燒結(jié)環(huán)冷鼓風機轉(zhuǎn)子葉片裂紋修復的研究與應(yīng)用

高志強，劉 帥，馮 帆，張進坤

（山東鋼鐵集團日照有限公司，山東日照 276800）

0 引言

山東鋼鐵集團日照有限公司2#500 m2新型燒結(jié)環(huán)冷機于2019 年3 月投入生產(chǎn)，承擔著2#5100 m3高爐的燒結(jié)礦供應(yīng)任務(wù)，設(shè)備每年可生產(chǎn)558.6 萬噸冷燒結(jié)礦。該燒結(jié)環(huán)冷機創(chuàng)新采用水密封的結(jié)構(gòu)設(shè)計形式來實現(xiàn)環(huán)冷機回轉(zhuǎn)體與外框架之間的動密封，解決了鼓風機鼓入的冷卻風易泄漏和燒結(jié)礦粉塵易外泄的問題，最大限度發(fā)揮鼓風機對熱燒結(jié)礦的目標冷卻效果，從而滿足高爐對于高質(zhì)量燒結(jié)礦的生產(chǎn)需求（圖1）。

圖1 環(huán)冷鼓風機

1 環(huán)冷鼓風機的工作原理

環(huán)冷機通過給料溜槽將燒結(jié)機生產(chǎn)的熱燒結(jié)礦均勻布在回轉(zhuǎn)體的臺車上，臺車在傳動裝置的驅(qū)動下繞回轉(zhuǎn)中心隨回轉(zhuǎn)體做旋轉(zhuǎn)運動的同時在其下部由鼓風機鼓入冷卻風，與燒結(jié)礦充分熱交換后將熱燒結(jié)礦攜帶的熱量帶走，從而實現(xiàn)對燒結(jié)礦循環(huán)冷卻的工藝目的。

環(huán)冷機整體采用6 臺雙吸雙支撐式鼓風機進行冷卻作業(yè)（型號為VZ73V-2240F/F02），鼓風機沿環(huán)冷機外圈呈均勻分布。鼓風機由南通大通寶富風機有限公司負責設(shè)計、制造，由山東省冶金設(shè)計院股份有限公司負責安裝。鼓風機由風機本體、進出口補償器、傳動裝置、電機、電控系統(tǒng)、儀控系統(tǒng)等組成，風機葉片采用機翼形結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，設(shè)備可通過電動調(diào)節(jié)門+變頻調(diào)速的方式來調(diào)節(jié)鼓風風量的大小，最高每小時可輸出風量為500 000 m3/h（圖2）。

圖2 環(huán)冷鼓風機軸承座分布示意

2 環(huán)冷鼓風機的工作現(xiàn)狀

自環(huán)冷鼓風機投入生產(chǎn)以來，設(shè)備整體運行平穩(wěn)，對熱燒結(jié)礦冷卻效果良好，基本達到了目標冷卻設(shè)計要求，點檢人員從日常動態(tài)保養(yǎng)以及定期設(shè)備停機靜態(tài)檢修兩方面切實保障設(shè)備的平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。

在2020 年12 月，設(shè)備實時振動監(jiān)控系統(tǒng)檢測到4#鼓風機的5#、7#軸承出現(xiàn)異常振動，水平振動速度約為7.8 mm/s和7.2 mm/s（該風機軸承的最大允許振動速度均方根值小于4.6 mm/s），考慮到環(huán)冷機正在生產(chǎn)作業(yè)，點檢人員無法由觀察孔進入風機咽道內(nèi)進行檢查、處理且設(shè)備計劃停機檢修日期臨近，作業(yè)區(qū)決定關(guān)閉該環(huán)冷鼓風機，暫時由其他5 臺環(huán)冷鼓風機進行鼓風冷卻作業(yè)，于12 月25 日設(shè)備停機檢修期間進行處理。停機檢修期間，點檢人員發(fā)現(xiàn)4#環(huán)冷鼓風機沿葉片半徑方向出現(xiàn)裂紋（圖3）。

圖3 受損葉片

考慮到廠內(nèi)當前無該型號的葉片備件，聯(lián)系廠家制作同型號的葉片到安裝完成最快需要6個月且生產(chǎn)任務(wù)重，為了在最短時間內(nèi)恢復鼓風機運行，滿足高爐對燒結(jié)礦的正常生產(chǎn)作業(yè)需求。經(jīng)綜合考慮，決定采用焊接法對受損葉片進行搶救性修復。

3 環(huán)冷鼓風機葉片裂痕修復過程

（1）清理和檢測葉片。在修復前，先用清洗劑清除葉片附著的積灰，并用滲透劑對葉片進行探傷以確定裂縫的長度、走向和數(shù)量，檢測表明風機葉片無其他損傷。

（2）打磨葉片裂縫。為方便后續(xù)焊接，提高焊接強度，采用手持式電動砂輪機沿裂縫方向進行打磨，直至打磨露出葉片本體金屬光澤（圖4）。

圖4 裂縫打磨

（3）焊接葉片裂縫。選用KB450 耐磨焊絲對風機葉片的損傷部位沿葉片喇叭口方向依次焊補（圖5），并及時進行錘擊，以消除焊接應(yīng)力，避免葉片變形，確保焊縫處無氣孔、裂紋等焊接缺陷。

圖5 葉片焊補

（4）新上葉片襯板。考慮到環(huán)冷鼓風機工況惡劣，且葉片裂縫面積大，為提高葉片裂縫處的連接強度，增加設(shè)備的強度裕量，特選取高強度的耐磨襯板通過螺栓連接和焊接的方式置于裂縫兩側(cè)，耐磨襯板及焊接成型圖分別如圖6 和圖7 所示。

圖6 耐磨襯板

圖7 增加葉片襯板

（5）二次打磨。焊后完成后，用手持式電動砂輪機對焊接區(qū)進行二次打磨，將焊接區(qū)域打磨直至表面平整，確保無任何焊接缺陷。

（6）葉片動平衡測試，主要依據(jù)為平衡原理。

4 葉片動平衡測試

葉片動平衡測試主要分為4 個

（1）平衡原理：對于修復后的葉片，由于增加了焊條和襯板，改變了葉片原有的質(zhì)量分布，導致葉片產(chǎn)生一個不平衡的集中質(zhì)量，在工作轉(zhuǎn)速下，不平衡質(zhì)量將引起葉片產(chǎn)生一個不平衡的振動矢量（其振幅和相位為一個定值），當增加試重后與原有的重量在相同的轉(zhuǎn)速下，葉片將產(chǎn)生一個新的振動矢量，則平衡掉振動矢量，需再次增加的配重為：

具體計算過程詳見圖8。

圖8 確定校正質(zhì)量

（2）選用北京盛智振通振動測試儀BSZ600A 為振動分析系統(tǒng)，選取速度傳感器對5#、7#兩處的軸承座進行振動測量，選取激光位移傳感器測量葉片的不平衡相位（圖9）。

圖9 振動分析系統(tǒng)

（3）經(jīng)計算，新上耐磨襯板、螺栓以及焊條的質(zhì)量約為3566 g，考慮到在風機的額定轉(zhuǎn)速下，直接采用測振儀測量5#、7#兩點軸承的振動數(shù)據(jù)存在安全隱患，為此首先在葉片焊接處的180°對稱位置先預焊接一個質(zhì)量為3500 g 的耐磨平衡配重（圖10）。

圖10 平衡配重

（4）經(jīng)測試，大修后的風機啟動一次成功（圖11）。測試結(jié)果如圖12所示：5#、7#兩點的水平軸承振動速度分別為0.82 mm/s、0.85 mm/s，垂直軸承振動速度分別為0.95 mm/s、0.97 mm/s，均小于該風機軸承的最大允許振動速度均方根值（最大為4.6 mm/s）；且現(xiàn)場對兩軸承座實時監(jiān)測設(shè)備運行的西馬力實時振動監(jiān)控系統(tǒng)測得的5#、7#兩點的實時水平振動速度值分別為0.85 mm/s 和0.86 mm/s。數(shù)據(jù)同樣表明，該風機的軸系振動達到優(yōu)秀水平，不需要進行二次增加配重來修正葉片不平衡質(zhì)量。

圖11 現(xiàn)場測試

圖12 5#、7#點水平振動測試結(jié)果

5 修復成果

此次4 環(huán)冷鼓風機風機葉片搶救性修復，實際工期歷時24 h，刷新了我國同類別風機葉片的修復紀錄，環(huán)冷鼓風機葉片裂紋的成功修復，消除了設(shè)備的重大安全隱患，為機組可靠、平穩(wěn)運行提供了必要的保證。且經(jīng)修復后的環(huán)冷鼓風機為公司節(jié)約了近30 萬元的備件采購費用，滿足了公司對設(shè)備管理降本增效的相關(guān)要求；同時該環(huán)冷鼓風機的高效、高質(zhì)量的修復，滿足了高爐對冷燒結(jié)礦的生產(chǎn)需求，確保2#高爐平穩(wěn)生產(chǎn)，保障日照有限公司整個生產(chǎn)作業(yè)鏈的順利進行，具有重要意義。