多級離心式鼓風(fēng)機(jī)故障分析及解決措施

程玉春

（國能包頭煤化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古包頭 014010）

1 概況

某煤制烯烴項(xiàng)目污水處理裝置安裝了三臺多級離心式鼓風(fēng)機(jī)，該風(fēng)機(jī)正常情況下兩開一備，主要作用是向污水曝氣O池輸送空氣，為活性污泥提供氧源。風(fēng)機(jī)自2016年開始投入運(yùn)行，運(yùn)行至1a多時三臺風(fēng)機(jī)振動值開始上升，最大振動值達(dá)到18mm/s（標(biāo)準(zhǔn)值控制在7.1mm/s以下）。三臺風(fēng)機(jī)陸續(xù)切換維修，但修復(fù)后運(yùn)行了三個月左右振動還會升上來，為此開展了故障診斷分析工作。

臥式多級離心式鼓風(fēng)機(jī)主要參數(shù)：規(guī)格型號MC120-1.734/0.914；功率250kW；風(fēng)量6000m3/h；入口常壓；介質(zhì)空氣；出口風(fēng)壓0.086MPa（表壓）；額定轉(zhuǎn)數(shù)2979r/min；級數(shù)9級葉輪；級間梳齒密封；出口溫度≤120℃，高壓電機(jī)驅(qū)動。

2 故障分析

2.1 數(shù)據(jù)采集

對多級離心式鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行一段時間（從運(yùn)行到振動超標(biāo)的前一個月計算）的振動數(shù)據(jù)進(jìn)行定期狀態(tài)監(jiān)測。使用VBT35型狀態(tài)監(jiān)測儀，HG8902故障診斷系統(tǒng)（頻譜分析儀）定點(diǎn)監(jiān)測。振動監(jiān)測位置見圖1。

圖1 風(fēng)機(jī)振動監(jiān)測點(diǎn)

風(fēng)機(jī)布置四個離線振動監(jiān)測點(diǎn)，每個測點(diǎn)分別從X（水平）、Y（垂直）、Z（軸向）三個方向測振值，見表1，監(jiān)測數(shù)據(jù)周期為一個月。

表1 風(fēng)機(jī)故障處理前振動值（mm/s）

2.2 數(shù)據(jù)分析

先后對風(fēng)機(jī)進(jìn)行了一個月（4周）的振動數(shù)據(jù)測量，從測點(diǎn)數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，測點(diǎn)①風(fēng)機(jī)非軸伸端X軸水平振動最高18.0mm/s，Y軸振動偏高達(dá)到12.3mm/s，測點(diǎn)②水平X軸8.6mm/s，垂直Y軸7.2mm/s接近標(biāo)準(zhǔn)值，③和④水平振動值均高于垂直和軸向振動值。到了第4周風(fēng)機(jī)振動烈度趨勢不斷上漲，已不能連續(xù)運(yùn)行。診斷小組采用HG8902故障診斷系統(tǒng)（振動頻譜儀），利用振動速度V對中頻信號（1kHz以下）有很強(qiáng)敏感性，能夠反映質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的快慢，監(jiān)測動能對設(shè)備的破壞[1]，作出頻譜圖（見頻譜圖2）。

圖2 風(fēng)機(jī)在1kHz以下監(jiān)測振動值相對數(shù)值

結(jié)合風(fēng)機(jī)振動數(shù)據(jù)及設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析頻譜圖：風(fēng)機(jī)振動以第1周振動數(shù)據(jù)（良好狀態(tài)4.8mm/s）數(shù)據(jù)作為初始值（即基頻1k，50Hz），將風(fēng)機(jī)運(yùn)行中實(shí)際測得的值與初始值比較，按實(shí)測值達(dá)到初始值的倍數(shù)來判別設(shè)備的狀態(tài)，即為旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動診斷相對標(biāo)準(zhǔn)。相對標(biāo)準(zhǔn)的判斷須有兩個依據(jù)：①實(shí)際測量振動值與其初始值之比；②所測振動信號的頻率范圍。相對標(biāo)準(zhǔn)將設(shè)備狀態(tài)的評判分為三個等級：“良好”“注意”“危險”。頻譜圖2中振動頻譜除基頻1X即50Hz23-5X（150～200Hz）時卻有明顯的峰值，并伴有1倍頻，特別3、4倍頻譜比較大，振動不穩(wěn)定并且水平振動較大、軸向振動小，軸心軌跡雜亂，初步分析認(rèn)為是出現(xiàn)了機(jī)械松動故障，或是基礎(chǔ)松動，或是轉(zhuǎn)子出現(xiàn)共振或不平衡，或軸承內(nèi)圈或外圈配合過松。

狀態(tài)監(jiān)測認(rèn)為不排除共振影響，共振存在于結(jié)構(gòu)的所有部件，包括旋轉(zhuǎn)軸臨界轉(zhuǎn)數(shù)共有頻率，甚至在管路和水泥地板等，識別共振的簡單方法是比較同一軸承三個方向水平、垂直和軸向的振動值，如果某一方向的振動大于其他方向的振動三倍以上，而風(fēng)機(jī)非驅(qū)動端水平振動值大于軸向振動值的3倍左右，并且運(yùn)行到第4軸所有測點(diǎn)振動值具有上升趨勢，三臺風(fēng)機(jī)都會反復(fù)性地出現(xiàn)，為此不排除風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)共振問題。

隨后對風(fēng)機(jī)、電機(jī)基礎(chǔ)地腳螺栓進(jìn)行了檢查，緊固良好沒有發(fā)現(xiàn)松動，用VBT35型狀態(tài)監(jiān)測儀對基座四周振動進(jìn)行了檢測，數(shù)據(jù)平均在5.5mm/s左右，其中有一處6.2mm/s（接近風(fēng)機(jī)振動標(biāo)準(zhǔn)值 7.1mm/s），風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行時基礎(chǔ)不應(yīng)該有明顯振動，一般在0～1mm/s，不超過2mm/s，可以判斷基礎(chǔ)薄弱或產(chǎn)生振動。

2.3 分析結(jié)果

（1）風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)振動值偏大，基礎(chǔ)可能出現(xiàn)共振，停機(jī)檢查基礎(chǔ)，基礎(chǔ)或機(jī)座的剛性不夠或不牢，基礎(chǔ)鋼板薄弱、墊鐵松動、位移、地腳螺栓松動等引起的振動。

（2）從頻譜圖和監(jiān)測數(shù)據(jù)來分析，風(fēng)機(jī)9級轉(zhuǎn)子共振或不平衡，需要停機(jī)檢查轉(zhuǎn)子與軸配合情況，葉輪與主軸配合間隙，風(fēng)機(jī)聯(lián)軸器中心找正及軸承磨損，聯(lián)軸器與軸配合間隙等情況，并需要對轉(zhuǎn)子做動平衡試驗(yàn)。

（3）鼓風(fēng)機(jī)喘振分析。鼓風(fēng)機(jī)的喘振現(xiàn)象是一種常見的現(xiàn)象，直接影響了鼓風(fēng)機(jī)的使用情況，影響鼓風(fēng)機(jī)喘振現(xiàn)象的因素有以下幾種：

①鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)氣狀態(tài)。在實(shí)際生產(chǎn)中，進(jìn)（排）氣量忽然減少、機(jī)械故障、鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速忽然降低、進(jìn)口風(fēng)道過濾網(wǎng)堵塞、進(jìn)氣壓力過低、背壓過高、進(jìn)氣溫度過高、曝氣頭堵塞、生物池污泥濃度過高、喘振報警裝置失靈等都會引起鼓風(fēng)機(jī)喘振。

②鼓風(fēng)機(jī)管網(wǎng)特性。離心式鼓風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)是鼓風(fēng)機(jī)性能曲線與管網(wǎng)特性曲線的交點(diǎn)，管網(wǎng)阻力增大，其特性曲線將變陡，致使工作點(diǎn)向小流量方向移動。

③鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化時，其性能曲線也將隨之改變。

3 采取措施

3.1 風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)檢查與處理

風(fēng)機(jī)停運(yùn)后，對風(fēng)機(jī)、電機(jī)基礎(chǔ)進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)整體基礎(chǔ)在原始安裝過程中出現(xiàn)質(zhì)量問題，二次灌漿時發(fā)現(xiàn)有空洞和裂紋。對二次灌漿空洞和裂紋進(jìn)行鑿除，然后重新二次灌漿，將基礎(chǔ)加高150mm進(jìn)行加固處理，制定了施工方案。

依據(jù)GB/T 50448—2015《水泥基灌漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》，采用CGM高強(qiáng)無收縮灌漿料（灌漿后強(qiáng)度不低于C30）。施工前先處理基礎(chǔ)存在的孔洞和裂紋，與設(shè)備底板和混凝土基礎(chǔ)表面清理干凈，不得有松動的碎石、浮漿、浮灰、油污、蠟質(zhì)等；水泥基灌漿材料接觸的混凝土表面充分鑿毛[]；灌漿前24h基礎(chǔ)混凝土表面應(yīng)充分濕潤，灌漿前1h應(yīng)清除積水[1]；灌漿過程中嚴(yán)禁振搗，可采用灌漿助推器沿漿體流動方向的底部推動灌漿材料[2]；灌漿厚度大于100mm時，應(yīng)防止產(chǎn)生溫度裂紋。

3.2 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子檢查與處理

檢修人員將風(fēng)機(jī)上蓋打開，對9級葉輪進(jìn)行了逐項(xiàng)檢查，葉輪轉(zhuǎn)子（輪轂）與主軸采用普通平鍵20mm×12mm×120mm過盈配合，主軸與輪轂采用溫差法熱套，加熱溫度大約高于環(huán)境溫度（20℃）99℃，加熱時應(yīng)將輪轂整體加熱，保證輪轂中心孔與主軸之間0.12～0.16過盈量。轉(zhuǎn)子組裝后進(jìn)行動平衡試驗(yàn)，動平衡精度G2.5（圖3）。

圖3 風(fēng)機(jī)葉輪與主軸裝配圖

拆卸過程中發(fā)現(xiàn)第3和4級葉輪轉(zhuǎn)子與軸有間隙，不允許有間隙和松動，經(jīng)卡尺測量鍵槽磨損尺寸變大，出現(xiàn)鍵槽滾鍵。葉輪高速旋轉(zhuǎn)時，受氣流影響，葉輪和軸之間存在間隙，導(dǎo)致葉輪平衡破壞，是引起振動的主要原因。

轉(zhuǎn)子是鼓風(fēng)機(jī)的關(guān)鍵部件，它高速旋轉(zhuǎn)對氣體做功，轉(zhuǎn)子在裝配過程中要求注意以下幾點(diǎn)：

（1）轉(zhuǎn)子裝配前技術(shù)要求。裝配前需對所有葉輪做超速試驗(yàn)，檢查葉輪的變形和表面質(zhì)量情況。一般對于電機(jī)驅(qū)動的風(fēng)機(jī)葉片超過額定轉(zhuǎn)速10%，葉輪變形可以通過測量徑向尺寸的伸張率來衡量。

葉輪伸張率=（超速后實(shí)測尺寸-超速前實(shí)測尺寸）/超速前實(shí)測尺寸×100%，在超速結(jié)束后馬上測量，此伸張率不得大于0.04%，防止12h后測量，伸張率不大于0.025%。

對該風(fēng)機(jī)9級葉輪進(jìn)行了超速試驗(yàn)。試驗(yàn)前測軸徑為821.5mm，額定轉(zhuǎn)數(shù)2979r/min。將葉輪裝在試驗(yàn)設(shè)備的主軸上，夾緊牢固后用手轉(zhuǎn)動確認(rèn)靈活，蓋好安全防護(hù)罩，所有人員遠(yuǎn)離到安全可靠的地帶。啟動試驗(yàn)設(shè)備，觀察轉(zhuǎn)速儀使葉輪在不小于葉輪最高工作轉(zhuǎn)數(shù)的110%運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)測轉(zhuǎn)數(shù)為3300r/min，持續(xù)時間不得小于2min。停機(jī)后拆下葉輪，測量外緣直徑為821.755mm。試驗(yàn)數(shù)據(jù)：

葉輪伸張率=（821.755-821.5）/821.5×%=0.031% ＜0.04%，在規(guī)定范圍之內(nèi)。

對葉輪表面缺陷用磁粉（碳鋼材質(zhì)）或著色法（不銹鋼葉輪）進(jìn)行檢查，表面無裂紋、無氣孔等缺陷。

（2）葉輪和轉(zhuǎn)子上的所有其他零部件都必須緊密裝在軸上，在運(yùn)行過程中不允許有松動。葉輪裝配采用比較普遍的紅套裝法。

（3）轉(zhuǎn)子裝配時應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的動平衡。轉(zhuǎn)子裝配后，由于材質(zhì)不均勻、加工和裝配誤差等因素，使其質(zhì)量不平衡，產(chǎn)生偏心。

風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子做動平衡試驗(yàn)時，消除不平衡的方法采用加重法和去重法，該離心式鼓風(fēng)機(jī)動平衡去重采用磨削去重，于葉輪外圈外側(cè)斷面去重，去重深 度≦0.4mm。為防止復(fù)裝時動平衡破壞，平衡后應(yīng)選對方位，在每個葉輪的輪盤側(cè)、軸套和平衡盤外圈以聯(lián)軸器端拿紅漆作好位置記號，并從主軸左端（聯(lián)軸器端）的軸套開始，逐次給軸套和葉輪編序號。

（4）風(fēng)機(jī)葉輪鍵槽修復(fù)。半圓頭普通平鍵尺寸為20mm×12mm×120mm，檢查時發(fā)現(xiàn)鍵槽孔間隙變大，邊緣變形，平鍵邊緣有磨損變圓，導(dǎo)致葉輪發(fā)生松動。鍵槽修復(fù)采用堆焊修復(fù)技術(shù)，選用同種鋼的焊接材料進(jìn)行補(bǔ)焊，經(jīng)過鍵槽修復(fù)，更換新鍵，轉(zhuǎn)子重新做動平衡，修復(fù)后安裝。

4 修復(fù)投運(yùn)后運(yùn)行效果

2018年11 月經(jīng)過修復(fù)后風(fēng)機(jī)開始投入運(yùn)行，狀態(tài)監(jiān)測小組成員開始對運(yùn)行振動數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，數(shù)據(jù)檢測時間為6個月，前期每周一次，數(shù)據(jù)穩(wěn)定之后每月一次。通過6個月的數(shù)據(jù)監(jiān)測，風(fēng)機(jī)最大振動數(shù)據(jù)5.2mm/s，符合振動（≤7.1mm/s以下）標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)束語

污水處理系統(tǒng)多級離心式鼓風(fēng)機(jī)故障問題經(jīng)過認(rèn)真分析，利用狀態(tài)監(jiān)測和頻譜圖數(shù)據(jù)分析手段，逐步發(fā)現(xiàn)問題根源，先后采取了基礎(chǔ)強(qiáng)度加固，解決葉輪與主軸過緊配合存在間隙等故障問題。經(jīng)過修復(fù)運(yùn)行后，污水三臺離心式鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行良好，各項(xiàng)參數(shù)均符合正常指標(biāo)，目前已連續(xù)運(yùn)行兩年多沒有大修，延長了設(shè)備周期使用壽命，保證了污水處理裝置離心鼓風(fēng)機(jī)的長周期運(yùn)行。