供稿|李增生，康永飛，常艷軍，原兵燕 / LI Zeng-sheng, KANG Yong-fei, CHANG Yan-jun, YUAN Bing-yan

內(nèi)容導(dǎo)讀

安陽鋼鐵股份有限公司煉鐵廠4747 m3高爐熱風(fēng)爐2#助燃風(fēng)機(jī)工作中出現(xiàn)振動(dòng)值突發(fā)升高從而導(dǎo)致故障停機(jī)現(xiàn)象。根據(jù)助燃風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)原理及旋轉(zhuǎn)設(shè)備振動(dòng)原理分析，經(jīng)過逐步排查，最終通過拆解發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)套開裂。更換助燃風(fēng)機(jī)軸承并更換電機(jī)后，經(jīng)助燃風(fēng)機(jī)負(fù)荷試車檢測(cè)，定位端軸承箱機(jī)械振動(dòng)值由檢修前最高的9.2 mm/s降至1.2 mm/s，其他方位振動(dòng)值均降低至1.0 mm/s以下，設(shè)備運(yùn)行參數(shù)為優(yōu)等狀態(tài)，運(yùn)行10個(gè)月至今未有異常發(fā)生。

安陽鋼鐵股份有限公司煉鐵廠4747 m3高爐熱風(fēng)爐2#助燃風(fēng)機(jī)自2016年以來開始出現(xiàn)膜片聯(lián)軸器周期性損壞。2017年1月12日，風(fēng)機(jī)定位端軸承箱水平機(jī)械振動(dòng)值5.3 mm/s，軸向振動(dòng)值4.1 mm/s ，最高垂直振動(dòng)值高達(dá)8 mm/s，經(jīng)過對(duì)電機(jī)同軸度找正后振動(dòng)值下降為3.6 mm/s。經(jīng)過20多天的運(yùn)行，定位端軸承箱出現(xiàn)周期性異響，周期約為0.8 s，軸承箱振動(dòng)值逐步上升到9.2 mm/s而被迫停機(jī)，嚴(yán)重影響高爐生產(chǎn)。

高爐熱風(fēng)爐工作原理

安鋼4747 m3高爐熱風(fēng)爐由4座頂燃式熱風(fēng)爐組成，采用兩燒兩送交叉并聯(lián)送風(fēng)、循環(huán)周期的工作模式，一個(gè)循環(huán)周期可分為燃燒階段和送風(fēng)階段。熱風(fēng)爐的主要作用是把鼓風(fēng)加熱到高爐要求的溫度，是一種按“蓄熱”原理工作的熱交換器。熱風(fēng)爐工作原理類似于每個(gè)家庭使用的煤氣灶。首先，由助燃風(fēng)機(jī)提供的低壓空氣和煤氣管網(wǎng)提供的煤氣在熱風(fēng)爐燃燒室混合燃燒，加熱格子磚達(dá)到設(shè)定溫度后，完成燒爐過程。其次，由大型鼓風(fēng)機(jī)提供高壓中溫空氣，經(jīng)過熱風(fēng)爐蓄熱室(格子磚)進(jìn)行熱交換后，溫度上升至規(guī)定溫度對(duì)外輸出熱風(fēng)至高爐。高爐生產(chǎn)期間，一旦助燃風(fēng)機(jī)發(fā)生故障，輕則影響熱風(fēng)爐燒爐，重則導(dǎo)致高爐休風(fēng)停產(chǎn)[1-2]。

助燃風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)原理

安鋼4747 m3高爐熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機(jī)為離心式鼓風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)在工作中，氣流由風(fēng)機(jī)徑向進(jìn)入葉片空間，然后在葉輪的驅(qū)動(dòng)下一方面隨葉輪旋轉(zhuǎn)，另一方面在慣性的作用下提高能量，沿半徑方向離開葉輪，靠產(chǎn)生的離心力進(jìn)行做功。根據(jù)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為勢(shì)能的原理，利用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪將氣體加速，然后減速、改變流向，使動(dòng)能轉(zhuǎn)換成勢(shì)能(壓力)。助燃風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)見圖1，主要部件由電動(dòng)機(jī)、雙膜片聯(lián)軸器、定位端軸承箱、葉輪轉(zhuǎn)子組、自由端軸承箱五部分組成，助燃風(fēng)機(jī)葉輪轉(zhuǎn)子支撐形式為雙支撐式。

圖1 助燃風(fēng)機(jī)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖

振動(dòng)異常故障分析

根據(jù)助燃風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)原理及旋轉(zhuǎn)體振動(dòng)原理分析，認(rèn)為造成助燃風(fēng)機(jī)軸承箱振動(dòng)值偏高的主要原因可能為：

1) 風(fēng)機(jī)混凝土基礎(chǔ)、風(fēng)機(jī)底座及其之間的連接作為風(fēng)機(jī)的支撐體系，在風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)均占有舉足輕重的地位。但是，在風(fēng)機(jī)的實(shí)際應(yīng)用中，大部分用戶往往只重視日常維護(hù)對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行的影響，卻忽略了由于風(fēng)機(jī)底座與混凝土基礎(chǔ)之間的連接處理不當(dāng)而產(chǎn)生的不穩(wěn)定性和不安全性，從而引起風(fēng)機(jī)使用過程出現(xiàn)故障。地腳螺栓的安裝是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)是緊固到混凝土基礎(chǔ)上的風(fēng)機(jī)底座具有較強(qiáng)穩(wěn)定性的保障。地腳螺栓的安裝要求：(1)螺母/墊片與設(shè)備底座間均應(yīng)緊密接觸。(2)在預(yù)留孔中的混凝土強(qiáng)度達(dá)到75%以后，方可擰緊地腳螺栓。(3)地腳螺栓任一部分距離孔壁應(yīng)＞15 mm。(4)擰緊螺母后，地腳螺栓露出螺母的長(zhǎng)度宜為螺栓直徑的1/3～2/3或1.5～3個(gè)螺距。 (5)地腳螺栓在預(yù)留孔中應(yīng)垂直，并位于機(jī)器底座螺栓孔的中心位置。(6)清除地腳螺栓上的油污和氧化鐵皮，螺紋部分涂抹少量油脂。

2) 電機(jī)、風(fēng)機(jī)地腳螺栓松動(dòng)。如果電機(jī)、風(fēng)機(jī)地腳螺栓發(fā)生松動(dòng)將直接造成風(fēng)機(jī)軸承箱及電機(jī)定位出現(xiàn)故障，機(jī)體與基座出現(xiàn)間隙，回轉(zhuǎn)體定位約束力下降造成機(jī)械振動(dòng)。

3) 膜片聯(lián)軸器自身損壞以及安裝精度也是風(fēng)機(jī)振動(dòng)的影響因素。膜片聯(lián)軸器自身損壞包括雙膜片聯(lián)軸器處螺栓松動(dòng)或斷裂、聯(lián)軸器內(nèi)膜片有一片開裂或整個(gè)斷裂、聯(lián)軸器內(nèi)膜片發(fā)生嚴(yán)重扭曲、聯(lián)軸器和傳動(dòng)軸連接處焊縫產(chǎn)生微裂紋等。膜片聯(lián)軸器安裝精度要求：(1)對(duì)中要求在0.1 mm以內(nèi)；(2)軸間距安裝誤差要求在0.5 mm以內(nèi)；(3)螺栓的安裝方向要求一正一反安裝。

4) 風(fēng)機(jī)葉輪動(dòng)平衡偏差大。葉輪是助燃風(fēng)機(jī)做功的關(guān)鍵部件，如果葉輪自身動(dòng)平衡出現(xiàn)問題時(shí)，不平衡量在葉輪高速運(yùn)轉(zhuǎn)下產(chǎn)生較大離心力而造成機(jī)械振動(dòng)。

5) 電機(jī)/風(fēng)機(jī)安裝同軸度偏差大。如果電動(dòng)機(jī)與風(fēng)機(jī)安裝同軸度徑向偏心量偏差較大，會(huì)發(fā)生風(fēng)機(jī)水平、垂直方向機(jī)械振動(dòng)增大；電動(dòng)機(jī)與風(fēng)機(jī)安裝同軸度軸向偏差量(俗稱開口)較大時(shí)，容易造成風(fēng)機(jī)軸向振動(dòng)值增大進(jìn)而造成對(duì)軸承的損壞。

6) 風(fēng)機(jī)軸承損壞。如果風(fēng)機(jī)軸承因使用時(shí)間較長(zhǎng)及其他原因造成滾動(dòng)體與滾道磨損間隙超標(biāo)、內(nèi)外套撕裂、滾動(dòng)體磨損、變形等，均會(huì)造成軸承對(duì)回轉(zhuǎn)體定位約束能力下降，從而造成風(fēng)機(jī)機(jī)械振動(dòng)加劇。

振動(dòng)異常處理方案

綜上分析，為節(jié)約維修時(shí)間，提高維修工作效率，采取由易至難、循序漸進(jìn)的方式進(jìn)行處理。

1) 對(duì)助燃風(fēng)機(jī)地基以及鋼構(gòu)底座支撐系進(jìn)行檢查，并對(duì)預(yù)埋螺栓二次校驗(yàn)，檢查預(yù)埋螺栓與支撐體系連接的可靠度。未發(fā)現(xiàn)有影響的地基沉降，支撐體系沒有開焊現(xiàn)象，預(yù)埋螺栓也未發(fā)生松動(dòng)現(xiàn)象。

2) 檢查緊固電機(jī)、風(fēng)機(jī)地腳螺栓。通過對(duì)電機(jī)、風(fēng)機(jī)地腳螺栓逐個(gè)排查緊固，所有螺栓未出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象。

3) 對(duì)膜片聯(lián)軸器進(jìn)行拆分檢查。兩個(gè)半聯(lián)軸器本體與電機(jī)、風(fēng)機(jī)軸同軸度誤差未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)；膜片聯(lián)軸器膜片自身、錨固套未出現(xiàn)松動(dòng)、開裂、變形；鉸制孔螺栓也未發(fā)生松動(dòng)及斷裂現(xiàn)象。

4) 風(fēng)機(jī)葉輪在線動(dòng)平衡檢查。動(dòng)平衡技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)儀器檢測(cè)發(fā)現(xiàn)：不平衡量總是沿著圓周方向轉(zhuǎn)動(dòng)(正常情況下不平衡量應(yīng)固定在某相區(qū)間內(nèi)輕微波動(dòng))。經(jīng)分析可能是軸承內(nèi)套與軸發(fā)生松動(dòng)，建議拆解檢查并視情況更換軸承。

5) 拆解檢修，更換風(fēng)機(jī)兩端軸承。經(jīng)過拆卸發(fā)現(xiàn)定位端軸承內(nèi)套撕裂(如圖2)，定位端及自由端軸承滾動(dòng)體表面均出現(xiàn)嚴(yán)重點(diǎn)蝕(如圖3)，這是造成該助燃風(fēng)機(jī)故障的主要原因。

圖2 內(nèi)套撕裂的軸承

圖3 嚴(yán)重點(diǎn)蝕的滾動(dòng)體

6) 檢查電機(jī)/風(fēng)機(jī)同軸度問題。因電機(jī)在線運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，利用本次檢修機(jī)會(huì)更換電機(jī)，并使用百分表檢驗(yàn)電機(jī)同軸度誤差。(1)電機(jī)粗略就位后經(jīng)過初步找正發(fā)現(xiàn)電機(jī)聯(lián)軸器存在下開口，兩側(cè)聯(lián)軸器直徑方向上下數(shù)值差值為0.1 mm，調(diào)整量為0.05 mm；聯(lián)軸器工作面直徑為φ330 mm，電機(jī)地腳中心距軸向長(zhǎng)度為1400 mm。根據(jù)相似三角形對(duì)應(yīng)邊成比例原理，需在電機(jī)負(fù)荷端地腳增裝厚度為0.21 mm的墊片，取0.2 mm銅皮作為實(shí)際墊片。(2)經(jīng)過百分表進(jìn)一步測(cè)量發(fā)現(xiàn)電機(jī)回轉(zhuǎn)中心標(biāo)高低于風(fēng)機(jī)標(biāo)高0.4 mm，考慮到電機(jī)運(yùn)行中受磁懸浮力后會(huì)上升0.2 mm，實(shí)際電機(jī)需上移尺寸為0.2 mm。即將電機(jī)前后地腳統(tǒng)一加裝0.2 mm銅皮墊片。電機(jī)負(fù)荷端綜合調(diào)整墊片厚度為：0.2 mm+0.2 mm=0.4mm，電機(jī)非負(fù)荷端墊片厚度為0.2 mm。

更換助燃風(fēng)機(jī)軸承并更換電機(jī)后，經(jīng)助燃風(fēng)機(jī)負(fù)荷試車檢測(cè)，定位端軸承箱機(jī)械振動(dòng)值由檢修前最高的9.2 mm/s降至1.2 mm/s，其他方位振動(dòng)值均降低至1.0 mm/s以下，設(shè)備運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化為優(yōu)等狀態(tài)，至今已運(yùn)行10個(gè)月未有異常發(fā)生。

結(jié)束語

企業(yè)的生產(chǎn)離不開設(shè)備的支撐，注重設(shè)備三級(jí)點(diǎn)檢工作，合理利用現(xiàn)代化檢測(cè)手段，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行過程中出現(xiàn)的潛在及隱蔽點(diǎn)隱患并及時(shí)消除，為企業(yè)穩(wěn)定生產(chǎn)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1] 谷士強(qiáng)，周漢文，劉安中. 機(jī)械設(shè)備故障診斷實(shí)用技術(shù). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005

[2] 王平. 煉鐵設(shè)備.北京：冶金工業(yè)出版社，2006