趙海燕

【摘 要】涼水塔在運(yùn)行過程中振動逐步加大，且出現(xiàn)不同工況，不同振動現(xiàn)象，導(dǎo)致減速箱及聯(lián)軸節(jié)易損件更換頻繁，給生產(chǎn)帶較大影響，本人根據(jù)在實(shí)踐中對涼水塔風(fēng)機(jī)進(jìn)行維護(hù)和檢修，淺談解決故障的一些措施。

【關(guān)鍵詞】聯(lián)軸器、傳動軸、動力分析、臨界轉(zhuǎn)速、減速機(jī)、齒輪嚙合、風(fēng)葉。

中石化濟(jì)南煉化第一循環(huán)水場涼水塔風(fēng)機(jī)，現(xiàn)有四臺為保定螺旋槳制造廠的產(chǎn)品，其傳動機(jī)構(gòu)如下圖所示。

圖1：風(fēng)機(jī)傳動機(jī)構(gòu)示意圖

驅(qū)動電機(jī)功率160 KW，轉(zhuǎn)速為1490 rpm，輸出轉(zhuǎn)速為149 rpm，風(fēng)葉直徑為8.53 m，傳動軸采用φ159碳鋼無縫管制成，長3650 mm。

通過多次對風(fēng)機(jī)的檢修，傳動軸、減速機(jī)和風(fēng)葉是引起風(fēng)機(jī)振動的最主要的三個因素，現(xiàn)將振動原因及改進(jìn)措施介紹如下：

一、傳動軸引起振動原因分析

以1#風(fēng)機(jī)為例，2010年5月該風(fēng)機(jī)因振動太大（18mm/s），對其進(jìn)行檢修，開始將檢修重點(diǎn)放在了聯(lián)軸器不對中上，但反復(fù)用雙表找正法校核后均沒能使振動減少，后更換傳動軸，振動下降到3mm/s。

（一）為檢測振動原因，啟動風(fēng)機(jī)后，對輸入軸軸承測點(diǎn)水平方向和垂直方向利用離線診斷儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，分析后如圖所示：

從圖2和圖3分析可知，除存在輸入軸工頻外，還存在明顯的2倍，3倍的轉(zhuǎn)速頻率，而且峰值較高，占主要頻率，是影響風(fēng)機(jī)振動的主要原因。從圖形可見，并沒有出現(xiàn)由于齒輪嚙合不良引起的齒輪嚙合頻率，也未出現(xiàn)由于軸承內(nèi)外圈不良或滾珠原因出現(xiàn)的高頻故障頻率，因此，可以排除是由于減速箱內(nèi)齒輪嚙合不好和軸承損壞原因引起的振動。根據(jù)頻譜圖2倍頻及3倍頻出現(xiàn)較多現(xiàn)象，基本可以斷定是驅(qū)動機(jī)、減速機(jī)地腳螺栓或連接螺栓松動和聯(lián)軸器不對中引起。經(jīng)過檢查，驅(qū)動機(jī)、減速機(jī)地腳螺栓未有松動，葉片卡箍連接螺栓也未有松動。后利用進(jìn)口激光找正儀進(jìn)行校核，并且對長連軸做彎曲度檢查，發(fā)現(xiàn)最大彎曲度在中間部位且超標(biāo)0.25mm（標(biāo)準(zhǔn)為0.12mm）。

（二）下面來分析擾力來源

①如果傳動軸的質(zhì)心與幾何軸心之間存在一偏心距e，傳動軸在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下，不平衡量將產(chǎn)生周期性的干擾力和干擾力矩，而風(fēng)機(jī)傳動軸的工作轉(zhuǎn)速與臨界轉(zhuǎn)速相距不遠(yuǎn)，即作用在傳動軸上的干擾力和干擾力矩的頻率接近于傳動軸的固有頻率，因而易引起傳動軸的振動。

②若傳動軸存在彎曲，即實(shí)際軸心線與理論軸心線之間存在較大偏差時，也將引必傳動軸的振動。

③制造誤差：由于風(fēng)機(jī)傳動軸是由空心鋼管與聯(lián)接法蘭對焊在一起，輸入軸軸心線與聯(lián)接法蘭端面垂直度及法蘭中心線極易產(chǎn)生偏差，這類制造上有缺陷的傳動軸與電機(jī)和齒輪箱相聯(lián)后，就會產(chǎn)生小的靜力變形，最終導(dǎo)致機(jī)組的振動。

④對中誤差：在安裝過程中，如果對中不好，把緊聯(lián)軸器后，將會在傳動軸中引起很大的應(yīng)力，嚴(yán)懲影響機(jī)組的正常運(yùn)行，導(dǎo)致振動。

（三）解決措施

之所以造成傳動軸臨界轉(zhuǎn)速與工作轉(zhuǎn)速相近，與傳動軸的撓度過大有直接關(guān)系，由于循環(huán)水場濕度大，溫度高，易造成腐蝕，腐蝕是造成傳動軸剛性下降，撓度增大的根本原因，壁厚由原來的δ=5mm，降到δ=2.3 mm。因此，最根本的解決辦法是更換傳動軸。

二、減速箱內(nèi)軸承及齒輪原因造成振動

3#風(fēng)機(jī)在2011年8月12號出現(xiàn)件數(shù)及振動超標(biāo)，同樣采取頻譜儀分析，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)齒輪嚙合不良而出現(xiàn)的齒輪嚙合頻率，打開減速機(jī)，發(fā)現(xiàn)輸出軸軸承損壞，導(dǎo)致中間齒輪與輸出齒輪磨損嚴(yán)重。更換齒輪、軸承后，運(yùn)行良好。造成減速機(jī)振動增大，壽命減短的主要原因是齒輪的磨損，如何來提高齒輪運(yùn)行的穩(wěn)定性來處長齒輪的壽命，我們從裝配上做了進(jìn)一步改進(jìn)。

（一）軸承游隙的調(diào)整

減速機(jī)的軸承型式：①輸入軸：7316和7315；②中間軸：兩上7320；③輸出軸：7324和2007128

均為單列圓錐滾子軸承，該結(jié)構(gòu)軸承游隙的調(diào)整需考慮兩個因素：

①技術(shù)規(guī)程要求的軸承游隙，查得數(shù)據(jù)分別是：

輸入軸：0.05—0.1 mm；中間軸：0.08—0.15 mm；輸出軸：0.12—0.18 mm；

②考慮在實(shí)際工作溫度下，設(shè)備的變形量

現(xiàn)計(jì)算如下：軸的材質(zhì)為40Cr；膨脹系數(shù)為α=11.7×10-6/℃

殼體：材質(zhì)為鑄鐵；膨脹系數(shù)為α=/℃

Δt最大溫差 取60℃

輸入軸長ι=150 mm，輸出及中間軸為ι=300 mm

先計(jì)算出輸入軸：

C伸長量=α軸·ι軸·Δt-α殼ι殼·Δt=（α軸-α殼）·ι·Δt

=（11.7×10-6-10.0×10-6）×150×60≈0.01 mm

同樣計(jì)算輸出及中間軸：

C伸長量=α軸·ι軸·Δt-α殼ι殼·Δt=（α軸-α殼）·ι·Δt

=（11.7×10-6-10.0×10-6）×300×60≈0.03 mm

因輸出及中間軸結(jié)構(gòu)為軸越伸長，導(dǎo)致游隙越小，能過①②數(shù)據(jù)對比，中間軸取0.11—0.18 mm，輸出軸取0.15—0.21 mm

下面我們來進(jìn)行一下對比： 單位：mm

名 稱 計(jì)算結(jié)果 說明書要求

輸入軸 0.04—0.09 0.08—0.15

中間軸 0.11—0.18 0.20—0.30

輸出軸 0.15—0.21 0.30—0.40

由以上計(jì)算可得，說明書所給的間隙明顯偏大，在保證油膜形成的前提下，讓軸承游隙進(jìn)一步縮小，增強(qiáng)了轉(zhuǎn)子運(yùn)行穩(wěn)定性，并且在F-1001D、E、F等風(fēng)機(jī)的檢修中成功得以實(shí)踐，振速約下降了1 mm/s。

（二）確保齒輪嚙合間隙和接觸面積

嚙合間隙和接觸面積是影響齒輪傳動裝置工作質(zhì)量的最重要的兩個因素：

①保證適當(dāng)?shù)凝X側(cè)間隙：在齒輪裝配時，非工作齒面間應(yīng)留有一定的間隙，以便貯存潤滑油，補(bǔ)償齒輪和齒輪箱在工作時的熱變形和彈性而引起的尺寸變化，以及補(bǔ)償齒輪的加工誤差和安裝誤差等，否則齒輪在傳動中可能卡死或燒傷，應(yīng)當(dāng)保證：一級錐齒輪側(cè)隙0.25—0.32mm；二級余齒輪側(cè)隙：0.15—0.25mm；

②保證齒輪嚙合的接觸面積

接觸面積的大小和位置是說明齒輪制造和裝配質(zhì)量的一個重要指標(biāo)，若接觸面積大，位置正確，這說明齒輪的制造和裝配質(zhì)量高，在工作時，載荷分布會均勻，磨損也均勻，否則會加速齒輪的磨損，嚴(yán)懲的造成齒的斷裂，一般要求：接觸面積：按齒高方向>40%，按齒長方向>60%。需要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)的，作為一級錐齒輪，存在大、小端，在齒輪承受載荷運(yùn)行時，小端的變形量要大于大端，因此，在無負(fù)荷的情況下，用涂色法檢查接觸面積時，應(yīng)使接觸色跡偏向于輪齒的小端會更恰當(dāng)，運(yùn)行時，才能保證輪齒在全長上接觸。

（三）、葉片原因引起的振動。

（一）風(fēng)葉組的不平衡現(xiàn)象日漸突出。

由于腐蝕所造成的平衡塊的脫落或重量減輕；風(fēng)葉表面附著物增厚等因素都會破壞風(fēng)葉的平衡。

措施：定期進(jìn)行風(fēng)葉清理及平衡校驗(yàn)。

（二）葉片緊固螺栓的松動。

風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中，氣流由下而上流動，并作用于葉片，葉片在氣流的作用下會產(chǎn)生一定的擺動，所以它容易造成緊固螺栓的松動。螺栓一旦松動不僅會造成風(fēng)葉擺動進(jìn)一步增大，還會造成風(fēng)葉角度的改變，從而使上升氣流產(chǎn)生紊亂，如果角度變大，還會造成機(jī)組負(fù)荷的增大，最終導(dǎo)致機(jī)組的振動加劇。

措施：定期對風(fēng)葉的緊固螺栓及風(fēng)葉角度進(jìn)行檢查和調(diào)整，防止事態(tài)擴(kuò)大。

（三）注意保持風(fēng)葉與筒壁的間距。

風(fēng)機(jī)在工作過程中，在風(fēng)筒內(nèi)會形成一定的負(fù)壓，風(fēng)筒在內(nèi)外壓差的作用下，風(fēng)筒會向內(nèi)收縮，如果間距調(diào)整過小，易引起風(fēng)葉與風(fēng)筒的摩擦，甚至是碰撞，嚴(yán)懲影響機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性。

措施：一般要求間距控制在20—40 mm。

總結(jié)

（一）傳動軸應(yīng)定期對其腐蝕情況、動平衡、直線度進(jìn)行檢查，現(xiàn)場安裝時應(yīng)嚴(yán)格對中。

（二）減速機(jī)作為易損件，要嚴(yán)格按檢修規(guī)程進(jìn)行組裝，避免齒輪局部受力或沖擊。

（三）風(fēng)葉應(yīng)定期維護(hù)、調(diào)整，盡可能保持其原有平衡精度。

參考文獻(xiàn)：

《石油化工設(shè)備維護(hù)檢修規(guī)程》 中國石化出版社

《轉(zhuǎn)動設(shè)備維護(hù)檢修規(guī)程》 中石化濟(jì)南煉油廠

《涼水塔風(fēng)機(jī)檢修作業(yè)指導(dǎo)書》山東聯(lián)友石化工程有限公司