長鋼燒結(jié)脫硫脫硝增壓風機振動分析及解決方案

薛彥軍， 焦忠平， 郗旭林， 曹 欽， 王 鵬， 許 瑞， 薛旭利

（首鋼長治鋼鐵有限公司， 山西 長治 046031）

首鋼長治鋼鐵有限公司（以下簡稱長鋼）煉鐵廠有2 臺200 m2燒結(jié)機，根據(jù)環(huán)保要求，淘汰原有脫硫系統(tǒng)，新增加兩套脫硫脫硝系統(tǒng)，其中4號燒結(jié)機脫硫脫硝增壓風機投運后出現(xiàn)振動超標，造成燒結(jié)機停產(chǎn)。該風機型號為AB-S1-R21.7/30.0 靜葉可調(diào)軸流風機，全壓7800 Pa，流量13.07 萬m3/h，轉(zhuǎn)速990 r/min，功率5000 kW，煙氣進口溫度85 ℃。

1 故障信息

2020年1月23日4號燒結(jié)機增壓風機振動達系統(tǒng)報警值4.6 mm/s，將頻率由正常生產(chǎn)的38 Hz調(diào)至33 Hz 減產(chǎn)運行，并伴隨有固定周期間斷“嗒嗒嗒”的異響，風機結(jié)構簡圖見圖1。

圖1 AB-S1 系列靜葉可調(diào)軸流風機縱剖面圖

2 故障分析及問題處理

使用德國申克SmartBalancer2 現(xiàn)場動平衡儀對該風機進行頻譜分析如圖2 所示，主要以3 倍頻和9 倍頻為主，根據(jù)頻譜分析原理主要原因為松動造成振動。1 倍頻為動平衡失衡造成振動；2 倍頻為對中造成振動；3、4、5 倍頻以上為松動造成振動；出現(xiàn)半倍頻，如0.5、1.5、2.5 等半倍頻時為軸承損壞造成振動，該方法可輔助現(xiàn)場設備振動故障分析。

圖2 頻譜分析圖

2.1 電機和風機聯(lián)軸器不對中

聯(lián)軸器對中設計要求為電機側(cè)聯(lián)軸器為上開口，葉輪側(cè)為下開口，實測如圖3 所示。

圖3 聯(lián)軸器對中測量

現(xiàn)場實測分別為0.02 mm、0 滿足要求，電機和風機不對中造成的振動一般為2 倍頻較高。

2.2 動平衡失衡

動平衡失衡造成的振動一般為1 倍頻高，而且隨著轉(zhuǎn)速增加振動值加大，水平振動大于垂直振動。使用申克smartbalance2 現(xiàn)場動平衡儀進行動平衡試驗，在200 r/min，工況下相位302°的振動峰值為0.003 mm/s，動平衡滿足使用條件。

2.3 前后風量不匹配

風機的性能可以通過調(diào)節(jié)前導葉以滿足現(xiàn)場要求；在該范圍以外運行，尤其是如果持續(xù)運行時間較長，則會造成損壞：假如進口流量太小，會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)失速并導致隨后停機，在旋轉(zhuǎn)失速下運行將會增加某些部件的負荷，特別是葉片。這個禁止運行的區(qū)域見圖4，設備的許用連續(xù)運行范圍請參見所附的性能曲線,進口前導葉限定在+30°處。

圖4 進口前導葉的最大位置

脫硫床層壓差是通過調(diào)節(jié)燒結(jié)主抽風機的頻率及風門開口度和脫硫脫硝增壓風機的頻率及風門開口度來保證床層壓差，前后風機流量不匹配會造成增壓風機喘振，該喘振伴隨管道晃動和床層壓力波動。即空氣氣流周期性的倒流，當系統(tǒng)的阻力線位于性能曲線圖中的失速線的上方時，由于不穩(wěn)定性的出現(xiàn)，則通風機就不可能在相應的壓力、流量范圍的工況點運行，如果機器在非穩(wěn)定區(qū)運行，將使葉片產(chǎn)生激振，會導致疲勞斷裂。

2.4 共振

使用動平衡分析儀檢查設備的固有頻率為37Hz，對應風機運行轉(zhuǎn)速為725 r/min，而風機在共振頻率之外存在振動，說明不是因為共振產(chǎn)生的風機振動。葉片與機殼間隙不均勻造成振動見圖5。

圖5 葉片間隙測量

檢查葉片與機殼的間隙為4～8mm，符合設計要求。

2.5 軸彎曲造成跳動超標

如圖6 所示，用百分表檢查徑向跳動為0.02 mm，符合設計要求。

圖6 圓跳動測量

2.6 緊固件及基礎松動

風機松動造成振動的情況有墊鐵破壞、地腳螺栓松動、軸承座松動、葉輪和軸的裝配松動，檢查時由易至難進行檢查，首先檢查地腳螺栓和軸承座均無松動情況，拆除葉輪檢查葉輪和軸的裝配發(fā)現(xiàn)，間隙為0.25～0.45 mm，遠大于標準要求的過渡配合，對軸進行激光熔覆后重新加工至過盈0.06 mm，經(jīng)修復后回轉(zhuǎn)設備，風機在46.5 Hz 運行，振動值為1.6 mm/s，處于優(yōu)良狀態(tài)，解決隱患，裝配位置加工前后對比見圖7。

圖7 裝配位置加工前后對比

3 結(jié)論

增壓風機振動為葉輪和軸裝配為間隙配合，接觸面積較小，在工作過程中介質(zhì)溫度約200 ℃，熱脹冷縮造成裝配間隙繼續(xù)增大，引起風機振動。

造成風機振動的原因主要有松動、不平衡、不對中、介質(zhì)渦流、共振、軸彎曲等原因，判斷故障時由簡至難進行排除，可利用頻譜分析輔助判斷，不平衡和松動是造成風機振動的主要原因。