供稿| 羅 亮 ，張志軍，李保軍，路建偉

風(fēng)機(jī)故障診斷技術(shù)在安鋼2800m3高爐應(yīng)用

供稿| 羅 亮 ，張志軍，李保軍，路建偉

內(nèi)容導(dǎo)讀

風(fēng)機(jī)在鋼鐵冶煉過程中占有重要位置，一旦發(fā)生故障將給生產(chǎn)、環(huán)境帶來較大影響；目前生產(chǎn)現(xiàn)場以簡易測振儀對風(fēng)機(jī)振動狀態(tài)進(jìn)行定期檢測的方法，難以及時判斷故障原因；文章主要對安鋼煉鐵廠噴煤主排風(fēng)機(jī)和熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機(jī)運(yùn)行異常進(jìn)行分析，介紹了基于頻譜分析的風(fēng)機(jī)故障診斷方法并提出了維修方案，說明了處理后的運(yùn)行效果，給出了風(fēng)機(jī)運(yùn)行管理的幾點(diǎn)建議。

風(fēng)機(jī)在冶金行業(yè)使用較為廣泛，主要有引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、排粉風(fēng)機(jī)等，構(gòu)件主要由電動機(jī)、轉(zhuǎn)子、軸承系統(tǒng)、機(jī)組殼體及聯(lián)軸器等組成。在負(fù)載較大的場合，采用變頻電機(jī)或加裝可調(diào)速液力偶合器。由于工況較為惡劣，風(fēng)機(jī)常因不同形式的故障而影響其工作狀態(tài)，往往給生產(chǎn)帶來較大影響，所以風(fēng)機(jī)日常點(diǎn)檢工作尤為重要。目前，主要采用簡易測振儀對風(fēng)機(jī)振動狀態(tài)進(jìn)行定期檢測，根據(jù)振動值變化確定風(fēng)機(jī)狀態(tài)，目前的點(diǎn)檢手段雖然可以直觀得出振動值大小，但是缺乏有效的監(jiān)測和分析手段，不能及時判斷故障的性質(zhì)，難以快速排除故障。本文主要介紹兩起風(fēng)機(jī)故障的診斷實(shí)例，并對風(fēng)機(jī)安裝過程中出現(xiàn)的問題加以解決。

常見振動故障類型及分析

不對中引起的振動

風(fēng)機(jī)存在的安裝誤差、熱膨脹變形、承載后的變形以及基礎(chǔ)的不均勻沉降等因素，有可能會造成機(jī)器工作時各轉(zhuǎn)子軸線之間產(chǎn)生不對中。不對中分為角不對中、平行不對中和軸承不對中。從頻譜圖上來看，不對中引發(fā)的振動在典型頻譜上出現(xiàn)與旋轉(zhuǎn)頻率相同的一倍頻、二倍頻以及小量值的高次諧波；如具備條件，現(xiàn)場進(jìn)行相位測量是判斷不對中的最好判斷依據(jù)；一般在現(xiàn)場，可以用百分表對軸系的同心度進(jìn)行確認(rèn)，主要通過聯(lián)軸器軸向和角向間隙來要求的。

不平衡引起的振動

產(chǎn)生不平衡的原因主要包括：葉輪制造誤差，葉輪安裝誤差，葉輪磨損或者粘接物料等。不平衡引發(fā)的振動在典型頻譜上出現(xiàn)與旋轉(zhuǎn)頻率相同的一倍頻分量。當(dāng)故障僅限于不平衡時，該分量通常大于振動總量的80%，如果還有其他故障，則有可能僅占50%～80%，不平衡與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的平方成比例變化；日常點(diǎn)檢過程中，可以根據(jù)一倍頻振動值變化情況來判斷轉(zhuǎn)子是否存在磨損過量或粘結(jié)物料，通常這是一個逐漸變化的過程。

機(jī)械松動引起的振動

（1）、基礎(chǔ)松動、水泥失效、基礎(chǔ)變形等，此類振動在頻譜圖上表現(xiàn)為一倍頻分量，現(xiàn)場可以用測振儀測量基礎(chǔ)部的位移、速度變化。（2）、地腳螺栓松動、軸承座松動或者斷裂等，其振動頻譜除除包含一倍頻分量外，還包括相當(dāng)大的二倍頻分量，并時常伴有次諧波分量。（3）、內(nèi)部構(gòu)件松動，如軸承磨損，間隙較大，葉輪松動，軸瓦松動等，由于松動部件對來自轉(zhuǎn)子動態(tài)力的非線性響應(yīng)，因而產(chǎn)生許多諧波分量，有時亦產(chǎn)生整數(shù)倍的次諧波分量。

以上所說只是不對中、不平衡、機(jī)械松動單一原因產(chǎn)生振動的故障體現(xiàn)，在實(shí)際生產(chǎn)中，可能存在多種因素的綜合影響，如何在生產(chǎn)中快速判斷風(fēng)機(jī)振動值異常的原因并對癥下藥，還需要結(jié)合實(shí)際情況，采取多種手段，如振幅的方向性，利用百分表檢查聯(lián)軸器的同心度等方法來輔助判斷振動產(chǎn)生的原因。

實(shí)例

排煤風(fēng)機(jī)

2010年6月份，安鋼煉鐵廠2800m3高爐噴煤1#主排煤風(fēng)機(jī)，振動值明顯增大且存在異響，異響和風(fēng)機(jī)基頻基本同步；進(jìn)入機(jī)殼檢查，發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)葉輪鎖緊螺母松動，鍵部分剪切，葉輪在軸上竄動；根據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況，需要對轉(zhuǎn)子進(jìn)行下線維護(hù)。但由于生產(chǎn)需要，現(xiàn)場沒有足夠的時間更換轉(zhuǎn)子，遂制定并實(shí)施臨時處理方案：首先，檢修人員進(jìn)入機(jī)殼內(nèi)，將葉輪直接焊接固定在軸上，以減少振動和沖擊；其次，焊接固定后，在確保生產(chǎn)的同時，盡量降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，待高爐系統(tǒng)檢修時更換轉(zhuǎn)子。

圖1 風(fēng)機(jī)現(xiàn)場布置

圖2 葉輪松動后臨時補(bǔ)焊

至高爐系統(tǒng)檢修前，葉輪曾脫焊一次，補(bǔ)焊后繼續(xù)使用；檢修所需備件，軸承、葉輪均提前在車間內(nèi)安裝完畢后，運(yùn)送至檢修現(xiàn)場。根據(jù)安裝技術(shù)要求，軸承外套與軸承箱的孔徑過盈量：0～0.04 mm，端蓋和軸承外徑間隙：0.015～0.03 mm；現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)，軸承外套與軸承箱的孔徑過盈量：0.02 mm，端蓋和軸承外徑間隙：0.015 mm，檢查軸系對中情況，徑向偏差≤0.05 mm，傾斜≤0.2/1000符合要求。

檢修完成后，系統(tǒng)試車，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速較低時振動值較小，隨著轉(zhuǎn)速增加，振動值明顯增大，并且存在明顯異響。打開檢修人孔發(fā)現(xiàn)，機(jī)殼部分變形，葉輪距機(jī)殼變形部位間距較小，機(jī)殼上有明顯磨損痕跡，隨著風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，振動值顯著增加，葉輪擺動明顯，磕碰風(fēng)機(jī)機(jī)殼所致；對機(jī)殼變形處進(jìn)行拉伸，切斷加強(qiáng)筋板，用倒鏈拉伸機(jī)殼至合適位置，焊接固定。

對風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行頻譜分析，測點(diǎn)選擇在對振動影響最為敏感的滾動軸承處，頻譜圖如圖3所示。

圖3 近風(fēng)機(jī)軸承端頻譜圖

由圖3，我們發(fā)現(xiàn)諧波能量集中于基頻25 Hz振動，在典型頻譜上出現(xiàn)與旋轉(zhuǎn)頻率相同的一倍頻分量，并且出現(xiàn)較小的高次諧波，根據(jù)以上特征，我們判斷故障原因?yàn)檗D(zhuǎn)子不平衡。 對轉(zhuǎn)子進(jìn)行現(xiàn)場動平衡校驗(yàn)，確保轉(zhuǎn)子平衡。

通過以上方案處理后，風(fēng)機(jī)各點(diǎn)滿載測振數(shù)據(jù)最大值只有1.8 mm/s，整體運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。

助燃風(fēng)機(jī)

2010年9月份，安鋼煉鐵廠2800 m3高爐熱風(fēng)爐1#助燃風(fēng)機(jī)，彈性尼龍棒磨損異常，部分發(fā)生剪切。利用簡易測振儀測得近風(fēng)機(jī)點(diǎn)軸承端振動值數(shù)據(jù)：H:4.9 mm/s A :3.5 mm/s V:9.0 mm/s。

圖4 助燃風(fēng)機(jī)現(xiàn)場

圖5 尼龍棒剪切

由測振數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)軸承的徑向振動較大，同時根據(jù)彈性尼龍棒磨損情況，初步推斷原因：（1）系統(tǒng)可能存在不對中，尼龍棒承受較大剪切力。（2）系統(tǒng)可能存在機(jī)械松動，地腳松動、軸承磨損量較大或安裝不當(dāng)，尼龍棒承受較大徑向力。

為了判斷風(fēng)機(jī)振動產(chǎn)生原因，對近風(fēng)機(jī)點(diǎn)軸承端進(jìn)行頻譜分析，由圖6所示，振動主要集中在一倍頻25Hz，二倍頻50Hz，同時產(chǎn)生整數(shù)倍的諧波分量，根據(jù)頻譜圖顯示，判斷可能存在機(jī)械松動或者不對中，但很難判斷是何種故障。

圖6 近風(fēng)機(jī)點(diǎn)頻譜圖

利用百分表檢查軸系的同心度，檢查結(jié)果符合安裝技術(shù)要求，判斷振動原因應(yīng)該是轉(zhuǎn)子存在機(jī)械松動。機(jī)械松動包括外部松動和內(nèi)部松動，外部松動主要是基礎(chǔ)、地腳、軸承座等的松動；內(nèi)部松動主要包括葉輪在軸上的松動，軸承磨損間隙過大，軸承與軸承座的間隙較大，在頻譜上產(chǎn)生較多的高次諧波分量。

原因排查：（1）拆除機(jī)殼檢查風(fēng)機(jī)葉輪，由于風(fēng)機(jī)長時間露天運(yùn)行，葉輪部分磨損、銹蝕，平衡可能被破壞。（2）對軸承箱進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)近電機(jī)側(cè)軸承與箱體存在較大的徑向間隙，徑向垂直端實(shí)測數(shù)據(jù)為0.08 mm，遠(yuǎn)大于風(fēng)機(jī)安裝要求的0.04 mm，運(yùn)行過程中，尼龍棒承受較大的彎扭力矩。

解決方案： （1）由于葉輪、軸承等組件已接近運(yùn)行周期，需更換轉(zhuǎn)子一套。（2）檢查地腳螺栓，用扭力扳手加載至指定的預(yù)緊載荷。（3）調(diào)整合適的軸承間隙與游隙，確保軸承良好的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)?，F(xiàn)場處理后，風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，彈性尼龍棒無異常磨損。

小結(jié)

利用簡易測振儀判斷出風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)異常，不易判斷故障原因時，首先應(yīng)該對振動信號進(jìn)行頻譜分析、相位分析。其次由于振動是矢量信號，在測試和平衡過程中，傳感器的位置和方向應(yīng)該保持不變；同時，在現(xiàn)場生產(chǎn)中，應(yīng)加強(qiáng)對設(shè)備的點(diǎn)檢與維護(hù)，以確保風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行。

（1）、簡易測振儀在現(xiàn)場已普及應(yīng)用，雖然能判斷設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，但是缺乏有效的監(jiān)控和分析手段，所以對一些重要旋轉(zhuǎn)設(shè)備需加裝傳感器，接入微機(jī)畫面，實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控，并增加輔助分析軟件，快速判斷排除故障。

（2）、收集整理點(diǎn)檢數(shù)據(jù)并繪制成曲線，同時結(jié)合電機(jī)負(fù)載、介質(zhì)溫度、壓力、流量及生產(chǎn)工況等條件，來進(jìn)一步掌控風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)。

（3）、定期對轉(zhuǎn)子進(jìn)行檢查，主要包括鎖緊裝置檢查、葉輪與轉(zhuǎn)子固定螺栓檢查，轉(zhuǎn)子磨損或粘料情況。

[1] 陳長征,胡立新,周勃,等.設(shè)備振動分析與故障診斷技術(shù). 北京：科學(xué)出版社,2007.5

羅亮（1983.11—），男，安徽六安人，河南省安陽市安陽鋼鐵集團(tuán)責(zé)任有限公司煉鐵廠設(shè)備材料科，助理工程師，本科，從事高爐噴煤設(shè)備管理。

The Fault Diagnosis Technology of Blower in 2800m3Blast Furnace in Angang

LUO Liang，ZHANG Zhi-jun，LI Bao-jun，LU Jian-wei

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