張金成,張 艷,張學(xué)鋒

(中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司,北京 100076)

1 引言

大型軸流式鼓風(fēng)機(jī)是大型高爐的核心設(shè)備之一，被業(yè)界稱為“高爐心臟”，其安全可靠、高效節(jié)能直接影響高爐的運(yùn)行。目前，高爐軸流鼓風(fēng)機(jī)技術(shù)已達(dá)到一個(gè)比較完善的程度。但是，在大型高爐軸流鼓風(fēng)機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中及初期調(diào)試過(guò)程中，機(jī)組喘振現(xiàn)象仍比較普遍。尤其是AV80及以上大型軸流鼓風(fēng)機(jī)組，調(diào)試過(guò)程中喘振現(xiàn)象明顯，破壞力強(qiáng)，稍有不慎就會(huì)造成無(wú)法挽回的損失。

本文就某鋼廠AV90軸流鼓風(fēng)機(jī)組防喘振實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的不正常振動(dòng)現(xiàn)象，進(jìn)行分析總結(jié)，為機(jī)組設(shè)計(jì)、調(diào)試人員提供部分經(jīng)驗(yàn)。

2 軸流鼓風(fēng)機(jī)組工藝系統(tǒng)及特點(diǎn)

軸流鼓風(fēng)機(jī)主要工藝流程：空氣→過(guò)濾裝置→軸流鼓風(fēng)機(jī)→止回閥→出口消聲器→送風(fēng)閥→送風(fēng)管道→高爐。工藝流程見(jiàn)圖1。

空氣由空氣過(guò)濾器去除雜質(zhì)通過(guò)吸風(fēng)管道經(jīng)整流柵進(jìn)入鼓風(fēng)機(jī)入口，經(jīng)過(guò)鼓風(fēng)機(jī)壓縮，由鼓風(fēng)機(jī)出口管路送出。為減少振動(dòng)、減小管道噪音，鼓風(fēng)機(jī)出口管道設(shè)置有補(bǔ)償器及消聲設(shè)備。

圖1 鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)出口風(fēng)工藝流程

為防止鼓風(fēng)機(jī)喘振及阻塞，鼓風(fēng)機(jī)出口管路上除設(shè)置自動(dòng)防喘振閥及放風(fēng)消聲器外，還設(shè)有自動(dòng)防喘振旁路管的電動(dòng)放風(fēng)閥。為防止氣體逆流，還設(shè)有止回閥。

3 軸流鼓風(fēng)機(jī)組防喘振實(shí)驗(yàn)

喘振是透平壓縮機(jī)的固有特性。為防止軸流鼓風(fēng)機(jī)組在正常生產(chǎn)過(guò)程中喘振現(xiàn)象的發(fā)生，在高爐鼓風(fēng)機(jī)調(diào)試過(guò)程中，有著極其重要的一環(huán)——防喘振實(shí)驗(yàn)。

所謂的防喘振實(shí)驗(yàn)即：通過(guò)人為調(diào)整風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)的方式，使風(fēng)機(jī)工作參數(shù)達(dá)到風(fēng)機(jī)發(fā)生喘振（或極接近喘振）時(shí)的狀態(tài)點(diǎn)并記錄，以此點(diǎn)為基礎(chǔ)繪制出防喘振曲線。正確防喘曲線是指導(dǎo)防喘振開環(huán)控制策略的主要依據(jù)，是風(fēng)機(jī)正常生產(chǎn)的重要保障。

在實(shí)際防喘振實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，受實(shí)驗(yàn)人員的主觀判斷、設(shè)備生產(chǎn)制造過(guò)程的誤差、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的完善程度、現(xiàn)場(chǎng)施工安裝精度等多種因素的影響，可能出現(xiàn)風(fēng)機(jī)運(yùn)行的工況點(diǎn)未能達(dá)到生產(chǎn)需求，風(fēng)機(jī)就已經(jīng)發(fā)生喘振。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)是不正常的。若以這些工況點(diǎn)繪制防喘振曲線，不能滿足生產(chǎn)需求。防喘振實(shí)驗(yàn)失敗，鼓風(fēng)機(jī)組無(wú)法正常投產(chǎn),甚至實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能造成鼓風(fēng)機(jī)組重大事故。

4 軸流鼓風(fēng)機(jī)組喘振原因分析

造成風(fēng)機(jī)喘振有兩方面的原因：從內(nèi)部來(lái)說(shuō)，葉柵內(nèi)出現(xiàn)強(qiáng)烈的突變性旋轉(zhuǎn)失速；從外部條件來(lái)說(shuō)，與管網(wǎng)容量和阻力特性有關(guān)。

機(jī)組在做防喘振實(shí)驗(yàn)時(shí)，尚屬調(diào)試過(guò)程，未投運(yùn)生產(chǎn)，因此當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)做防喘振實(shí)驗(yàn)時(shí)，機(jī)組出現(xiàn)不正常振動(dòng)的現(xiàn)象，可考慮可能是由以下幾個(gè)原因引起：

(1)生產(chǎn)廠風(fēng)機(jī)制造過(guò)程中，風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)或制造存在誤差；

(2)設(shè)計(jì)院整個(gè)鼓風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中存在不合理因素；

(3)風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)安裝過(guò)程中存在施工質(zhì)量問(wèn)題，未按照設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)施工；

(4)風(fēng)機(jī)調(diào)試人員操作過(guò)程未達(dá)標(biāo)。

本著處理問(wèn)題應(yīng)由簡(jiǎn)到繁，由易到難，盡快解決問(wèn)題的原則，可按以下方式實(shí)施逐一解決。

首先，由現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員再次嚴(yán)格按照防喘振實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程重新開始實(shí)驗(yàn)；

其次，檢查現(xiàn)場(chǎng)施工情況，同時(shí)，核實(shí)設(shè)計(jì)院系統(tǒng)設(shè)置是否合理。完善現(xiàn)場(chǎng)施工存在的問(wèn)題。一般情況下，設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的系統(tǒng)大都比較成熟，且已經(jīng)存在成功運(yùn)行的實(shí)例，但由于鼓風(fēng)機(jī)組本身生產(chǎn)、制作、安裝都存在合理的誤差范圍，即每臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)本身特性均不相同，所以可能出現(xiàn)需要設(shè)計(jì)院現(xiàn)場(chǎng)微調(diào)設(shè)計(jì)方案。這一工作需要調(diào)整的范圍小，工程難度小，可以與現(xiàn)場(chǎng)施工問(wèn)題處理一同實(shí)施；

再次，如上述方案均不能解決防喘實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題，需要設(shè)計(jì)院對(duì)鼓風(fēng)系統(tǒng)重新做出調(diào)整，進(jìn)一步調(diào)整系統(tǒng)設(shè)置，同時(shí)，要求設(shè)備廠家對(duì)其設(shè)備設(shè)計(jì)及制造參數(shù)進(jìn)行核實(shí)、確認(rèn)；

最后，若確實(shí)為設(shè)備廠家設(shè)計(jì)及制造問(wèn)題，機(jī)組或需返廠處理問(wèn)題。

以上處理問(wèn)題的方法，為保障機(jī)組順利投產(chǎn)、安全運(yùn)行，實(shí)際上是交錯(cuò)進(jìn)行的。

5 某企業(yè)大型軸流鼓風(fēng)機(jī)組振動(dòng)處理方案

某企業(yè)于2012年10月，投運(yùn)兩套軸流鼓風(fēng)機(jī)組，A點(diǎn)參數(shù)如下：

進(jìn)口流量：7085 m3/min

進(jìn)口壓力：0.0997 MPa（A）

出口壓力：0.48 MPa

配套電動(dòng)機(jī)電壓：10000 V

配套電動(dòng)機(jī)功率:44000 kW

為便于觀察鼓風(fēng)機(jī)振動(dòng)情況及鼓風(fēng)機(jī)缸體熱膨脹情況，在鼓風(fēng)機(jī)四周設(shè)置了四個(gè)測(cè)點(diǎn)：A、B、C、D，分別測(cè)量鼓風(fēng)機(jī)軸振動(dòng)數(shù)值和鼓風(fēng)機(jī)缸體熱膨脹數(shù)值。如圖2。

圖2 4個(gè)測(cè)點(diǎn)示意圖

軸振動(dòng)測(cè)點(diǎn)由鼓風(fēng)機(jī)廠家配套BENTLY公司振動(dòng)探頭，分別布置于鼓風(fēng)機(jī)前、后軸承箱上，對(duì)風(fēng)機(jī)前后軸承振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量及記錄。鼓風(fēng)機(jī)缸體熱膨脹測(cè)點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)采用千分表，打表測(cè)量，人工記錄測(cè)量值。

5.1 鼓風(fēng)機(jī)組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

鼓風(fēng)機(jī)組及輔助設(shè)備安裝、調(diào)試完成，油循環(huán)達(dá)標(biāo)，電機(jī)調(diào)試試車完成。

風(fēng)機(jī)啟動(dòng)。啟動(dòng)靜葉角度21.7°，送風(fēng)閥開度0%，放風(fēng)閥開度100%，兩臺(tái)防喘振閥門開度100%。風(fēng)機(jī)出風(fēng)口溫度29℃。

機(jī)組運(yùn)行5 h左右，風(fēng)機(jī)出風(fēng)口溫度45℃。風(fēng)機(jī)準(zhǔn)備開始防喘振實(shí)驗(yàn)。

（1）風(fēng)機(jī)開始提升排氣壓力。風(fēng)機(jī)出風(fēng)口風(fēng)溫63℃，風(fēng)機(jī)兩個(gè)防喘閥均100%開度，此時(shí)B、C測(cè)點(diǎn)軸振動(dòng) 51 μm，A、D 測(cè)點(diǎn)軸振動(dòng) 15 μm，打表各點(diǎn)位移 0 μm。

（2）風(fēng)機(jī)排氣壓力提升至50 kPa。風(fēng)機(jī)出風(fēng)口風(fēng)溫140℃，這時(shí)B測(cè)點(diǎn)軸振動(dòng)75 μm、C測(cè)點(diǎn)軸振動(dòng) 60 μm，A、D 測(cè)點(diǎn)軸振動(dòng) 15 μm，打表點(diǎn)位移A、B 測(cè)點(diǎn)均為+28 μm，C、D 測(cè)點(diǎn)均為+2 μm。

（3）風(fēng)機(jī)排氣壓力提升至100 kPa。風(fēng)機(jī)出口風(fēng)溫165℃，兩個(gè)防喘閥均70%開度，這時(shí)B測(cè)點(diǎn)軸振動(dòng) 76 μm、C 測(cè)點(diǎn)軸振動(dòng) 66 μm，A、D 測(cè)點(diǎn)軸振動(dòng)15~20 μm，打表各點(diǎn)位移 A 測(cè)點(diǎn)為+22 μm，B測(cè)點(diǎn)為+77 μm，C、D 測(cè)點(diǎn)均為+2 μm；

（4）風(fēng)機(jī)排氣壓力提升至150 kPa。風(fēng)機(jī)出口風(fēng)溫185℃，這時(shí)B測(cè)點(diǎn)軸振動(dòng)90 μm、C測(cè)點(diǎn)軸振動(dòng) 91 μm，A、D 測(cè)點(diǎn)軸振動(dòng) 15~18 μm，打表各點(diǎn)位移 A 測(cè)點(diǎn)為+23 μm，B 測(cè)點(diǎn)為+94 μm，C 測(cè)點(diǎn)為+12 μm，D測(cè)點(diǎn)為+8 μm。此時(shí)軸振動(dòng)已經(jīng)達(dá)到90 μm，實(shí)驗(yàn)停止。

5.2 鼓風(fēng)機(jī)組運(yùn)行情況

（1）風(fēng)機(jī)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，排氣口補(bǔ)償器目測(cè)抖動(dòng)幅度較大；防喘閥及電動(dòng)放風(fēng)閥振動(dòng)明顯，放空管道振動(dòng)明顯，防喘閥平臺(tái)振動(dòng)明顯。

（2）現(xiàn)場(chǎng)用振動(dòng)測(cè)量?jī)x器測(cè)量風(fēng)機(jī)及齒輪箱振動(dòng)，數(shù)值正常，振動(dòng)不大。

（3）風(fēng)機(jī)隨排氣溫度升高，風(fēng)機(jī)本體排氣側(cè)有明顯向管道固定點(diǎn)方向移動(dòng)趨勢(shì)。

（4）前軸承、后軸承B、C測(cè)點(diǎn)軸振大，即靠近管道固定點(diǎn)側(cè)，同時(shí)瓦溫較A、D測(cè)點(diǎn)始終高出6~7℃。

5.3 處理方案

停機(jī)，喘振實(shí)驗(yàn)操作人員重新開始實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)情況與第一次實(shí)驗(yàn)基本相同。

再次停機(jī)后，首先，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)勘查。發(fā)現(xiàn)管道固定點(diǎn)未按照設(shè)計(jì)施工，焊接強(qiáng)度不足，且預(yù)埋鋼板有空鼓。放空管道、送風(fēng)主管管道托座均有不同程度脫空。針對(duì)以上情況，要求施工隊(duì)伍整改。其次，經(jīng)過(guò)討論，部分專家認(rèn)為管路補(bǔ)償能力不足或者是施工時(shí)管道有應(yīng)力集中，決定采取打包帶的方式處理風(fēng)機(jī)出口處管道。最后，要求鼓風(fēng)機(jī)本體安裝隊(duì)伍對(duì)鼓風(fēng)機(jī)安裝各個(gè)參數(shù)，尤其是機(jī)組同軸度、軸瓦縫隙等參數(shù)進(jìn)行校核。

最終現(xiàn)場(chǎng)采用如下處理方案。1、加固、修整管道支架；2、現(xiàn)場(chǎng)采用打包帶方式處理風(fēng)機(jī)入口管道。但實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)施工處理過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)管口有應(yīng)力集中的現(xiàn)象；3、鼓風(fēng)機(jī)本體安裝隊(duì)伍，對(duì)風(fēng)機(jī)重新開大蓋，調(diào)校各項(xiàng)參數(shù)。

5.4 處理效果

處理后，再次進(jìn)行喘振實(shí)驗(yàn)。上述問(wèn)題基本消除：

(1)風(fēng)機(jī)軸振一側(cè)偏大問(wèn)題消除，風(fēng)機(jī)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中軸振基本保持在30~40 μm之間，運(yùn)行穩(wěn)定、情況良好；

(2)風(fēng)機(jī)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，排氣出口、放空管道平臺(tái)及防喘閥振動(dòng)明顯減小；

(3)測(cè)點(diǎn)A、B測(cè)量數(shù)值一致，鼓風(fēng)機(jī)組排氣側(cè)向固定點(diǎn)方向偏移問(wèn)題消除；

6 結(jié)論

高爐鼓風(fēng)機(jī)是高爐生產(chǎn)過(guò)程中的核心設(shè)備之一，直接影響高爐運(yùn)行。鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中喘振現(xiàn)象的發(fā)生及處理已經(jīng)有很多的討論，但對(duì)高爐軸流鼓風(fēng)機(jī)調(diào)試過(guò)程中不正常振動(dòng)現(xiàn)象的處理，相關(guān)文獻(xiàn)較少。

通過(guò)本次機(jī)組調(diào)試，積累了詳實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析、系統(tǒng)的問(wèn)題處理方式，最終使風(fēng)機(jī)調(diào)試順利進(jìn)行，保障了整個(gè)工程的順利投產(chǎn)，并為今后保障高爐供風(fēng)，安全、穩(wěn)定生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。同時(shí)，為鼓風(fēng)機(jī)組調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)工作人員解決調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)不正常振動(dòng)的問(wèn)題，有一定的指導(dǎo)意義。

高爐軸流鼓風(fēng)機(jī)喘振實(shí)驗(yàn)中不正常振動(dòng)的發(fā)生不僅與風(fēng)機(jī)本身特性有關(guān)，而且還與管系布置、阻力特性以及風(fēng)道結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系，比較復(fù)雜，有待繼續(xù)研究探討。

[1]王仲奇，秦仁編，透平機(jī)械原理[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1989

[2]李超俊，余文龍，軸流壓縮機(jī)原理與氣動(dòng)設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1987.

[3]劉士學(xué)，方先清主編，透平式壓縮機(jī)強(qiáng)度與振動(dòng)[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997