稀土鋼板材廠連鑄二冷風(fēng)機(jī)振動處理

張鵬飛　邵曉斌

摘要：本文針對包鋼稀土鋼板材廠連鑄二冷風(fēng)機(jī)振動異常，通過頻譜分析技術(shù)及有關(guān)振動診斷理論得出對于剛度低的撓性支撐設(shè)備，具有多個共振影響區(qū)，通過控制每個影響區(qū)振速值分階段，分配重面解決風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子平衡問題。

關(guān)鍵詞：風(fēng)機(jī);多共振區(qū);撓性支撐;動平衡

1概述

連鑄二次冷卻指的是連鑄煉鋼過程中，在結(jié)晶器出口到拉矯機(jī)的長度區(qū)間內(nèi)對鑄坯進(jìn)行的強(qiáng)制均勻冷卻，這個區(qū)間稱二次冷卻區(qū)。稀土鋼板材廠煉鋼作業(yè)部二冷區(qū)域有8臺工藝離心風(fēng)機(jī)，因風(fēng)機(jī)導(dǎo)流介質(zhì)蒸汽中含有氧化鐵皮粉末，高溫狀態(tài)下氧化鐵皮粉末容易粘結(jié)在風(fēng)機(jī)葉道中，一旦停機(jī)后風(fēng)機(jī)因雜質(zhì)粘附的不均勻造成轉(zhuǎn)子嚴(yán)重不平衡，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)起車?yán)щy。

2風(fēng)機(jī)故障診斷

2.1風(fēng)機(jī)故障現(xiàn)象及診斷。板材廠連鑄二冷風(fēng)機(jī)自2016年投產(chǎn)運(yùn)行，因風(fēng)機(jī)為產(chǎn)線工藝重要風(fēng)機(jī)，因此納入A類設(shè)備，定期受控監(jiān)測，2016年下半年開始發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)振動逐漸上升。

風(fēng)機(jī)采用300kW，額定電壓10000V高壓電機(jī)驅(qū)動，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子為懸臂結(jié)構(gòu)，電機(jī)與風(fēng)機(jī)總成安裝在軟基礎(chǔ)之上，且風(fēng)機(jī)機(jī)體坐落在軟基礎(chǔ)之上。運(yùn)行幾年之后風(fēng)機(jī)葉輪結(jié)垢非常嚴(yán)重，現(xiàn)場風(fēng)機(jī)振動異常，風(fēng)機(jī)運(yùn)行在45Hz，897r/min時，狀態(tài)差的風(fēng)機(jī)振速值可達(dá)30mm/s，嚴(yán)重超標(biāo)，通過頻譜及相位分析轉(zhuǎn)子嚴(yán)重不平衡是引起風(fēng)機(jī)振動的主導(dǎo)因素，不得不在定修期間停機(jī)處理。因沒有備機(jī)，連鑄為稀土鋼板材廠關(guān)鍵產(chǎn)線，一般定修時間在12h左右，因現(xiàn)場空間狹小，吊裝非常困難，無法在12h內(nèi)更換風(fēng)機(jī)葉輪，只能現(xiàn)場通過人孔盤車清理轉(zhuǎn)子積垢，然后采用現(xiàn)場動平衡技術(shù)處理風(fēng)機(jī)葉輪平衡問題。

3風(fēng)機(jī)故障處理

風(fēng)機(jī)葉輪直徑2m，葉輪寬度700mm，寬徑比0.35>0.2，風(fēng)機(jī)葉輪除做靜平衡外還應(yīng)做動平衡。

2016年-2017年間因葉輪輕度磨損，清理頻次較高，積垢每次比較好清理，葉輪清理干凈后，每次現(xiàn)場動平衡僅是一次單面動平衡即可解決振動問題。

2018年因風(fēng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行3年，現(xiàn)場蒸汽較大，銹蝕導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度下降，葉輪積垢非常嚴(yán)重，每次葉輪清理耗時耗力，不能完全清理干凈，且清理不均勻，風(fēng)機(jī)葉輪嚴(yán)重不平衡。

3.1試重質(zhì)量的選擇。因二冷風(fēng)機(jī)電機(jī)、風(fēng)機(jī)本體、風(fēng)機(jī)機(jī)殼坐落在撓性基礎(chǔ)上，整個系統(tǒng)剛度極低，存在多個固有頻率，分別為基礎(chǔ)固有頻率、電機(jī)+基礎(chǔ)這個子系統(tǒng)的固有頻率，風(fēng)機(jī)+基礎(chǔ)這個子系統(tǒng)的固有頻率，機(jī)殼固有頻率等，風(fēng)機(jī)從0r/min-900r/min的過程中會在3.3HZ，10Hz，10Hz+3.3Hz，風(fēng)機(jī)振速值超過10mm/s，在這些頻率附近出現(xiàn)共振導(dǎo)致采集數(shù)據(jù)紊亂。

對于這樣結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子，共振區(qū)較多，每次配重過程試重質(zhì)量必須控制在一定范圍內(nèi)，500r/min試重質(zhì)量300g左右，700r/min試重質(zhì)量120g～180g左右，900r/min試重質(zhì)量80g～120g，因為這樣的試重量能引起振動值或相位20%儀式上的變化，且不會影響風(fēng)機(jī)起車過程共振造成數(shù)據(jù)紊亂。

3.2平衡面的選擇。因風(fēng)機(jī)起車過程需要做多次動平衡，單獨選在一個平衡面，會造成本次結(jié)果對上次干擾，因此試重后及時分析，發(fā)現(xiàn)存在干擾時更換配重平面。

3.3動平衡過程。風(fēng)機(jī)在低速盤車過程明顯質(zhì)量分布不均勻，風(fēng)機(jī)因基礎(chǔ)剛性低，有些嚴(yán)重不平衡的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子在200r/min時整個機(jī)體嚴(yán)重抖動，無法起車。標(biāo)記好葉片編號之后，多次盤車，隨機(jī)停靠最下面次數(shù)最多的葉片位置為偏重位置，通過多次盤車質(zhì)量配置，每一個葉輪可隨機(jī)停止時，風(fēng)機(jī)起車。運(yùn)行至500r/min時，在此基礎(chǔ)上做一次單面動平衡，必須保證此時風(fēng)機(jī)振動<0.5mm/s，500r/min時風(fēng)機(jī)振動超過1mm/s，風(fēng)機(jī)起至600r/min時振動急速升高，會導(dǎo)致再次振動異常數(shù)據(jù)紊亂，過完600r/min振動值開始回落，升至700r/min再做一次動平衡，保證此時振動值<5mm/s，風(fēng)機(jī)可運(yùn)行在800r/min時振動不會超過 10mm/s，再次升速在900r/min，在這個轉(zhuǎn)速下再做動平衡保證設(shè)備良好運(yùn)行。

3.4影響系數(shù)的計算。風(fēng)機(jī)現(xiàn)場動平衡采用的原理為影響系數(shù)法，所謂影響系數(shù)就是單位配重質(zhì)量對系統(tǒng)的影響量。其中主要因素為滯后角的計算，滯后角是轉(zhuǎn)子產(chǎn)生最大相應(yīng)后通過軸承座傳遞到傳感器中，傳感器捕捉到信號與轉(zhuǎn)子產(chǎn)生相應(yīng)之間的相位差，同類型設(shè)備相位差在旋轉(zhuǎn)方向一致，相位傳感器與振動傳感器之間位置固定的情況下，滯后角度基本不變，因此考慮二冷風(fēng)機(jī)多次做動平衡，積累了相關(guān)數(shù)據(jù)，減少了起車次數(shù)。

對于動平衡偏差較大的轉(zhuǎn)子至少需要做3次雙面動平衡，也考慮高壓電機(jī)汽車次數(shù)問題我們分別記錄了同類型轉(zhuǎn)子在固定轉(zhuǎn)速下的影響系數(shù)，在500r/min，700r/min，900r/min這幾個轉(zhuǎn)速下做單面平衡，若單面平衡沒效果，再考慮更換平衡面。

經(jīng)過多次的嘗試，每次都能通過動平衡解決風(fēng)機(jī)振動問題。

4在線動平衡技術(shù)一次加重法的研究

風(fēng)機(jī)一次加重，解決動平衡問題的關(guān)鍵是得試重質(zhì)量對風(fēng)機(jī)的影響，即求出風(fēng)機(jī)的影響系數(shù)。下面以本臺風(fēng)機(jī)的平衡過程計算出本臺風(fēng)機(jī)或與之類似風(fēng)機(jī)的影響系數(shù)。

設(shè)：原始振動為a=19，相位166°

試重后的振動為b=21，相位154°，試重后的振動為原始不平衡與試重質(zhì)量不平衡的合力。

c為試重在系統(tǒng)的影響產(chǎn)生的矢量，a與b間的夾角為c=166-154=12°，根據(jù)余弦定理c2=a2+b2-2abcosc求出c，c即試重質(zhì)量112g在平衡系統(tǒng)中產(chǎn)生的影響為4.6，可求出19的量值需要442g質(zhì)量去平衡原始振動產(chǎn)生的影響，因此加重質(zhì)量已確定。

再次應(yīng)用余弦定理可求出θ角，θ角與試重角192之間的差值為滯后角，即實際加重角滯后系統(tǒng)不平衡的相位。

計算出滯后角之后，配重位置即原始相位的180度位置，再減去滯后角。

對于同類設(shè)備可積累大量的設(shè)備影響系數(shù)，得出設(shè)備影響系數(shù)后，下次同類設(shè)備現(xiàn)場動平衡過程可直接應(yīng)用影響系數(shù)得出加重位置即質(zhì)量，可實現(xiàn)一次加重解決旋轉(zhuǎn)設(shè)備現(xiàn)場平衡問題。

5結(jié)束語

二冷風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)為撓性基礎(chǔ)，基礎(chǔ)固有頻率非常低，極易與其他部件組合形成新的固有頻率。風(fēng)機(jī)在動平衡過程中必須在固有頻率較遠(yuǎn)的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)做動平衡，且每次必須通過配重，將振動值控制在一定范圍內(nèi)，才能保證起車過程通過下一個共振區(qū)。

本文通過總結(jié)包鋼稀土鋼連鑄二冷風(fēng)機(jī)振動故障處理工藝，為分析此類故障診斷檢修提供了依據(jù)，有助于同類設(shè)備故障消缺。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊國安.《旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷實用技術(shù)》. 北京： 中國石化出版社， 2012.

[2]黃志堅.《機(jī)械設(shè)備振動故障檢測與診斷》.北京：化工出版社.2010.

（作者單位：內(nèi)蒙古包鋼（集團(tuán)）電氣有限公司）