窯頭風(fēng)機(jī)的一種故障分析與處理

A Example of Fault Analysis and Treatment of Kiln Hood Fans

董小明

在新型干法水泥生產(chǎn)線中，窯頭風(fēng)機(jī)多選用4-73模型的風(fēng)機(jī)，這類風(fēng)機(jī)以其性能高而著稱，但機(jī)翼型葉片在運(yùn)行中頻頻出現(xiàn)問(wèn)題。本文將討論這類風(fēng)機(jī)的運(yùn)行故障及解決方案，在介紹風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)和振動(dòng)測(cè)試方法的同時(shí)，通過(guò)實(shí)例論述解決故障的方法。

風(fēng)機(jī)；振動(dòng)測(cè)量方法；振動(dòng)特征；葉片

1 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的組成和相關(guān)參數(shù)

這類風(fēng)機(jī)多是單懸臂結(jié)構(gòu)，風(fēng)機(jī)選用高壓電機(jī)拖動(dòng)，電壓為6kV和10kV兩種，轉(zhuǎn)速為736r/min和960r/min兩種，聯(lián)軸器選用柱銷式（尼龍棒）彈性聯(lián)軸器（見圖1）。

2 振動(dòng)的測(cè)量方法

風(fēng)機(jī)的振動(dòng)用振動(dòng)分析儀測(cè)量（窯頭風(fēng)機(jī)一般的分析儀都能滿足要求），在軸上合適的位置測(cè)量相位（轉(zhuǎn)速），根據(jù)振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置振動(dòng)傳感器位置，測(cè)量單位選用位移（μm），見圖2。

測(cè)量過(guò)程中首先調(diào)理傳感器信號(hào)，其次通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，通過(guò)USB接口進(jìn)入計(jì)算機(jī)，再在計(jì)算機(jī)上標(biāo)定、計(jì)算與顯示，最后從計(jì)算機(jī)上讀出分析需要的振動(dòng)數(shù)值。對(duì)進(jìn)入計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)分析可參考文獻(xiàn)[1]。

3 風(fēng)機(jī)振動(dòng)特征

某水泥廠有臺(tái)窯頭排風(fēng)機(jī)（風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的組成如前所述），運(yùn)行中振動(dòng)大，無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行，用常規(guī)的方法多次嘗試都沒能解決。后采用前述測(cè)量方法，對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行了振動(dòng)測(cè)量與處理。測(cè)量的初始振動(dòng)值如下：

圖1 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)

圖2 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)及測(cè)點(diǎn)

振動(dòng)速度值1:

驅(qū)動(dòng)側(cè)：∥12.8mm/s ⊥1.7mm/s →4.6mm/s

自由側(cè)：∥11.2mm/s ⊥2.8mm/s →7.1mm/s

振動(dòng)位移值：

驅(qū)動(dòng)側(cè)水平振動(dòng)值 自由側(cè)水平振動(dòng)值

500（508）∠141 409（415）∠309

492（502）∠141 399（421）∠309

493（498）∠141 403（432）∠381

503（501）∠140 407（414）∠309

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)平衡后，風(fēng)機(jī)的振動(dòng)如下：

振動(dòng)速度值2：

驅(qū)動(dòng)側(cè)：∥8.8mm/s ⊥1.1mm/s →4.1mm/s

自由側(cè)：∥8.2mm/s ⊥1.2mm/s →6.1mm/s

振動(dòng)位移值：

驅(qū)動(dòng)側(cè)水平振動(dòng)值 自由側(cè)水平振動(dòng)值

339（352）∠108 311（300）∠271

352（340）∠108 300（305）∠272

341（350）∠108 309（299）∠271

331（358）∠108 314（298）∠273

在做現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡的過(guò)程中，在振動(dòng)的一個(gè)周期內(nèi)，振動(dòng)的時(shí)域圖以余弦圖形為主，振動(dòng)的頻域圖以工頻為主。看似是不平衡故障，但現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡達(dá)到上述值后，再也無(wú)法降低振動(dòng)值，只能觀察一段時(shí)間再處理。

當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行5d后，風(fēng)機(jī)的振動(dòng)增大。在中午11點(diǎn)時(shí)振動(dòng)值3：

自由側(cè)：∥20.6mm/s ⊥3.2mm/s →7.8mm/s

在下午15點(diǎn)時(shí)振動(dòng)值4：

驅(qū)動(dòng)側(cè)：∥6.2mm/s ⊥2.1mm/s →3.1mm/s

自由側(cè)：∥11.8mm/s ⊥2.2mm/s →6.7mm/s

重新調(diào)整安裝數(shù)據(jù)后振動(dòng)值5：

驅(qū)動(dòng)側(cè)：∥9.8mm/s ⊥1.2mm/s →3.6mm/s

依據(jù)《鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）土地利用總體規(guī)劃制圖規(guī)范》要求，對(duì)完成數(shù)據(jù)鏈接的地圖工程，首先需要人工進(jìn)行注記整飾、圖廓制作以及圖面要素的縮編；然后，將整飾完成的各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的鄉(xiāng)級(jí)土地利用總體規(guī)劃圖批量輸出，即運(yùn)用Python語(yǔ)言調(diào)用Export Map模塊實(shí)現(xiàn)多個(gè)地圖工程的批量輸出。在編寫語(yǔ)言過(guò)程中，必選參數(shù)是地圖文檔的名稱和路徑以及輸出文件的名稱，輸出存儲(chǔ)的圖片格式通常為JPEG。運(yùn)用Python語(yǔ)言如下：

自由側(cè)：∥12.4mm/s ⊥5.2mm/s →8.5mm/s

從上面的幾組數(shù)據(jù)看，風(fēng)機(jī)的振動(dòng)超出振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的要求值[2]，風(fēng)機(jī)無(wú)法再繼續(xù)運(yùn)行，且非不平衡故障。

4 振動(dòng)分析與處理（圖3）

從振動(dòng)的頻譜圖看，振動(dòng)以工頻為主，這就排除了非線性振動(dòng)的因素，即說(shuō)明振動(dòng)不是由軸承和松動(dòng)引起的；頻譜圖中沒有高頻振動(dòng)，所以振動(dòng)不是由對(duì)中不良引起的；從頻譜圖上看是典型的不平衡特征。

圖3 葉片磨損

對(duì)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)做現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡后，風(fēng)機(jī)的振動(dòng)值為振動(dòng)值2（振動(dòng)值2是上述的振動(dòng)速度值，下同），振動(dòng)值雖然小了，但還是大于長(zhǎng)期運(yùn)行的振動(dòng)值。

觀察幾天后振動(dòng)開始變大（振動(dòng)值3），但是過(guò)了幾小時(shí)后振動(dòng)又變?。ㄕ駝?dòng)值4），從上面的數(shù)據(jù)中可以看出，振動(dòng)不穩(wěn)定，振動(dòng)的幅值和相位都在變化。在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)對(duì)中、軸承游隙和風(fēng)機(jī)進(jìn)口做了檢查，其后振動(dòng)變?yōu)檎駝?dòng)值5。

雖然做了這樣那樣的處理，風(fēng)機(jī)的振動(dòng)值還是大，只能懷疑風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)故障，當(dāng)打開上機(jī)殼檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)葉片在進(jìn)出口處有磨損存在，在進(jìn)口處有大小不等的縫隙，在出口處有大小不等的小孔（圖3）。由此判斷風(fēng)機(jī)的真正故障是：磨損顯現(xiàn)出葉片的空腔，葉片的空腔進(jìn)灰造成轉(zhuǎn)子不平衡。轉(zhuǎn)子的振動(dòng)大小隨葉片的進(jìn)灰量大小變化，振動(dòng)表現(xiàn)為不平衡，但是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡又解決不了風(fēng)機(jī)振動(dòng)大的問(wèn)題。

風(fēng)機(jī)返廠維修，維修后風(fēng)機(jī)的振動(dòng)值滿足長(zhǎng)期運(yùn)行的要求。其振動(dòng)值如下：

振動(dòng)值6：

驅(qū)動(dòng)側(cè)：∥2.7mm/s ⊥1.9mm/s →1.5 mm/s

自由側(cè)：∥2.9mm/s ⊥2.1mm/s →1.6mm/s

注：（1）∥表示水平振動(dòng)，⊥表示垂直振動(dòng)，→表示軸向振動(dòng)；（2）352（340）∠108表示通頻振動(dòng)為352μm，式工頻振動(dòng)為340μm，振動(dòng)相位為108°。

5 故障的解決方案

5.1 現(xiàn)場(chǎng)處理

對(duì)于磨損不太嚴(yán)重的葉輪，首先在葉片的非工作面開小孔，將葉片中的灰塵清理出來(lái)；其次將各個(gè)小孔堵上，使其既不能影響氣流的流動(dòng)也不會(huì)再進(jìn)去灰塵，用電焊將磨損的縫隙堵上；最后做現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡。

這種處理方法的缺點(diǎn)是：由于葉片已經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間磨損，葉片工作面的鋼板厚度已經(jīng)很薄，運(yùn)行不久后就有可能出現(xiàn)新的磨損；再者受工作環(huán)境的限制和各葉片的差異，電焊堵孔不會(huì)很徹底，如有疏漏運(yùn)行一段時(shí)間后就會(huì)產(chǎn)生新振動(dòng)，但可以堅(jiān)持一段時(shí)間。

5.2 返廠第一種方法

根據(jù)葉片的尺寸先加工工裝，用工裝加工一個(gè)“U”型鋼板套，將“U”型套套在葉片的進(jìn)口處，用電焊加固；在葉片出口處，根據(jù)磨損情況的尺寸加固一塊長(zhǎng)方形的鋼板，以封堵進(jìn)出口處縫隙和小孔。這樣的處理由于在局部改變了氣流流向，可能會(huì)引起風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能的微小變化。

5.3 返廠第二種方法

對(duì)磨損嚴(yán)重的葉輪，若前后盤磨損不太嚴(yán)重，厚度變化不大，可更換葉片；若前后盤磨損嚴(yán)重，需加工新葉輪，從根本上解決問(wèn)題。但不管哪種處理，都要做動(dòng)平衡。

6 故障處理總結(jié)

（1）這類故障很難發(fā)現(xiàn)。機(jī)翼型葉片的加工發(fā)生了變化，上世紀(jì)時(shí)葉片由一塊鋼板一次沖壓成型，但近幾年，葉片是用兩塊鋼板，在進(jìn)口處放入一根鋼棍，然后焊接成型。葉片在使用中隨著磨損的加劇，在進(jìn)口處會(huì)形成很小縫隙（而不是洞），這在現(xiàn)場(chǎng)很難發(fā)現(xiàn)。

（2）這類故障的判斷。在頻譜圖中一倍頻振幅大，是不平衡，但隨進(jìn)入葉片夾層中灰塵量的多少，振動(dòng)時(shí)大時(shí)小，相位也不斷變化，很難判斷是不平衡，每次起停時(shí)，進(jìn)灰量都發(fā)生變化，所以每次起停振動(dòng)不一樣。

（3）這類故障振動(dòng)先大后小。隨著磨損孔的加大，進(jìn)灰量也不斷加大，風(fēng)機(jī)振動(dòng)會(huì)劇烈增加，在現(xiàn)場(chǎng)有振壞軸承座的，也有把地腳螺栓拔出來(lái)的。但是由于軸承座強(qiáng)度的不同，當(dāng)磨損孔大到一定程度，各個(gè)葉片的進(jìn)灰量趨于相等，這時(shí)風(fēng)機(jī)振動(dòng)會(huì)下降，振動(dòng)值穩(wěn)定在一個(gè)定值附近，但振動(dòng)值一定高于長(zhǎng)期安全運(yùn)行值。這類振動(dòng)僅僅用現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡的方法，不能解決振動(dòng)大的問(wèn)題。

（4）這類振動(dòng)的確認(rèn)。這類振動(dòng)不穩(wěn)定，忽大忽小，但每次開機(jī)相位是同一值，相位變化不大，所以和非線性振動(dòng)無(wú)關(guān)。振動(dòng)會(huì)隨時(shí)間變化，但和熱應(yīng)力及熱變形無(wú)關(guān)，這是該故障的特征之一。

7 結(jié)語(yǔ)

機(jī)翼型葉片以其效率高、噪聲小為優(yōu)勢(shì)，高效風(fēng)機(jī)都選用這類葉片。但在應(yīng)用中，葉片夾縫進(jìn)灰給風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行帶來(lái)困難。實(shí)際應(yīng)用表明：首先，同類型的風(fēng)機(jī)選用單板葉片，其效率不會(huì)低于機(jī)翼型葉片的1.5%；其次，當(dāng)單板葉片有磨損時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)處理很方便；再者，單板葉片的使用壽命比機(jī)翼型葉片長(zhǎng)一倍；第四，風(fēng)機(jī)噪聲在水泥線現(xiàn)場(chǎng)比其他設(shè)備小?？偠灾?，在和設(shè)計(jì)院技術(shù)交接時(shí)，窯頭風(fēng)機(jī)、窯尾風(fēng)機(jī)最好選用同類型的單板葉片風(fēng)機(jī)。

[1]楊建剛.旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)分析與工程應(yīng)用[M].北京:中國(guó)電力出版社, 2007年.

[2]崔建學(xué),等.振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的解讀及其在干法水泥生產(chǎn)線中的應(yīng)用[J].水泥技術(shù).2012,（3）.

[3]崔建學(xué),康多祥.離心壓縮機(jī)數(shù)據(jù)采集軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].流體機(jī)械[J].2001,（6）.

[4]崔建學(xué).風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)[M].西安:西北大學(xué)出版社,1995.

[5]崔建學(xué),徐飛,劉浩.振動(dòng)分析儀現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用探討[J].工程師.1997,（1）.

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2012-12-17； 編輯：趙 蓮