φ3000×30000輕灰蒸汽煅燒爐爐尾振動的修理

閆 濤

（南化集團連云港堿廠，江蘇 連云港 222042）

由于生產的需要，我廠在1996年新增φ3000×30000輕灰煅燒爐，前期因汽軸泄漏以及加熱管不凝汽管拆除等原因，在2006年3月更換新的汽軸。2008年發生過爐尾振動的現象，當年對后滾圈進行車削處理，略緩解了這一振動，但后期振動逐漸加大。2012年5月出現了爐尾南側托輪軸承損壞，更換了損壞托輪。10月爐尾振動再次加劇，此次更換了重新鑲套的φ1300托輪一對，振動得到一定的緩解。但到了2013年3月爐尾出料箱振動加大，進汽、出水波紋管膨脹節處連續損壞，安全生產得不到保障。2013年4月對該問題進行徹底檢修。

1 修理前準備及檢修方案的制定

1.1 振動源的查找

0＃輕灰煅燒爐停止運行，拆除爐頭爐尾滾圈護罩，發現爐尾滾圈外表面成明顯的波浪形，通過測量每一個波浪寬度約為80mm，波峰與波谷之間平均差約2.5mm，最大差約3.4mm，整個爐尾滾圈約有近180個波浪。爐尾滾圈實際已變成由許多個小矩形組成的多邊形。而爐尾一對托輪的外表面，也發生了與滾圈相對應的變形。爐尾滾圈、托輪外表面的變形使摩擦接觸面由線接觸變為點接觸是產生振動的主要原因。由于振動，滾圈和托輪表面出現了大量的凹痕，加劇了爐體的振動。

那么距離爐尾滾圈6m的出料箱，8m的旋轉接頭，以及進氣出水波紋管的振動與損壞是否還有別的因素存在呢？帶著這個疑問在旋轉接頭最東側打表測量徑向跳動，測量范圍10mm的百分表脫表，用直尺大約測出徑向最大偏差約20mm。排除旋轉接頭自變形的因素，初步分析進氣軸有變形的可能。拆除旋轉接頭在汽軸最前端處打表測出徑向跳動最大偏差16mm。為了進一步找出汽軸變形部位，拆除出料箱，在出料螺旋葉片與汽軸連接處打徑向跳動最大偏差為11mm。（見圖1）

圖1 汽軸中部徑向跳動數據

1.2 產生振動現象分析

我廠有成功車削滾圈的經驗，仔細分析上次車削時的方案，得出車削滾圈時已經不是按爐體的中心線找正車削，而是按照一對托輪的旋轉中心線走刀車削的。這就決定了車削后的滾圈，只是和車削時的那一對托輪的摩擦接觸面是相吻合的，而不是一個正圓。所以當其中某一個托輪的軸承損壞，更換新的托輪后，旋轉中心線發生了變化，托輪與滾圈的摩擦接觸面也發生了變化。這樣的變化打破了原來的平衡，爐體的旋轉不再平穩從而加劇滾圈外表面與托輪外表面的磨損，這一現象不斷地繼續下去，導致滾圈形成了多邊形。滾圈、托輪的不平衡產生的振動直接影響到汽軸使之彎曲變形，在通過旋轉接頭的傳遞使爐尾支架、出料箱、進汽出水波紋管等設備連續損壞，最終無法正常運行。

1.3 修理方案的制定

由于爐尾滾圈、托輪是產生此次故障的主要原因，所以決定第一步：更換一對新的托輪，找出托輪相對于基礎的基準點并使之對中。第二步：拆除原液力偶合器，改為彈性柱銷聯軸器。加裝變頻器將爐轉調整為15～20Hz。第三步：按照2008年車削的方案再次對爐尾滾圈車削。查閱資料滾圈淬火深度為50mm，所以再次車削不影響滾圈的表面硬度。第四步：車削達到要求后，在爐體的軸向上取五處再次打表測量徑向跳動，以排除引起進汽軸變形的其它原因。前四步完成后根據情況確定進汽軸的的修復方案。

2 滾圈的修理過程

2.1 爐尾托輪更換找正

將一對新鑲套的φ1300托輪安裝在爐尾基礎內。托輪軸的中心線投影與基礎的中心線找正使之對中。兩托輪采用拉線法使托輪外表面處于同一直線內，以保證直線度。找正好的托輪用地腳螺栓緊固，并用頂絲頂牢靠。

2.2 用變頻器調整爐轉

為了得到可以車削的旋轉速度，需將爐轉調整，我廠煅燒爐原采用工頻運行，不能滿足車削的需要，后增加變頻器，將工頻運行式50Hz爐轉降低到15～20Hz，因為液力偶合器在15～20Hz時無法啟動，所以改為彈性柱銷聯軸器。更換聯軸器找正對中。同時電器部門安裝調試變頻器使之達到要求的赫茲數。

2.3 車削滾圈

此次依然采用靠模法進行滾圈的車削，考慮到前期該滾圈被車削過，為保證滾圈的完好性，計算車削厚度5mm左右。

這次共車削七刀，每一刀耗時6～8h，從第三刀起用壓鉛絲法檢測車削的效果，并調整下一刀的方案。最終七刀車削了4.2mm達到了滾圈與托輪的摩擦接觸面＞85%的要求。

滾圈左側車削第一刀后明顯出現黑白相間的條紋，黑色部分是沒有車削到的，白色部分是剛剛被車削的，可以看出滾圈表面已經成一個多邊形，而不是一個整圓形。

2.4 軸向取五處測量徑向跳動

以爐尾進氣軸端面為基準，將汽軸端面均分為8份。將此8點的軸向投影分別放射到爐尾大法蘭、爐尾滾圈、爐頭滾圈、爐頭大法蘭。找好打表的基點后，依次測量得到表1的數據。

表1 軸向取五處徑向跳動測量 單位：mm

由表1可見消除了爐尾滾圈變形的因素后，爐尾大法蘭、爐尾滾圈、爐頭滾圈、爐頭大法蘭的徑向跳動數據均在可控范圍之內。其余問題不是致使爐尾振動的原因，所以如何解決汽軸彎曲是本次檢修的重中之重。

3 汽軸的修理

汽軸是煅燒爐的關鍵部件，是蒸汽進入、冷凝水排出的通道。中壓蒸汽由汽軸φ219×10中心管進入，分三路由φ168×16管進入汽室，然后分配到帶有螺旋葉片的加熱管中。換熱后的中壓凝水由汽室的三根排水管進入汽軸φ426×28外筒體，最后順著出水波紋管排至儲水槽。汽軸的內外筒體是由三根呈螺旋狀的支撐板連接在一起的。

3.1 用火焰法矯正汽軸

汽軸與汽室之間存在著進汽、出水管，補強圈，出料螺旋翅片，集中密布致使其焊縫非常密集。原計劃割斷所有進汽、出水管，刨開與汽室連接的所有焊縫，進行重新焊接找正。但這樣母材經過反復加熱焊接可焊性會大幅下降，極有可能會對未來的生產埋下隱患。更換汽軸所需備件制作周期長，成本高。此兩方案都不符合我廠目前的生產經營形式。

而采用氧氣、乙炔焰矯正法不需要大型設備，操作方便，速度快、質量高。而材質為低碳鋼的汽軸也具備了加熱矯正的可能性。

3.2 火焰法矯正施工過程

3.2.1 確定火焰矯正的位置

通過對汽室、汽軸、進汽管、出水管、出料螺旋翅片、出料筒體、支撐管的檢查，將火焰加熱點確定在出料螺旋翅片東側距汽軸前端面2 300～1 900mm處。將汽軸端面的第4點盤車至正下方，這時第8點處于正上方。第8點對應在汽軸的軸線上均布5個φ50的加熱點，順時針方向間距50mm平行布置4個φ50的加熱點，再間距50mm平行布置3個φ50的加熱點。逆時針方向也同樣均布這樣的7個加熱點。這時距汽軸前端面2 300～1 900mm，65°左右的范圍內成矩陣式排列了19個φ50的加熱點。在汽軸前端面800mm處架設32噸千斤頂，兩把300 mm焊炬準備，汽軸前端支撐百分表。（見圖2）

圖2 汽軸結構示意圖

3.2.2 第一次加熱矯正

首先割開出料筒體與汽軸間所焊接的支撐鋼管。兩把氧氣乙炔火焰焊炬分別對19個點進行烘烤，同時下方的千斤頂頂牢，略微頂起。隨著烘烤的時間進行微頂32噸千斤頂。每一個點烘烤顏色至薄褐色或赤褐色時烘烤下一個點。這是用測溫儀測量溫度約為500～600℃。1h后停止烘烤，利用空氣自然冷卻。待完全冷卻后撤掉千斤頂。打表測得數據如圖3。

圖3 汽軸頭部首次矯正徑跳數據

3.2.3 第二次加熱矯正

重復第一次加熱過程，并且加熱時間延長至1.5h，注意控制溫度保持在500～600℃之間。取2桶冷清水，撤掉火焰用冷清水潑在汽軸被加熱段。通過支撐在前端的百分表可以看到，加熱部分遇冷水后產生明顯的收縮變形。不斷地潑水直至汽軸冷卻，再利用空氣自然完全冷卻后打表測得數據如圖4。

圖4 矯正后的軸向及徑向跳動數據

為了防止生產通入中壓蒸汽時汽軸恢復原有變形，在第8點和第1點之間與出料筒體焊接120＃工字鋼，起拉筋作用如圖5。

圖5 拉筋位置

圖6 火焰矯正作用點分布圖

4 煅燒爐驅動裝置的改進

我廠0＃輕灰煅燒爐是大化集團大連化工機械廠在國內制作的第一臺輕灰爐，驅動裝置采用160kW的Y355M－6電機，減速機為ZLSH115－25－I，減速機速比I＝24.75，電機和減速機之間采用液力偶合器TVA650聯接，工頻運行，工作時爐轉過快，不但造成爐體振動較大，而且對調爐也有一定的影響，同時能耗過高。另外液力偶合器在日常維修中拆裝困難，雖然啟動時能夠起到保護作用，但是日常維護較多，比起變頻器，屬于落后產品。在此次修理中，增加了變頻器，取消液力偶合器，采用彈性柱銷聯軸器，電機前移，電機平臺同步延伸。在車削時，將50Hz爐轉降低到15～20Hz。車削后，將爐轉調整至40～45Hz之間運行，爐轉降低，爐體振動減小，產量負荷沒有任何影響，電耗下降，平均每小時可節約電耗30～40kW。

5 裝置恢復及試車

在完成了輕灰爐汽軸的修理后，將出料箱、旋轉接頭依次恢復后，考慮到該臺輕灰爐的旋轉接頭較φ3600輕灰爐延伸過長，呈懸臂狀，而且旋轉接頭殼體支撐單薄，僅靠兩個水平槽鋼支撐在彈簧上，長時間運行很容易帶動汽軸的變形，這點也是汽軸變形的一個原因。所以在此次檢修中，除了在容易變形處增設了120＃工字鋼防止變形外，還在旋轉殼體中部立筋處增加了一個高強度彈簧拉鉤，緊緊將旋轉接頭吊起，避免旋轉接頭下沉帶動汽軸變形。另外旋轉接頭與汽軸之間采用紫銅花墊起到密封作用，拆開后原銅墊完好，可以利舊，但安裝時需將紫銅重新加熱后，消除原有的性能，使銅墊重新變軟，安裝后效果更好，同時要做好通蒸汽后聯接螺栓的熱緊。

試車分為空試和帶料試車兩個步驟，先用40～45Hz開車試轉，效果十分明顯，困擾已久的爐尾振動徹底消失，運行十分平穩。在通汽暖爐后，帶料作業，通汽后旋轉接頭略變形，徑向偏差增加了1 mm，總體效果較好。正式作業后，爐尾旋轉接頭、出料箱、進汽出水波紋管以及爐尾平臺振動幾乎消失，連續工作2周后停爐檢查，一切正常。

此次煅燒爐爐尾振動的修理中，通過總結發現了滾圈的車削與托輪之間的配合關系，同時更是大膽嘗試了汽軸的火焰矯正，這種嘗試在國內的煅燒爐修理中屬于首例。這次嘗試不僅解決了制約生產的瓶頸問題，而且節省了大量的檢維修與備件的費用，同時為今后類似的設備修理問題奠定了基礎。

［1］ 潘鴻恩，孫錫吾.純堿生產設備檢修與防腐［J］.沈陽：遼寧科學技術出版社，1991

［2］ 《設備維護檢修規程》編委會.中華人民共和國化學工業部設備維護檢修規程［J］.北京：化學工業出版社，1993

［3］ 付榮柏.焊接變形的控制與矯正［J］.北京：機械工業出版社，2006