賈維龍，王順利

（馬鞍山馬鋼華陽設(shè)備診斷工程有限公司，安徽馬鞍山 243000）

0 引言

脫硫工藝系統(tǒng)中，煙氣進(jìn)入吸收塔中洗滌脫硫，經(jīng)脫硫后送回尾部煙道進(jìn)入煙囪排放。由于煙氣流經(jīng)原煙道、換熱器、吸收塔、凈煙道、擋板門等阻力設(shè)備，需要設(shè)置增壓風(fēng)機(jī)來補(bǔ)償流動(dòng)中的壓力損失。馬鋼煉鐵總廠南區(qū)一臺(tái)燒結(jié)風(fēng)機(jī)脫硫增壓風(fēng)機(jī)采用UA 系列靜葉可調(diào)軸流式通風(fēng)機(jī)。

UA 系列軸流通風(fēng)機(jī)由進(jìn)氣箱、可調(diào)前導(dǎo)葉裝配、小集流器、機(jī)殼裝配（葉輪外殼和后導(dǎo)葉組件）、轉(zhuǎn)動(dòng)組（傳扭中間軸、聯(lián)軸器、葉輪、主軸承裝配）、擴(kuò)壓器、冷風(fēng)管路和潤滑管路等組成。

UA 風(fēng)機(jī)工作時(shí)，氣流由風(fēng)道進(jìn)入風(fēng)機(jī)進(jìn)氣箱，經(jīng)過收斂和預(yù)旋后，葉輪對(duì)氣流作功，后導(dǎo)葉將氣流的螺旋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為軸向運(yùn)動(dòng)，并在擴(kuò)壓器內(nèi)將氣體的大部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化成系統(tǒng)所需的靜壓能，從而完成風(fēng)機(jī)的工作過程。

增壓風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)脫硫系統(tǒng)至關(guān)重要，馬鋼華陽設(shè)備診斷工程有限公司對(duì)該機(jī)組安裝遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)，監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。在2021 年1 月16 日，該機(jī)組振動(dòng)持續(xù)增大，技術(shù)人員利用遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)并結(jié)合離線精密診斷分析，分析判斷設(shè)備故障長軸存在開裂，對(duì)設(shè)備及時(shí)進(jìn)行檢修，避免事故發(fā)生。

1 設(shè)備主要參數(shù)及結(jié)構(gòu)

脫硫增壓風(fēng)機(jī)由電機(jī)、傳動(dòng)軸和風(fēng)機(jī)葉輪組成。其中，電機(jī)型號(hào)為YSBPKK900-6，軸承采用滑動(dòng)形式，電機(jī)額定功率6300 kW，轉(zhuǎn)速995 r/min，電壓10 000 V；風(fēng)機(jī)由成都電力機(jī)械廠生產(chǎn)，軸承型號(hào)為7260+NU260。

遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)共安裝4 個(gè)傳感器，分別設(shè)置在電機(jī)自由端水平（1H）、電機(jī)驅(qū)動(dòng)端水平（2H），電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸向（2A）、風(fēng)機(jī)水平（3H）（圖1）。

圖1 機(jī)組遠(yuǎn)程系統(tǒng)傳感器安裝

2 轉(zhuǎn)軸裂紋原理分析

根據(jù)裂紋在軸上的位置、裂紋深度及受力情況，轉(zhuǎn)軸出現(xiàn)裂紋后所表現(xiàn)出的振動(dòng)響應(yīng)是有所不同的。根據(jù)裂紋區(qū)域應(yīng)力狀態(tài)的不同，裂紋會(huì)表現(xiàn)出3 種狀態(tài)。

（1）閉裂紋。閉裂紋就是指轉(zhuǎn)軸在正常旋轉(zhuǎn)時(shí)，裂紋總是處于閉合狀態(tài)，此時(shí)轉(zhuǎn)軸裂紋應(yīng)是承受壓應(yīng)力。閉裂紋對(duì)轉(zhuǎn)軸振動(dòng)的影響不大，振動(dòng)頻譜和波形基本不變，較難通過振動(dòng)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)。

（2）開裂紋。開裂紋是指轉(zhuǎn)軸在正常旋轉(zhuǎn)時(shí)，裂紋總處于張開狀態(tài)，此時(shí)轉(zhuǎn)軸裂紋應(yīng)是承受拉應(yīng)力。受開裂影響，轉(zhuǎn)軸剛度不對(duì)稱，造成振動(dòng)帶有非線性性質(zhì)，帶有2×、3×、4×等工頻諧波能量，并且隨著裂紋的加深，振動(dòng)能量也會(huì)同步增大，同時(shí)工頻相位也會(huì)發(fā)生變化，特別是在通過一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)更加明顯，在調(diào)速時(shí)還可能會(huì)出現(xiàn)分頻共振現(xiàn)象。

（3）開閉裂紋。開閉裂紋是指轉(zhuǎn)軸在每旋轉(zhuǎn)一周中裂紋會(huì)出現(xiàn)張合閉合一次，此時(shí)轉(zhuǎn)軸裂紋應(yīng)承受了重力或其他徑向載荷。開閉裂紋對(duì)轉(zhuǎn)子振動(dòng)的影響復(fù)雜，綜合了開裂紋和閉裂紋的特征，振動(dòng)呈現(xiàn)非線性，振動(dòng)幅值會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)。

3 數(shù)據(jù)分析

2020 年12 月22 日，遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)對(duì)脫硫增壓風(fēng)機(jī)提示振動(dòng)報(bào)警，電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸向振動(dòng)有增大趨勢，（圖2），此時(shí)分析機(jī)組其他方向振動(dòng)變化不大（圖3、圖4）。繼續(xù)運(yùn)行至2021 年1 月16 日，電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸向振動(dòng)突然增大，電機(jī)水平和風(fēng)機(jī)振動(dòng)有略有增大，在1 月18 日后機(jī)組振動(dòng)迅速增大。1 月18 日對(duì)機(jī)組進(jìn)行離線精密診斷測試分析，主要表現(xiàn)在電機(jī)兩端軸向振動(dòng)較大，振動(dòng)主要能量為轉(zhuǎn)頻，其中風(fēng)機(jī)水平振動(dòng)存在轉(zhuǎn)頻及2 倍頻諧波能量（表1），判斷機(jī)組振動(dòng)應(yīng)是受機(jī)組軸系影響，建議復(fù)查機(jī)組對(duì)中。

圖2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸向（2A）速度趨勢

圖3 電機(jī)自由端水平（1H）速度趨勢

圖4 風(fēng)機(jī)水平（3H）振動(dòng)速度趨勢

表1 機(jī)組振動(dòng)速度有效值（2～1000 Hz） mm/s

結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)需求繼續(xù)運(yùn)行，遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)機(jī)組振動(dòng)繼續(xù)增大。19 日再次對(duì)機(jī)組進(jìn)行離線測試，機(jī)組振動(dòng)明顯增大（表1），說明缺陷在持續(xù)劣化，同時(shí)振動(dòng)能量中出現(xiàn)了2 倍頻諧波（圖5～圖7）。

圖5 電機(jī)自由端水平（1H）速度多頻譜圖

圖6 電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸向（2A）速度多頻譜圖

圖7 風(fēng)機(jī)水平方向（3H）速度多頻譜圖

經(jīng)現(xiàn)場協(xié)商，對(duì)機(jī)組進(jìn)行降速測試，電機(jī)轉(zhuǎn)頻由15.313 Hz降至14.063 Hz，電機(jī)徑向振動(dòng)略有減小，其中驅(qū)動(dòng)端垂直振動(dòng)由5.8 mm/s 減小至4.3 mm/s，但電機(jī)軸向振動(dòng)增大明顯，由5.6 mm/s增至9.5 mm/s（圖8）。徑向振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速降低而減小符合振動(dòng)特性，但軸向振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速降低而增大，明顯不符合振動(dòng)特性。結(jié)合前期測試以及機(jī)組振動(dòng)持續(xù)增大的現(xiàn)狀，判斷軸系或葉輪存在開裂等缺陷，建議停機(jī)檢查?，F(xiàn)場安排停機(jī)，復(fù)查機(jī)組對(duì)中良好，葉輪內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)明顯異常，由于長軸在風(fēng)機(jī)內(nèi)部且有保護(hù)罩無法檢查。因生產(chǎn)需求，現(xiàn)場決定繼續(xù)開機(jī)運(yùn)行。

圖8 電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸向振動(dòng)多頻譜圖

根據(jù)遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)，機(jī)組運(yùn)行過程中振動(dòng)明顯加快。對(duì)20 日0：00—10：00 的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，機(jī)組振動(dòng)較大，其中電機(jī)兩端水平方向和軸向振動(dòng)更明顯，且振動(dòng)能量中諧波有增加（圖5～圖7）；電機(jī)自由端水平振動(dòng)從8.86 mm/s 增大至20.35 mm/s，主要是轉(zhuǎn)頻能量明顯增大（圖9、表1）。這說明機(jī)組缺陷存在且持續(xù)劣化，目前已不能安全運(yùn)行，聯(lián)系現(xiàn)場進(jìn)行停機(jī)檢修處理。

圖9 電機(jī)自由端水平（1H）振動(dòng)方向多頻譜圖

綜合整體數(shù)據(jù)分析判斷，比較符合軸開裂缺陷的表現(xiàn)形式，長軸開裂的過程應(yīng)是由前期閉裂紋發(fā)展到后期開裂紋，在前期振動(dòng)變化不明顯，振動(dòng)頻譜中也沒有明顯特征，發(fā)展到開裂紋后振動(dòng)明顯、逐步增大。特征優(yōu)先表現(xiàn)在軸向，隨后發(fā)展迅速，長軸強(qiáng)度降低，受扭矩影響，裂紋深度和振動(dòng)迅速增大。

4 檢修驗(yàn)證

根據(jù)診斷建議停機(jī)檢修，對(duì)增壓風(fēng)機(jī)解體檢查，發(fā)現(xiàn)機(jī)組長軸存在開裂，驗(yàn)證了上述判斷（圖10）。

圖10 聯(lián)軸器長軸開裂