郭淑舫（天津天鐵冶金集團(tuán)動(dòng)力廠，河北涉縣056404）

天鐵1#電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱振動(dòng)波動(dòng)原因探討

郭淑舫
（天津天鐵冶金集團(tuán)動(dòng)力廠，河北涉縣056404）

針對(duì)天鐵動(dòng)力廠1#電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱振動(dòng)波動(dòng)故障，分析出其產(chǎn)生原因包括振動(dòng)檢測(cè)裝置的測(cè)振帶狹窄、振動(dòng)固定座不規(guī)范、振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置的振動(dòng)傳感器選型有誤等。結(jié)合電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)工作現(xiàn)狀，制定出相應(yīng)的解決方案，解決了電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱振動(dòng)波動(dòng)的問(wèn)題，保障了機(jī)組安全平穩(wěn)運(yùn)行。

電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)；齒輪箱；振動(dòng)；測(cè)振帶；振動(dòng)傳感器；固定座

1 引言

天鐵集團(tuán)動(dòng)力廠1#電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)為6#高爐供風(fēng)。機(jī)組由電機(jī)、增速齒輪箱、全靜葉可調(diào)式軸流壓縮機(jī)、控制系統(tǒng)等組成。將電機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)能通過(guò)增速齒輪箱增速，使其轉(zhuǎn)速達(dá)到軸流壓縮機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，滿足機(jī)組正常運(yùn)行。齒輪箱的核心部件是齒輪，齒輪嚙合剛度是反映其工作性能的重要指標(biāo)，嚙合剛度大小通過(guò)齒輪運(yùn)作過(guò)程中所產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)情況得以反映。1#電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組的齒輪箱共有4個(gè)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)，高速側(cè)A、高速側(cè)B、低速側(cè)A和低速側(cè)B。運(yùn)行中，齒輪箱低速側(cè)A振動(dòng)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)幅值出現(xiàn)明顯的大幅度波動(dòng)，振動(dòng)幅值已超過(guò)報(bào)警值，嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全平穩(wěn)運(yùn)行。針對(duì)以上現(xiàn)象，對(duì)齒輪箱振動(dòng)波動(dòng)情況進(jìn)行分析，從齒輪箱的機(jī)械、工藝和振動(dòng)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)裝置等多方面進(jìn)行綜合考慮，詳細(xì)分析出齒輪箱振動(dòng)波動(dòng)的原因，明確機(jī)組不存在實(shí)質(zhì)性振動(dòng)問(wèn)題，保證了機(jī)組的運(yùn)行周期，確保了高爐供風(fēng)。

2 測(cè)振原理

1#電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)采用本特利3300系列，并配備本特利3500在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，加強(qiáng)對(duì)電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)振動(dòng)、位移的保護(hù)。傳感器系統(tǒng)由3300 XL 5 mm電渦流傳感器探頭、3300 XL 4．5 m延伸電纜、3300 XL前置器及控制電纜組成，振動(dòng)值輸出和探頭端部與被測(cè)導(dǎo)體表面之間距離的電壓信號(hào)成正比。當(dāng)傳感器接通電源時(shí)，在前置器內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高頻電流信號(hào)，該信號(hào)通過(guò)電纜送到探頭的頭部，在傳感器探頭頭部周?chē)a(chǎn)生交變磁場(chǎng)，電渦流產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)會(huì)阻止高頻交變磁場(chǎng)的變化，探頭越接近，即表明轉(zhuǎn)子與探頭之間的間隙越小，感應(yīng)電流就越大，而線圈的電感量就越小，因此只要測(cè)出間隙電壓的變化，就可知道轉(zhuǎn)子與探頭的間隙變化，通過(guò)測(cè)量間隙電壓的大小及監(jiān)測(cè)間隙電壓變化情況來(lái)反映齒輪箱工作性能。

3 故障現(xiàn)象及原因分析

3．1 故障現(xiàn)象

齒輪箱4個(gè)振動(dòng)傳感探頭器固定安裝在齒輪箱箱體上，機(jī)組由冷態(tài)到熱態(tài)時(shí)軸會(huì)有一定的串動(dòng)量。為了保證機(jī)組運(yùn)行時(shí)振動(dòng)測(cè)量的準(zhǔn)確性，在機(jī)組冷態(tài)時(shí)將4個(gè)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)的間隙電壓均調(diào)整為10．0 V。齒輪箱振動(dòng)正常值為15 μm，報(bào)警值為80 μm，停機(jī)值為160 μm。機(jī)組正常運(yùn)行后，測(cè)得齒輪箱振動(dòng)測(cè)點(diǎn)的間隙電壓分別為高速側(cè)A 8．3V、B 8．9 V，低速側(cè)B 7．9 V、A 14．5 V左右。振動(dòng)高速側(cè)A、B，低速B振動(dòng)值波動(dòng)范圍在10 μm以內(nèi)，低速側(cè)A振動(dòng)大幅波動(dòng)，波動(dòng)值最高達(dá)到65 μm，一度達(dá)到振動(dòng)報(bào)警值，振動(dòng)趨勢(shì)曲線見(jiàn)圖1。

圖1 機(jī)組運(yùn)行時(shí)振動(dòng)趨勢(shì)圖

3．2 原因分析

齒輪箱作為傳動(dòng)系統(tǒng)，是電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行的重要機(jī)械部件之一，起到動(dòng)力傳輸?shù)淖饔?，同時(shí)承受由電機(jī)和壓縮機(jī)引入的外部激勵(lì)和齒輪箱自身齒輪傳動(dòng)誤差，以及嚙合沖擊所引起的內(nèi)部激勵(lì)。齒輪箱產(chǎn)生振動(dòng)有以下幾個(gè)方面原因：

（1）齒輪箱機(jī)械原因產(chǎn)生振動(dòng)。齒輪箱振動(dòng)受軸、齒輪、軸承、等多種振動(dòng)的影響。齒輪偏心、齒距偏差和齒形誤差都會(huì)影響齒輪的工作性能，嚙合時(shí)產(chǎn)生沖擊引起較大的振動(dòng)和噪聲；潤(rùn)滑不良會(huì)加劇磨損，使軸承游隙增大，降低軸承運(yùn)轉(zhuǎn)精度，降低齒輪箱的運(yùn)動(dòng)精度，增大齒輪箱振動(dòng)水平，從而使得振動(dòng)信號(hào)變強(qiáng)。

（2）機(jī)組安裝精度對(duì)齒輪箱振動(dòng)的影響。如軸系中心偏差大會(huì)直接影響齒輪箱的振動(dòng)。

（3）齒輪箱振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)。齒輪箱振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)包括檢測(cè)裝置和監(jiān)測(cè)裝置。檢測(cè)系統(tǒng)由測(cè)振固定座、測(cè)振帶、振動(dòng)傳感器探頭、延伸電纜、前置器、控制電纜組成。測(cè)振固定座對(duì)稱性差、測(cè)振帶位置不準(zhǔn)確、傳感器探頭不合適、延伸電纜及前置器不匹配、控制電纜線路故障等都會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)測(cè)量不準(zhǔn)確。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為本特利3500在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)與操作室之間的無(wú)障礙數(shù)據(jù)傳輸，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用的振動(dòng)傳感器組態(tài)參數(shù)，如振動(dòng)傳感器型號(hào)、規(guī)格、電壓、報(bào)警值等的設(shè)置，以及組態(tài)錯(cuò)誤等會(huì)影響振動(dòng)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)精度。

3．3 分析過(guò)程

（1）通過(guò)對(duì)齒輪箱現(xiàn)場(chǎng)測(cè)振檢測(cè)，進(jìn)行頻譜分析，檢測(cè)結(jié)果正常，進(jìn)而對(duì)齒輪箱進(jìn)行全面解體檢查。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)仔細(xì)查看，發(fā)現(xiàn)齒輪箱齒面光滑，平整，沒(méi)有磨損、點(diǎn)蝕、剝落、劃痕、裂紋等現(xiàn)象，齒距規(guī)整，齒形規(guī)范；通過(guò)多次測(cè)量，齒輪嚙合間隙、軸瓦間隙均在合格范圍內(nèi)。因此，齒輪箱機(jī)械方面導(dǎo)致振動(dòng)波動(dòng)的原因排除。

（2）對(duì)軸系中心點(diǎn)重新進(jìn)行了測(cè)量找正。為了提高軸系中心找正數(shù)據(jù)的測(cè)量精度，專門(mén)制作了找正工具。拆除齒輪箱兩側(cè)聯(lián)軸器，將壓縮機(jī)、齒輪箱、電機(jī)解列。首先找正壓縮機(jī)側(cè)。利用找正工具將壓縮機(jī)和齒輪箱聯(lián)通，在兩個(gè)設(shè)備的水平方向和垂直方向上分別安裝百分表。手動(dòng)盤(pán)車(chē)，觀察百分表讀數(shù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)，數(shù)值在合格范圍內(nèi)。同樣方法對(duì)電機(jī)側(cè)進(jìn)行找正，發(fā)現(xiàn)找正數(shù)值存在微小偏差，通過(guò)多次機(jī)械調(diào)整多次測(cè)繪，最終使電機(jī)側(cè)軸系中心在廠家要求之內(nèi)。連軸試車(chē)后，振動(dòng)仍然存在，由此判斷軸系中心偏差導(dǎo)致齒輪箱振動(dòng)的因素排除。

（3）對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分別進(jìn)行檢查。

檢測(cè)系統(tǒng)檢查：首先檢查振動(dòng)傳感器探頭。將振動(dòng)幅值波動(dòng)大的低速側(cè)A傳感器探頭拆下，與高速側(cè)A探頭互換安裝位置，通過(guò)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)低速A側(cè)振動(dòng)波動(dòng)問(wèn)題依然存在，將其與其他兩個(gè)探頭互換安裝位置，均發(fā)現(xiàn)問(wèn)題依然存在，由此確定傳感器探頭自身不存在問(wèn)題。低速側(cè)A傳感器探頭與高速側(cè)A探頭互換后振動(dòng)趨勢(shì)見(jiàn)圖2。

采取同樣方法對(duì)延伸電纜、前置器進(jìn)行了檢查，確認(rèn)延伸電纜、前置器自身均不存在問(wèn)題。然后對(duì)控制電纜進(jìn)行絕緣、接地、屏蔽等方面檢查，通過(guò)測(cè)量前置器端電壓值與操作室內(nèi)電壓值進(jìn)行比對(duì)，間隙電壓值沒(méi)有偏差，判定控制電纜不存在問(wèn)題。最后對(duì)測(cè)振固定座、測(cè)振帶進(jìn)行分析檢查。采用現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)盤(pán)車(chē)，根據(jù)軸的串動(dòng)量與間隙電壓的變化情況進(jìn)行分析。軸串動(dòng)量與測(cè)點(diǎn)間隙電壓測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

圖2 低速側(cè)A與高速側(cè)A探頭互換后振動(dòng)趨勢(shì)

表1 軸串動(dòng)量與測(cè)點(diǎn)間隙電壓測(cè)量數(shù)據(jù)

通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，測(cè)振帶為11 mm寬，在軸串動(dòng)量為5 mm時(shí)間隙電壓明顯變化，低速A側(cè)振動(dòng)的間隙電壓會(huì)由10．1 V突然上升為14 V，明顯變化，說(shuō)明到達(dá)測(cè)量軸的倒角部位。振動(dòng)傳感器探頭為5 mm，如果探頭裝置定位孔位置稍有偏差，就會(huì)導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行時(shí)測(cè)振帶串動(dòng)范圍超過(guò)振動(dòng)傳感器探頭測(cè)量位置，進(jìn)而引起振動(dòng)波動(dòng)。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢查：對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)傳感器的配置存在些問(wèn)題，振動(dòng)傳感器規(guī)格設(shè)置為8 mm，實(shí)際使用設(shè)備為5 mm。故對(duì)傳感器探頭配置進(jìn)行更改見(jiàn)圖3。

4 方案制定

圖3 更改振動(dòng)傳感器探頭配置

通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在軸串動(dòng)量為5 mm時(shí)，振動(dòng)的間隙電壓發(fā)生明顯變化。因此，導(dǎo)致電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱低速側(cè)A振動(dòng)波動(dòng)的因素為測(cè)振帶狹窄、振動(dòng)傳感器探頭型號(hào)不合適、振動(dòng)固定座不規(guī)范。確定齒輪箱設(shè)備本體、機(jī)械系統(tǒng)良好，機(jī)組不存在實(shí)質(zhì)性振動(dòng)問(wèn)題，對(duì)1#電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)制定下列三種解決方案，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選擇其中任意一種均可解決。

方案一：重新設(shè)計(jì)齒輪箱測(cè)振帶。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)依據(jù)：被測(cè)體為圓軸而且探頭中心線與軸心線正交時(shí)，測(cè)振帶寬度為探頭頭部直徑的3倍以上。

方案二：調(diào)整振動(dòng)固定座。振動(dòng)固定座應(yīng)滿足同側(cè)兩固定座水平位置中心線一致，垂直位置滿足振動(dòng)傳感器探頭正對(duì)測(cè)振帶中心位置。

方案三：更換振動(dòng)傳感器探頭。更換應(yīng)滿足傳感器探頭與振動(dòng)檢側(cè)系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相匹配，規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足傳感器探頭直徑為測(cè)振帶寬度的1/3。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)1#電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱振動(dòng)波動(dòng)情況進(jìn)行綜合分析，提出了解決1#電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱振動(dòng)問(wèn)題的可行性方法，同時(shí)也為動(dòng)力廠其他鼓風(fēng)機(jī)組出現(xiàn)的類似情況時(shí)，提供了實(shí)際解決辦法和理論依據(jù)，為機(jī)組安全平穩(wěn)運(yùn)行提供了可靠保障。

Discussion on Cause of Vibration Fluctuation of Gearbox of Tiantie Electric Blower 1

GUO Shu-fang
(Power Plant of Tianjin Tiantie Metallurgical Group,She County,Hebei Province 056404,China)

In order to settle the vibration fluctuation fault of the gearbox of electric blower 1 used for No 6 BF,the causes analyzed includes the short vibration test band and lack of standardization at permanent seat for vibration measurement device,wrong vibration sensor selection for vibration monitoring device and etc．In according with the production situation of electric blower,the vibration problem was solved with a relevant solution and the smooth and stable running of machinery was ensured．

electric blower;gearbox;vibration;vibration test band;vibration sensor;permanent seat

10．3969/j．issn．1006-110X．2015．03．014

2015-01-12

2015-02-04

郭淑舫（1981—），女，工程師，主要從事電氣自動(dòng)化方面的技術(shù)工作。