轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)潤滑系統(tǒng)整體改造

魏 亮,劉雪萍,王 桂

(白銀有色集團(tuán)股份有限公司 銅業(yè)公司,甘肅 白銀 730900)

1 轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡介

轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)由增速機(jī)、油箱、主軸、機(jī)殼、葉輪、入口導(dǎo)葉、軸承傳動機(jī)構(gòu)及電機(jī)等組成[1]。轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)主要依靠電機(jī)輸入的機(jī)械能,通過增速機(jī)提高轉(zhuǎn)速,提高氣體壓力并輸送氣體的機(jī)械,屬于從動的流體機(jī)械。轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)根據(jù)動能轉(zhuǎn)換為勢能的原理,利用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪將氣體加速,改變流向,使動能轉(zhuǎn)換成勢能(壓力)。氣體從軸向進(jìn)入葉輪,通過入口導(dǎo)葉直接調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)量,氣體流經(jīng)葉輪后改變成徑向,然后進(jìn)入擴(kuò)壓器。在擴(kuò)壓器中,氣體改變了流動方向并且管道斷面面積增大使氣流減速,這種減速作用將動能轉(zhuǎn)換成壓力能。壓力增高主要發(fā)生在葉輪中,其次在擴(kuò)壓過程。

2 轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)潤滑系統(tǒng)改造背景

在2019年6月18日轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)試運(yùn)行時,制氧車間動力中心2#轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)發(fā)生電機(jī)軸瓦因溫度過高造成燒毀的嚴(yán)重停車事故,前后軸瓦及軸瓦油封全部報廢的嚴(yán)重生產(chǎn)事故,直接影響系統(tǒng)的正常開車。據(jù)操作人員反映該風(fēng)機(jī)開車試運(yùn)行5 min軸瓦溫度迅速上升至75℃,來不及停車就發(fā)生電機(jī)軸承箱冒煙的現(xiàn)象,停車后開蓋檢查發(fā)現(xiàn)軸瓦工作面嚴(yán)重焦灼,油封高溫碳化,造成前后兩副軸瓦及密封件全部報廢。經(jīng)分析,影響軸瓦溫度過高的主要原因?yàn)闈櫥凸┙o不足造成軸瓦堆積發(fā)熱嚴(yán)重,且熱量不能及時帶走,其次是廠家在安裝調(diào)整時軸瓦與軸徑間隙過小造成的磨損發(fā)熱。

3 轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)潤滑系統(tǒng)改造目的

轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)電機(jī)軸瓦潤滑系統(tǒng)有嚴(yán)重的設(shè)計(jì)問題：(1)存在供油量小、供油壓力低、軸向漏油、透氣孔冒油的情況,說明系統(tǒng)回油不暢,不能投入運(yùn)行。(2)安裝新軸瓦后測量頂間隙為0.13 mm、側(cè)間隙為0.06 mm,低于標(biāo)準(zhǔn)的間隙值(頂間隙為0.20 mm)[2]。以上問題致使轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中軸瓦溫度升高、軸瓦發(fā)熱,嚴(yán)重時會燒毀整套軸瓦[3]。一整套軸瓦采購價格約4萬元,采購周期6個月,嚴(yán)重制約著生產(chǎn)。從經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)效率兩方面考慮,故對轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)的供油系統(tǒng)、回油系統(tǒng)、軸瓦潤滑方式進(jìn)行改造,包括軸瓦間隙的重新測量刮研和壓裝及漏油的處理。

通過重新設(shè)計(jì)和改造,使電機(jī)前后軸瓦的潤滑油供給充足,保障潤滑油的供給量才能有效地降低軸瓦溫度、延長設(shè)備的使用周期、降低設(shè)備的故障率、減少非計(jì)劃停車。同時延長備品備件的使用時間、減少檢修費(fèi)用、降低操作人員的勞動強(qiáng)度。最重要的是能夠保障生產(chǎn),為閃速爐的計(jì)劃與投產(chǎn)做好充分的保障。

4 轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)潤滑系統(tǒng)改造思路

維修人員對2#轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)檢查更換軸瓦時,發(fā)現(xiàn)該電機(jī)前后軸瓦的潤滑系統(tǒng)存在嚴(yán)重設(shè)計(jì)缺陷,為了降低電機(jī)前后軸瓦溫度[4],需要從以下幾個方面考慮。

(1)通過加大電機(jī)軸瓦冷卻油的供應(yīng)量,才能在單位時間內(nèi)起到降低軸瓦溫度的作用；

(2)潤滑系統(tǒng)回油管由前后軸瓦與油過濾器共用一根回油管,會造成回油堵塞；

(3)原先的軸瓦油冷卻系統(tǒng)采用噴淋潤滑方式潤滑效果不佳,預(yù)改為強(qiáng)制潤滑方式,能有效提高冷卻油與軸瓦的接觸面積,達(dá)到降低溫度的作用；

(4)目前公司使用的軸瓦為免刮瓦,直接安裝即可,但是經(jīng)試裝測得軸瓦間隙過小,且存在“夾膀子”的現(xiàn)象,無油楔。需要對軸瓦工作面進(jìn)行重新設(shè)計(jì)并刮研,使冷卻油與軸瓦充分接觸；

(5)經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn),電機(jī)軸向缺少油密封裝置,直接導(dǎo)致軸向漏油,而且上軸承箱透氣孔冒油嚴(yán)重；

(6)造成軸瓦潤滑油回油不暢的主要原因?yàn)橹饔拖渑c外界空氣存在壓力差,導(dǎo)致油罐內(nèi)的油無法正常回到主油箱。

5 轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)潤滑系統(tǒng)改造內(nèi)容

電機(jī)軸瓦油冷卻系統(tǒng),前后軸瓦回油管路與油過濾器共用一條總回油管路,而且前后軸瓦回油管路太細(xì)且過長易形成回油循環(huán)不暢問題,潤滑油大量存于軸承箱內(nèi)不能快速回流至儲油箱,軸承箱內(nèi)由于軸的旋轉(zhuǎn)易產(chǎn)生泡沫,潤滑油得不到及時冷卻,軸瓦溫度不能快速地降低(實(shí)際運(yùn)行時軸瓦溫度高于75℃左右,遠(yuǎn)高于正常運(yùn)行20℃左右),軸瓦溫度過高易造成軸瓦磨損過快,縮短備件使用周期；嚴(yán)重時可燒毀軸瓦及密封釀成停車事故,影響轉(zhuǎn)爐的正常供風(fēng),造成生產(chǎn)系統(tǒng)中斷。而且過高的溫度易使?jié)櫥妥冑|(zhì),不但影響潤滑油冷卻效果,還會加快潤滑油的變質(zhì),繼而使油品成本上升。由于軸承箱內(nèi)大量潤滑油聚集致使軸承箱內(nèi)壓力上升,形成進(jìn)油管進(jìn)油不暢,熱量不能及時交換,勢必造成惡性循環(huán),使軸瓦的潤滑效率進(jìn)一步下降。為了解決電機(jī)軸瓦油冷卻系統(tǒng)的上述問題,決定對電機(jī)前后軸瓦潤滑系統(tǒng)做以下改造。

(1)進(jìn)油管管路改造

原先出廠配置的進(jìn)油管管路閥門為氣閥,內(nèi)部管徑只有6 mm,嚴(yán)重制約著供油量,已改為不銹鋼內(nèi)螺紋球閥,內(nèi)部通油直徑為15 mm,進(jìn)油孔直徑增加了1.5倍。同時在前后軸瓦進(jìn)油前端加裝壓力表,更直觀地反映出進(jìn)油量,方便調(diào)節(jié)進(jìn)油量；進(jìn)油管閥門選型更改并加裝壓力表。

(2)回油系統(tǒng)改造

①將原來前后軸瓦2根較細(xì)的回油管更換為直徑更大的膠皮管,并用鎖緊箍擰緊。

②將原來3根回油管匯流成一根改為分別回油,前軸瓦回油管從支路上拆除直接連接到儲油箱,避免并減少兩根回油管互相干擾造成的影響。

③在主油箱打孔安裝回油管路,將電機(jī)頭部冷卻液直接導(dǎo)回到主油箱。用大小規(guī)格適合的磁力鉆在油箱上部用φ14.5 mm鉆頭打孔,再用M16絲錐進(jìn)行攻絲,配合安裝φ200 mm法蘭配合安裝管道。使用磁力鉆時鐵屑容易掉進(jìn)油箱,用強(qiáng)力磁鐵送入油箱內(nèi),將鐵屑吸附后分多次取出,經(jīng)過對潤滑油油質(zhì)進(jìn)行檢查,確定將鐵屑完全清除,最后配套法蘭安裝油管路。

(3)增設(shè)排煙機(jī)和透氣裝置

由于油箱與整套潤滑油循環(huán)系統(tǒng)屬于內(nèi)循環(huán)系統(tǒng),在設(shè)備運(yùn)行時潤滑油溫度會升高,導(dǎo)致內(nèi)部與外部存在壓力差,內(nèi)部壓力增大,在實(shí)際使用中,主油箱溫度升高,油箱內(nèi)部壓力增大,會影響系統(tǒng)回油速度,造成回油速度過慢,以致潤滑不充分,熱量易集聚使軸瓦溫度升高。所以,在主油箱上方合適的位置用磁力鉆打孔安裝法蘭配合安裝排煙機(jī),可以及時將主油箱內(nèi)的熱空氣抽出,在油箱內(nèi)部形成空氣負(fù)壓,使回油過程更加流暢,避免軸承箱內(nèi)的潤滑油聚集。

由于回油不暢致使轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)電機(jī)前后軸承箱透氣孔一直漏油,該問題雖不制約風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn),但會使軸承箱體上布滿厚厚的油脂,運(yùn)行時間久,會沾滿油泥,影響美觀程度且不符合“6s”現(xiàn)場管理；最嚴(yán)重的是軸瓦會進(jìn)灰,導(dǎo)致潤滑油品質(zhì)變差。

對透氣裝置進(jìn)行改造,制作一根500 mm長的直管,用DN25管下方加工螺扣,連接到軸承箱上端,直管上方用不銹鋼過濾網(wǎng)制作防塵帽,該方法有效抑制潤滑油產(chǎn)生泡沫溢出透氣孔,通過長管徑使?jié)櫥屠鋮s后回流到軸承箱內(nèi),也可以有效防止異物進(jìn)入透氣孔。

由于該問題一直影響轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)的現(xiàn)場衛(wèi)生情況,設(shè)備運(yùn)行會導(dǎo)致軸承箱潤滑油外漏,長此以往,污染廠房內(nèi)的地面,也使軸承箱油污積攢過厚,需要操作人員每天進(jìn)行清理。通過該方法,有效解決了透氣孔一直冒油的難題,降低了操作人員的勞動強(qiáng)度,解決了現(xiàn)場衛(wèi)生的難題。

(4)噴淋潤滑改為強(qiáng)制潤滑

對軸瓦上出油孔配置銅管管路,將潤滑油直接導(dǎo)流到回油管中,具體實(shí)施辦法為：用直徑6 mm紫銅管作回油管路,并制作彎頭接管及配套設(shè)施,將紫銅管一頭連接軸瓦上出油孔,一頭伸進(jìn)回油管。該方法將之前軸瓦頂端的φ20 mm出油孔更改為φ6 mm管徑銅管,起到強(qiáng)制潤滑作用,在軸瓦與軸的間隙內(nèi)形成一定壓力,保證軸與軸瓦的間隙內(nèi)存在穩(wěn)定油膜,有效地降低了軸瓦的溫度。

改造的工作原理是在電機(jī)工作時,潤滑油通過進(jìn)油管進(jìn)入潤滑層內(nèi),待潤滑油充盈潤滑層后,在軸與上軸瓦、下軸瓦之間形成一層穩(wěn)定的油膜,減小了軸受到的滑動摩擦,提高了電機(jī)的運(yùn)行效率。軸在轉(zhuǎn)動過程中,會將潤滑油從出油孔甩到上軸承箱。使用堵頭的通孔代替出油孔出油,減小了出油直徑,在進(jìn)油孔不變的情況下,潤滑層內(nèi)的油壓增大,潤滑油會完全充盈在潤滑層內(nèi),保證電機(jī)軸受到完全的潤滑,不會出現(xiàn)潤滑油缺失而導(dǎo)致潤滑不到的情況,電機(jī)軸瓦形成了強(qiáng)制潤滑的方式。

紫銅管連接堵頭通孔將甩出的潤滑油導(dǎo)出到回油管上,避免了潤滑油在軸承箱內(nèi)大量聚集,導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行環(huán)境溫度過高的問題。

紫銅管之間使用銅管連接卡套進(jìn)行連接,方便操作人員拆卸檢修。回油管可以選用直徑較大的膠皮管,以保證紫銅管在出油口一端所受壓力較小,方便潤滑油從紫銅管內(nèi)導(dǎo)出。

針對轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)軸瓦潤滑滑動軸承的改造,由于使用了紫銅管和堵頭,縮小了潤滑油的出油孔徑,使傳統(tǒng)的軸瓦潤滑方式由噴淋潤滑改為強(qiáng)制潤滑,降低了潤滑油的損耗速度。并且潤滑層內(nèi)會形成正壓,保持潤滑油始終充盈在潤滑層,提高電機(jī)的運(yùn)行效率,更好降低運(yùn)行時軸瓦的溫度。

(5)漏油問題處理

轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)前后軸瓦軸向一直出現(xiàn)漏油,嚴(yán)重影響轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)軸瓦正常工作,設(shè)備運(yùn)行會導(dǎo)致前后軸承箱大量潤滑油外漏,污染廠房內(nèi)的地面,需要定期清洗,最重要的是軸瓦內(nèi)側(cè)漏油潤滑油會流進(jìn)電機(jī)內(nèi)部,不好清理,影響電機(jī)的正常運(yùn)行。而且造成潤滑油的浪費(fèi),需要定期補(bǔ)充潤滑油。

經(jīng)檢查上下軸承箱及軸端密封和軸承壓蓋,發(fā)現(xiàn)造成漏油的主要原因是軸瓦潤滑油開孔位置過高,超過了軸端密封面,所以一直出現(xiàn)漏油,而且該軸承箱只有軸瓦密封,沒有設(shè)計(jì)安裝軸承箱密封[5]。

改造方法：①改變下軸承箱的潤滑油回油孔位置,避免潤滑油高度超過軸的端面位置,從而解決漏油的問題。將下軸承箱拆除后,將原回油孔用測繪并制作好的堵頭焊住,在合適的位置重新鉆孔并焊接裝配管道。②在上下軸承箱制作安裝擋油板,用2 mm厚的鋁板制作并安裝。用手槍鉆在軸承箱上鉆2.5 mm的孔6個,然后用3 mm絲錐過扣,配合安裝密封片。通過該方法解決了軸瓦軸向一直漏油的詬病,超出預(yù)期使用效果,再未出現(xiàn)漏油的情況。

(6)對軸瓦進(jìn)行重新刮研

保證軸瓦有足夠的油楔“吃油”,嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求的尺寸,經(jīng)過壓鉛絲測量最后頂間隙為0.22 mm、側(cè)間隙為0.10 mm,保證間隙在0.16～0.22 mm之間。將軸瓦工作面進(jìn)行菱形刮研處理,使軸瓦表面具有貯油功能,而且改為強(qiáng)制潤滑后,可以加快潤滑油回流。

6 生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及使用效果

該項(xiàng)目改造完成后,2#轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)于2019年6月30日進(jìn)行無負(fù)荷空載試車,運(yùn)行5 min后,軸瓦溫度穩(wěn)定在55℃左右,較比之前的75℃下降了20℃。運(yùn)行30 min后電機(jī)前后軸瓦分別穩(wěn)定在54℃和52℃,有效解決了該項(xiàng)目投產(chǎn)試車時電機(jī)軸瓦燒毀的嚴(yán)重事故,同時解決了軸瓦溫度一直過高的問題,為正常生產(chǎn)提供了有力保障。

通過對轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)潤滑系統(tǒng)的全面改造,完成了供油系統(tǒng)、回油系統(tǒng)、軸瓦潤滑方式的改造,漏油問題的改進(jìn)、軸瓦間隙的重新測量刮研和安裝。改造完成后延長了潤滑油的使用周期,之前每三個月需要對潤滑油進(jìn)行更換和補(bǔ)充,現(xiàn)在由于冷卻油溫度降低、潤滑油酯化程度下降,初步估計(jì)潤滑油使用周期可延長一倍以上,每年可節(jié)約費(fèi)用3.6萬元。降低前后軸瓦運(yùn)行溫度,以延長軸瓦的使用周期,降低備品備件及設(shè)備的檢修費(fèi)用,也可降低操作人員勞動強(qiáng)度,確保轉(zhuǎn)爐連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn),減少非正常停車次數(shù)。