電廠破碎機樓與PCXK破碎機共振分析及處理

涂瑞興

（福建省福能龍安熱電有限公司 福建福鼎 355200）

0 引言

破碎機是電廠輸煤系統(tǒng)最重要的輔機設(shè)備之一，檢修維護(hù)工作大，檢修工藝復(fù)雜，技術(shù)要求高。某廠2017 年投產(chǎn)以來，破碎機樓和破碎機產(chǎn)生共振的現(xiàn)象經(jīng)過技術(shù)人員多次研究處理，將破碎機振動大的缺陷徹底消除，同時也增強了檢修人員技術(shù)水平。在共振治理過程中，通過原因分析查找、措施實施觀察、檢修綜合治理等階段，徹底消除共振振動現(xiàn)象，保證機組穩(wěn)定運行。

1 概況

該廠破碎樓為5 層現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，各層采用磚砌體圍護(hù)墻，平面尺寸15.0 m×13.6 m，底層層高4 m，其余2 層至5 層高度分別為4.0 m、11.3 m、17.8 m、22.3 m，總高度為28.2 m，抗震等級為3 級。輸煤工藝設(shè)計為將50 mm 煤塊破碎到10 mm 以下。根據(jù)設(shè)計布置：2 層放置2 條輸煤皮帶，3 層放置2 臺PCXK 破碎機，4 層2 臺放置滾軸篩，5 層放置2 條輸煤皮帶，層與層之間設(shè)備通過落煤管連接。PCXK 破碎機：機器轉(zhuǎn)速980 r/min，每臺設(shè)備重15.6t，設(shè)備啟停、正反轉(zhuǎn)均采用遠(yuǎn)程DCS 操作，日常工作時1 臺工作1 臺備用。原設(shè)計PCXK破碎機均未安裝減振平臺裝置。

1.1 設(shè)備簡介

（1）PXCK 破碎機原理：煤塊進(jìn)入破碎機后，受到高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子沖擊，首次擊碎70%～80%，其余20%～30%的塊煤獲得動能后，高速沖向破碎板再次被破碎，經(jīng)過破碎板的反彈，再次被彈向錘頭，如此反復(fù)，在破碎腔內(nèi)多次破碎（包括70%～80%初碎物料），與此同時，煤還受到煤塊間的相互撞擊而破碎。產(chǎn)品粒度控制通過轉(zhuǎn)子與破碎板間隙的調(diào)整來實現(xiàn)。被破碎的煤從排料口排出［1］。

（2）PCXK（BC）型細(xì)粒破碎機主要由機體、機蓋、破碎板、轉(zhuǎn)子、破碎板調(diào)節(jié)裝置等部分組成，詳見圖1。

圖1 PCXK 型破碎機結(jié)構(gòu)原理圖（資料來源：PCXK 型破碎機使用說明書）

1.2 設(shè)備運行振動情況

破碎樓于2017 年3 月正式投入使用，各樓層振動正常。2019 年5 月發(fā)現(xiàn)PCXK 破碎機啟動運行時各樓層振動嚴(yán)重，第四層樓面振動劇烈，現(xiàn)場實測最大振幅0.27 mm，最大振速10.57 mm/s。參考 《動力機器基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB 50040—2020），其中轉(zhuǎn)速大于700 r/min 的破碎機允許振動位移限制樓層振幅為0.15 mm，而實際振幅為允許值的1.8 倍［2］。樓層振動不利于機械設(shè)備的正常運行，加速設(shè)備的磨損，縮短了設(shè)備和建筑物的壽命，過大的振動還會給巡檢人員造成不安全感，使人惡心、頭暈、急躁，極大危害現(xiàn)場人員的身心健康。破碎機在負(fù)載運行下各樓層振動數(shù)據(jù)見表1。

表1 破碎機在負(fù)載運行下各樓層振動數(shù)據(jù)

2 振動原因分析

（1）軸承座基座剛性不足和聯(lián)軸器不對中引起振動。引起破碎機振動原因有很多，其中軸承基座剛性不足和聯(lián)軸器不對中也易造成破碎機運行振動過大［3］。

（2）樓層結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理。因主要振源為11.3 m 層的碎煤機，實際測量中11.3 m 層的振動也是滿足國標(biāo)要求的，反而是沒有振源的22.3 m 層（C-3A/B 皮帶機頭）振動超標(biāo)。從現(xiàn)場考察知，碎煤機入口與布料器及篩分機的底部溜管均采用硬連接方式，該連接方式使各樓層受力具有傳導(dǎo)性，與設(shè)計不符。通過現(xiàn)場分析可知碎煤機的振動直接通過落煤管、曲線落料管等向17.8 m 層（滾軸篩層）和22.3 m 層（C-3A/B 皮帶機頭）傳導(dǎo)，是導(dǎo)致22.3 m 層振動超標(biāo)的主要原因。

3 振動處理情況

3.1 加強軸承座基座剛性和聯(lián)軸器對中

針對樓面超常振動進(jìn)行分析，測量破碎機軸驅(qū)動端和非驅(qū)動端軸承振動數(shù)值，發(fā)現(xiàn)兩端軸承座X 軸和Y 軸方向振動都超過規(guī)定值，決定對破碎機進(jìn)行重新找中基座加固處理，完成后對11.3 m 層（破碎機層）和破碎機兩軸軸承座X 軸和Y軸方向進(jìn)行數(shù)據(jù)測量。根據(jù)表2 數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，找中和對破碎機兩側(cè)軸承座基板支撐進(jìn)行改進(jìn)加固后，破碎機兩端軸承座振幅和振速數(shù)值都有所下降，但是破碎樓機基礎(chǔ)和破碎機兩端軸承座振幅都不滿足要求。

表2 破碎機找中和基座加固前后樓層振動數(shù)據(jù)

3.2 改變破碎機運行頻率減緩因樓層結(jié)構(gòu)共振

對于樓層結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理情況，檢查技術(shù)人員提出在2臺碎煤機底座分別加裝減振平臺和破碎機裝變頻器兩種方案，詳見表3。經(jīng)過對2 種方案分析及討論，決定先采用破碎機加裝變頻器方案。

表3 減振方案對比表

在不改變樓面剛度情況下，提高或降低破碎機機械擾動頻率，讓破碎機機械擾動頻率高于或低于樓面固有頻率，使得設(shè)備和樓面不處于同一個共振頻率。通過安裝變頻器改變破碎機運行頻率，進(jìn)行45.0 Hz、46.0 Hz、47.5 Hz、50.0 Hz、52.0 Hz、52.5 Hz 頻率下帶負(fù)荷運行進(jìn)行各樓層振動數(shù)據(jù)收集對比。根據(jù)表3 發(fā)現(xiàn)頻率為46.0 Hz 情況下運行，各樓層振動最小。各頻率下破碎機負(fù)載運行時各樓層振幅數(shù)據(jù)見表4。

從表3、表4、表5 可以看出：通過變頻器改變破碎機運行頻率振動效果好，在45 Hz 頻率下正常運行時，設(shè)備最大振幅為0.109 mm 和樓層振幅0.045 mm 滿足規(guī)范要求，小于規(guī)范限值［0.15］mm［4］。

表4 各頻率下破碎機負(fù)載運行時各樓層振幅數(shù)據(jù)

表5 各頻率下破碎軸承座振幅數(shù)據(jù)

4 結(jié)語

電廠破碎機是煤炭等破碎加工的主要設(shè)備。由于破碎機轉(zhuǎn)速低、負(fù)荷大、擾力大，尤其在運行多年后，破碎機內(nèi)部錘頭等部件磨損造成破碎機運行頻率與樓層固有頻率一致時，易發(fā)生共振，應(yīng)加強檢查維護(hù)對破碎機反擊板、錘頭、錘柄、軸銷等部件檢查維護(hù)。本文對破碎機振動原因進(jìn)行分析，提供了避免通過改變破碎機基礎(chǔ)或廠房結(jié)構(gòu)成本較大，使用調(diào)節(jié)破碎機轉(zhuǎn)速來避開樓層固有頻率，實為經(jīng)濟有效的方法。