燒結主抽風機系統振動故障的診斷與處理

牙東北，蔣在躍

（柳州鋼鐵股份有限公司，廣西 柳州 545002）

0 引言

某鋼鐵公司燒結工程項目主抽風機驅動電機為舊設備搬遷至新項目使用，原為進口電機，額定電壓10 kV，額定功率6 300 kW 額定轉轉速1000 r/min，支承電動機轉子的兩個軸承均為滑動軸承。主抽風機為工程項目新購置設備，由豪頓華公司提供，支承風機轉子均為球面承軸承和直線軸承組合形式。 連接驅動電機與主抽風機的聯軸器為Renold(瑞諾德)品牌彈性聯軸器，由傳動法蘭、內件、橡膠件等組成。該電機及風機在項目安裝調試過程中，機組特別是電機前后兩軸承軸向振動大、噪音大，影響設備的安全運行。因本套工程設備的安裝由外委的設備安裝公司負責實施，設備的調試及后期維護由本單位設備維修隊伍負責，設備安裝及調試存在一定的“割裂”狀態，又因機組中部分設備為舊設備維護后再利用，振動故障發生后，故障的分析難于聚焦，初步處理方案經不起推敲。通過合理的方法，并結合設備維修人員的現場經驗優勢及工程設備安裝質量的管理重點，對振動故障分析及處理過程進行總結，以期對相關技術人員在處理實際問題時提供參考價值。

1 故障現狀

現場對風機、電機的振動情況進行了測量，測量過程中發現風機非驅動端軸承箱水平、垂直、軸向振動均在30 μm 以內，風機驅動端軸承箱水平、垂直振動也在30 μm 以內，軸向振動較明顯，但均在30 μm ～60 μm。相對于風機，電機振動較劇烈，電機輸出端軸承軸向振動最大達到120 μm，輸入端軸承軸向振動也達到60 μm，且電機開動頻率越高，振動值越大（表1）。

表1 電機-風機振動狀態監測表

2 故障原因分析與確認

2.1 魚骨圖分析法進行故障原因分析

故障特性總是受到一些因素的影響，通過資料和現場經驗，繪制了電機-風機故障原因型魚骨圖（圖1），并逐一對系統基礎、管道、風機、電機等可能造成振動的因素進行排查分析。

圖1 風機振動魚刺分析圖

（1）檢查電機及風機基礎無破損，地腳螺栓無損傷松動，優先排除了基礎因素造成振動故障的可能性。

（2）現場觀察到現場管道安裝狀態良好，風機運行時管道無劇烈振動現象。排除管道因素良引起的振動故障。

（3）電動機帶風機運行時，風機軸承箱振動很小，基于風機為新購置設備，核查風機出廠動平衡試驗數據報告，核查風機安裝過程驗收數據，均符合技術標準要求。暫時排除風機本身存在質量不平衡及軸承損壞或安裝不良引起的故障。

（4）檢查電機兩軸承端蓋螺栓、聯軸器連接螺栓、聯軸器橡膠件壓蓋螺栓等，均沒有松動的現象。初步排除了連接剛度低造成振動故障的可能性。

（5）從表1 中所測數據可以看出，無論是帶風機運行還是電動機單轉，電動機兩軸承水平、垂直方向振動均小于40 μm，在優良標準以內。將連接電動機與風機的聯軸器解開，電機單獨運行，測量其振動情況。電動機兩軸承水平、垂直振動沒有實質性的變化，軸向振動均低于20 μm，再次測量電動機前后端蓋軸向振動特性，也沒有明顯的變化。測量電機端聯軸器跳動值小于20 μm。比對維修廠家提供的電機維護報告數據，均表明電動機轉子本身平衡狀態良好[1]。

上述分析排除了設備基礎、管道、風機、電機等系統單元的精度或質量造成的振動故障，決定從系統安裝精度上分析故障原因。

2.2 系統精度分析法進行故障原因分析

如圖2 所示，影響該系統安裝精度主要為風機、聯軸器、電機等3 個誤差源。安裝過程的質量管理重點為風機、電機的找平找正。軸向上，首先嚴格標定機組的定位基準，然后對電機中心線至風機中心線距離（H = a + b+ △）進行嚴格控制，同時對系統誤差進行合理分配。其中，a為磁力中心線到電機軸端的距離，在安裝電機時應考慮電機軸竄，即電機靜態a在啟動穩定后變成a+ x（圖2）；b為風機中心線至風機軸端距離，裝風機時應考慮軸竄0.45 mm；△為電機軸端至風機軸端距離，安裝聯軸器時由H決策聯軸器軸端間隙。

圖2 電機—風機裝配圖

故障分析過程如下：

（1）查驗設備基礎驗收及放線工作無異常。

（2）風機定位及風機轉子軸竄復核：查驗風機安裝定位無異常。對風機軸瓦結構分析，風機轉子軸與軸瓦止推面的軸向間隙為0.45 mm，符合安裝精度控制要求。這與現場故障特點不符。

（3）聯軸器對中度、間隙復核。連接驅動電機和主抽風機的聯軸器為Renold(瑞諾德)彈性聯軸器，其作為撓性聯軸器對系統安裝精度誤差的起到關鍵補償作用。如圖3 所示。

圖3 聯軸器對中、間隙復核示意圖

拆開聯軸器連接法蘭，檢查對中偏差，控制精度在0.1 mm 以內，符合對中安裝精度控制要求。

拆開聯軸器橡膠塊壓板，發現橡膠件與聯軸器外殼、內件配合非常緊密，聯軸器內件對蓋板的有輕微壓痕。由此可推斷，聯軸器軸向間隙不合理，不足或以補償當下風機或電機轉子轉動過程產生的軸向竄動，聯軸器內件因而受軸向擠壓，配合緊。復測聯軸器間隙為3 mm，原始安裝數據為3.2 mm，圖紙要求為3.2 mm。

（4）電機定位及磁力中心線復核[2]

查驗電機安裝定位無異常；電機磁力中心線，簡單來說，電機中心線至風機中心線距離H = a + b+△（圖2），其中，a為磁力中心線到電機軸端的距離，在安裝電機時應考慮電機軸竄，即電機靜態a 在啟動穩定后變成a + x（圖2）；b為風機中心線至風機軸端距離，裝風機時應考慮軸竄0.45 mm；△為電機軸端至風機軸端距離，安裝聯軸器時由H決策聯軸器軸端間隙。

現場脫開聯軸器后，使電動機單轉，穩定轉動時，用鋼制鋸條沿電機軸承壓蓋端面對轉子刻上明顯記號。停機且轉子完全靜止后，測量所標記記號線到軸伸法蘭的距離L，該距離與銘牌指示的差值為5 mm。即在控制H值、進行電機軸向定位的時候，尺寸a存在5 mm 的偏差，即動態a= a+ x+ 5。

由此，基本可以確定，造成電動機軸向振動大故障的根本原因是電機實際磁力中心線位置與銘牌指示位置有偏差。電機安裝時因為軸向定位偏差及根據偏差的軸向定位來調整聯軸器間隙，造成整個系統裝配精度存在偏差。由此引起的振動故障，一方面電機在啟停時，磁力中心線自動對中產生一定的竄動量，使聯軸器及風機轉子受到軸向力；另一方面聯軸器、風機轉子受到自身機械安裝定位限制，電機轉子因而受到軸向限制力，電機-風機整個系統因電磁軸向作用力與限制力的相互作用，從而造成系統振動故障。

另外，在檢查中還發現風機驅動側軸承瓦與轉子軸肩碰磨，這在一定程度上也印證了電機轉子向磁場中心移動過程，因偏移量過大，通過聯軸器強行將風機轉子向電機側牽引，從而造成風機驅動端振動故障。

3 故障處理

根據故障分析及檢查中確認的故障原因制定了檢修方案——對系統總精度（電機中心線至風機中心線距離（H = a + b+ △））的偏差進行重復分配調整。綜上分析，最大的偏差出現在磁力中心線到電機軸端的距離（尺寸a）控制上，最優的解決方案應為重新調整電動機軸向位置來消除偏差。但由于電機、風機已經完成了二次灌漿，重新調整電動機軸向位置來消除偏差，現場處理起來比較繁瑣，工程量較大，同時影響施工工期。方案決定將該精度偏差分配到聯軸器的安裝精度（尺寸△）上，即電機、風機軸向定位中心線不作調整，保證聯軸器對中良好的情況下，通過調整聯軸器軸向間隙，最大化利用聯軸器的補償功能消除該偏差。

首先將已經被拉毛的風機驅動端軸瓦止推面、風機轉子軸肩打磨光滑，重新調整好風機軸承間隙。然后用千斤頂等工具將電機轉子固定在實際磁力中心線位置，重新調整聯軸器軸端間隙。具體在安裝聯軸器過程，在兩個半聯軸器之間增加6 mm 的墊片，通過該6 mm 的聯軸器軸向安裝偏差，預先完成電機轉子運轉時磁力中心線對準過程。同時，在聯軸器橡膠塊上涂抹硅油潤滑減少傳動摩擦力。

回裝后，首先，對電動機空轉時的振動進行測試，測試結果見表2。由表2 可知，電機兩軸承水平、垂直、軸向振動均小于30 μm，達到優良標準。然后，連接聯軸器帶引風機運行，電動機軸承振動略有增大，但最大值也僅為36 μm，仍在優良標準范圍以內，經過一個月的運行，該電動機振動一直比較穩定。

表2 檢修處理后電機及風機振動情況測量結果

4 結論

該機組軸向振動超標的原因是：電機實際磁力中心線位置與銘牌指示位置有偏差，安裝前未注意對電機磁力中心線數據復核，電機軸向定位不準，系統安裝精度存在偏差。

在設備進行軸向調整時，必須測量和記錄各相應的原始數據，如電機和風機水平、聯軸器軸端間隙[3]。調整過程中，必須認真監視原始數據和相應的調整值，調整結束后必須復測各數據的變化情況，確保調整結果滿足要求。同時，測量監視數據應選準時機。如測量電動機磁力中心線的時機應選在機組初對中完畢、未進行二次灌漿的電動機單機試運時，此時測量發現磁力中心線出現偏差，通過調整電動機軸向位置來補償偏差才是最佳處理方案。

在增加競爭能力、提倡節約成本和資源再利用的要求下，公司在一些技改項目中難免會重整、改造再利用一些閑置設備，為保證舊設備能穩定運行又滿足新工藝的要求，相關工程人員應在利舊設計、工程施工、安裝驗收等環節進行全面考慮，并形成更多經驗總結。