轉(zhuǎn)設(shè)備振動(dòng)大約有70%原因?yàn)閯?dòng)平衡失衡，因此設(shè)備振動(dòng)時(shí)，首先要考慮動(dòng)平衡失衡，燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)的介質(zhì)為燒結(jié)主機(jī)煙氣，機(jī)頭電除塵的除塵效果直接決定主抽風(fēng)機(jī)的使用周期，目前4號(hào)燒結(jié)機(jī)電除塵年久失修，雨水進(jìn)入電除塵造成風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)灰嚴(yán)重，如圖1 所示，造成振動(dòng)超標(biāo)。

圖1 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子黏灰情況

動(dòng)平衡離心力F=Meω2（M為轉(zhuǎn)子質(zhì)量，g；e為偏心距，mm；ω 為角速度，r/min）從而激發(fā)轉(zhuǎn)子振動(dòng)，動(dòng)平衡破壞在頻譜圖中主要表現(xiàn)為1 倍頻高，時(shí)域波形為等幅正弦波形，軸心軌跡為橢圓域，這是因?yàn)樗胶痛怪眲偠炔煌斐傻摹ｎl率如表1 所示，當(dāng)轉(zhuǎn)子修復(fù)投運(yùn)前，必須進(jìn)行動(dòng)平衡使用，如何突發(fā)振動(dòng)超高或者逐漸升高，應(yīng)首先檢查是否為動(dòng)平衡失衡，這是旋轉(zhuǎn)機(jī)械最常見的故障。

表2 風(fēng)機(jī)振動(dòng)頻率發(fā)布表

利用離線動(dòng)平衡機(jī)對(duì)燒結(jié)轉(zhuǎn)子進(jìn)行平衡，動(dòng)平衡機(jī)型號(hào)為PHW-15000，最大可做質(zhì)量為15 t 的轉(zhuǎn)子，普通風(fēng)機(jī)動(dòng)平衡標(biāo)準(zhǔn)為G6.3，實(shí)際維修時(shí)一般都做到G2.5，該風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子直徑為3 m，質(zhì)量約8 t，做完動(dòng)平衡后不平衡量控制在20 g 以內(nèi)，完全能滿足現(xiàn)場(chǎng)使用。

1.2 緊固件松動(dòng)造成風(fēng)機(jī)振動(dòng)

風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)中可能造成松動(dòng)的部位有滑動(dòng)軸承背面和軸承座的上下兩部分接觸面積不足、軸承座上蓋過贏量不足、軸承座地腳螺栓松動(dòng)、軸承座墊鐵松動(dòng)等均可能造成風(fēng)機(jī)振動(dòng)。

首先檢查滑動(dòng)軸承背部接觸面積，使用紅丹粉進(jìn)行檢查接觸范圍是否分布均勻，其次雙手按壓軸承對(duì)角線，檢查軸承是否有晃動(dòng)情況，通過調(diào)整軸承背部的調(diào)整墊片保證接觸面積分布均勻。

其次檢查軸承和軸承座的過過盈量，通過壓鉛絲測(cè)量過盈量，壓鉛絲有兩種方法，一種為軸承頂部和軸承座剖分面均壓鉛絲，另一種方法為剖分面墊2 mm 后的鐵片，頂部使用鉛絲。這兩種方法均可選擇，保證過盈量0.02～0.05 mm之間，過盈量小了會(huì)造成松動(dòng)，大了運(yùn)行時(shí)軸和軸承熱脹冷縮影響表面潤(rùn)滑。

再次檢查軸承座螺栓、地腳螺栓、上下軸承螺栓是否松動(dòng)，該部分相對(duì)容易檢查。如果振動(dòng)仍無法消除，最后打掉軸承座二次灌漿層檢查墊鐵是否焊口開裂松動(dòng)造成墊鐵錯(cuò)位，該部分檢查工作量相對(duì)較大。長(zhǎng)鋼曾有1 臺(tái)風(fēng)機(jī)一直振動(dòng)，經(jīng)過多次更換轉(zhuǎn)子、找平找正均未解決振動(dòng)問題，檢查墊鐵時(shí)發(fā)現(xiàn)原來焊接的斜墊鐵由于風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期處于振動(dòng)狀態(tài)，造成墊鐵錯(cuò)位，軸承座形成軟角。通過再次安裝墊鐵，找平找正后徹底解決了風(fēng)機(jī)振動(dòng)問題。

1.3 轉(zhuǎn)子支撐剛性不足造成振動(dòng)

這種情況一般出現(xiàn)在更換新轉(zhuǎn)子或者新設(shè)備投運(yùn)以后出現(xiàn)，如果原設(shè)備運(yùn)行正常，通過離線動(dòng)平衡后上線使用不會(huì)出現(xiàn)這種情況，如圖3 為同一風(fēng)機(jī)的兩個(gè)轉(zhuǎn)子對(duì)比照片，因輪轂的形狀及剛度不同，造成風(fēng)機(jī)振動(dòng)，新風(fēng)機(jī)投運(yùn)以后一直振，后改為圖3 下部所示結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子，解決振動(dòng)問題。

圖3 帶有輪轂支撐的轉(zhuǎn)子比較（mm）

其次，轉(zhuǎn)子軸自重較大，影響轉(zhuǎn)子剛度，解決方法是將風(fēng)機(jī)軸改為空心軸，降低轉(zhuǎn)子重量。由于剛性不足，同時(shí)存在軸彎曲情況，造成軸彎曲的原因?yàn)樵O(shè)計(jì)制造缺陷、長(zhǎng)期停放不當(dāng)、升速過快、預(yù)符合過大等。頻譜表現(xiàn)形式為高次諧波成分，與不平衡相比，彎曲在軸向產(chǎn)生的振動(dòng)較大。軸彎曲伴隨有滑動(dòng)軸承摩擦，有時(shí)軸瓦會(huì)有摩擦的痕跡。

1.4 聯(lián)軸器不對(duì)中造成振動(dòng)

聯(lián)軸器不對(duì)中一般是指軸系不對(duì)中，造成不對(duì)中的原因?yàn)榘惭b時(shí)施工標(biāo)準(zhǔn)低，未達(dá)到要求；冷態(tài)安裝時(shí)未考慮熱態(tài)運(yùn)行時(shí)溫度升高，出現(xiàn)主動(dòng)轉(zhuǎn)子與從董轉(zhuǎn)子之間動(dòng)態(tài)不對(duì)中；軸承座熱膨脹不均勻；轉(zhuǎn)子彎曲造成不對(duì)中；基礎(chǔ)下沉等原因。

不對(duì)中在運(yùn)行過程中產(chǎn)生了附加的彎曲力，從而激發(fā)出2 倍、4 倍等偶數(shù)頻率的振動(dòng)，更高倍頻通常顯示不出來。

軸系不對(duì)中的故障特征為在基頻的基礎(chǔ)上增加了2 倍頻的諧波。軸心軌跡為橢圓曲線較扁，角度不對(duì)中伴隨軸向振動(dòng)。角度不對(duì)中軸向頻率的振動(dòng)幅值比徑向大，而兩端軸承不對(duì)中則相反。

1.5 油膜渦動(dòng)、振蕩及碰磨

油膜渦動(dòng)和振蕩發(fā)生在滑動(dòng)軸承上，當(dāng)滑動(dòng)軸承座高速運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，伴隨著軸頸與軸承之間的油膜壓力發(fā)生周期的變化，使轉(zhuǎn)子軸心繞某個(gè)平衡點(diǎn)做公轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象叫渦動(dòng)。油膜渦動(dòng)的頻率接近轉(zhuǎn)子的自振頻率時(shí)，引起大幅度的共振現(xiàn)象，稱為油膜振蕩。由于低速和重在的轉(zhuǎn)子建立不起完全液體潤(rùn)滑的條件，因此油膜振蕩都發(fā)生在高速運(yùn)行的設(shè)備是，解決辦法是通過修瓦，減小接觸角，使油膜壓力小于負(fù)載比壓。另外降低潤(rùn)滑油的粘度也可減小油膜渦動(dòng)情況。

碰磨經(jīng)常發(fā)生在滑動(dòng)軸承中，由于潤(rùn)滑油的緩沖作用，振動(dòng)值變化很微弱，主要靠油液分析發(fā)現(xiàn)早期的磨損隱患，從軸心軌跡也能判斷出碰磨，碰磨和松動(dòng)的特點(diǎn)類似，不同點(diǎn)是松動(dòng)有一個(gè)切線的摩擦力使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生渦動(dòng)，轉(zhuǎn)子強(qiáng)迫振動(dòng)、碰磨自由振動(dòng)和摩擦渦動(dòng)疊加在一起，產(chǎn)生出復(fù)雜的振動(dòng)響應(yīng)頻率，碰磨產(chǎn)生的摩擦力是不穩(wěn)定的接觸正壓力，在時(shí)間上和空間位置上都是變化的，具有明細(xì)的非線性特征，因此碰磨和松動(dòng)相比振動(dòng)周期性較弱，而非線性更為突出。時(shí)域波形在波頂為直線，或振動(dòng)遠(yuǎn)離平衡位置時(shí)出現(xiàn)髙頻小幅振蕩。在頻譜圖上除了1 倍頻以外，還存在很多高次諧波成分。發(fā)生碰磨時(shí)，還會(huì)軸瓦溫度升高、油溫上升等特征。

2 結(jié)論

燒結(jié)風(fēng)機(jī)振動(dòng)原因很多，大部分是在后期運(yùn)行中出現(xiàn)振動(dòng)、溫度升高、壓力流量不足等，在判斷故障原因時(shí)因由易到難逐項(xiàng)消除，如果正常運(yùn)行的設(shè)備突然出現(xiàn)振動(dòng)加大，首先要考慮動(dòng)平衡失衡，其次檢查工況變化情況，通過頻譜圖、時(shí)域圖、軸心軌跡等方法可提高故障診斷的效率，但是需要較長(zhǎng)時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)積累。