風(fēng)機(jī)葉輪鉚釘斷裂脫落故障診斷實(shí)踐

程英輝，李向前

（河鋼股份有限公司承德分公司，河北承德 067002）

前言

冶金企業(yè)設(shè)備的可靠性是保證生產(chǎn)安全、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行的基礎(chǔ)。近年來，精密診斷技術(shù)逐步應(yīng)用在各行各業(yè)的設(shè)備管理中，在冶金企業(yè)設(shè)備管理中也起到了重要的作用，使冶金設(shè)備實(shí)現(xiàn)了由預(yù)防性維修逐步向預(yù)知性維修過渡，形成一套集定期檢修、狀態(tài)檢修、改進(jìn)型檢修和故障檢修為一體的檢修模式。精密診斷技術(shù)采用先進(jìn)的故障診斷技術(shù)對設(shè)備進(jìn)行精密檢測，提前發(fā)現(xiàn)問題，為解決設(shè)備隱患贏得時(shí)間并提供科學(xué)依據(jù)。

1 轉(zhuǎn)爐一次除塵風(fēng)機(jī)概況

轉(zhuǎn)爐一次除塵風(fēng)機(jī)采用的是TLT型轉(zhuǎn)爐煤氣鼓風(fēng)機(jī)，該風(fēng)機(jī)為單級(jí)單吸雙支撐結(jié)構(gòu)，由撓性膜片聯(lián)軸器與電動(dòng)機(jī)直聯(lián)傳動(dòng)，采用滑動(dòng)潤滑，由潤滑系統(tǒng)強(qiáng)制供油潤滑，機(jī)殼采用鋼板焊接，由水平中分面分成上、下兩部分，中分面法蘭經(jīng)機(jī)械精加工而成，并在機(jī)殼兩側(cè)板軸處設(shè)置了氮水密封，確保煤氣不外漏。葉輪為焊接葉輪，材質(zhì)采用高強(qiáng)度材料，進(jìn)口圈和周盤均為優(yōu)質(zhì)鍛件與葉輪組鉚接而成，滿足了高速旋轉(zhuǎn)和周期性升降運(yùn)轉(zhuǎn)對葉輪的強(qiáng)度要求，其基本參數(shù)為：進(jìn)口流量240 000 m3/h，進(jìn)口溫度50 ℃，進(jìn)口壓力-20 000 Pa，出口壓力8 800 Pa。風(fēng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為1 480 r/min，采用高壓變頻技術(shù)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。根據(jù)轉(zhuǎn)爐冶煉周期及節(jié)能要求調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速一般在800～1 300 r/min之間運(yùn)行，例如在吹氧冶煉時(shí)間，要求風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 300 r/min，在冶煉輔助時(shí)間（加鐵水、加輔料、出爐渣、出鋼水等），要求風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為800 r/min或1 000 r/min。

2 故障診斷分析及處理

2.1 故障診斷分析

轉(zhuǎn)爐一次除塵風(fēng)機(jī)為雙支撐軸瓦安裝形式，主要由葉輪、軸瓦、機(jī)殼等部件組成，其產(chǎn)生振動(dòng)、發(fā)熱、異音等的主要原因是其主要部件在裝配中因加工誤差或裝配不到位以及運(yùn)行過程中磨損所產(chǎn)生的，常見的風(fēng)機(jī)故障類型［1］見表1。

表1 常見的風(fēng)機(jī)故障類型

轉(zhuǎn)爐一次除塵風(fēng)機(jī)的介質(zhì)為含水和粉塵的煤氣，長時(shí)間運(yùn)行會(huì)對葉輪磨損的同時(shí)還黏附一層顆粒物，通過檢測風(fēng)機(jī)前、后軸瓦振動(dòng)速度值，當(dāng)增大到一定程度時(shí)對葉輪進(jìn)行清洗、做現(xiàn)場動(dòng)平衡，每次對風(fēng)機(jī)現(xiàn)場動(dòng)平衡檢驗(yàn)后，兩端軸瓦水平振動(dòng)速度值均在0.5 mm/s（風(fēng)機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速1 350 r/min）以下。2023 年2 月23 日現(xiàn)場平衡校驗(yàn)后風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常，到2023 年5 月29 日，該風(fēng)機(jī)負(fù)荷端水平振動(dòng)達(dá)到4.13 mm/s，風(fēng)機(jī)振動(dòng)較大，通過頻譜分析，失衡為主要故障。后對風(fēng)機(jī)進(jìn)行了現(xiàn)場動(dòng)平衡校驗(yàn)，風(fēng)機(jī)振動(dòng)有所降低，但未到理想狀態(tài)，隨后對風(fēng)機(jī)進(jìn)行振動(dòng)信號(hào)采集并通過故障診斷技術(shù)對風(fēng)機(jī)進(jìn)行故障判斷。

2023 年5 月30 日，對風(fēng)機(jī)進(jìn)行故障診斷，在800 r/min 和1 200 r/min 轉(zhuǎn)速下進(jìn)行振動(dòng)數(shù)據(jù)采集（見表2），結(jié)合時(shí)域和頻域波形，對振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

表2 風(fēng)機(jī)負(fù)荷端和自由端軸瓦振動(dòng)數(shù)據(jù)

（1）風(fēng)機(jī)在800 r/min 運(yùn)行時(shí)，加速度時(shí)域波形（見圖1）和速度時(shí)域波形（見圖2），峭度指標(biāo)分別達(dá)到9.7 和9.61，判斷風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中存在大的沖擊。［2］

圖1 風(fēng)機(jī)負(fù)荷端加速度時(shí)域波形（轉(zhuǎn)速800 r/min）

圖2 風(fēng)機(jī)負(fù)荷端速度時(shí)域波形（轉(zhuǎn)速800 r/min）

風(fēng)機(jī)在1 200 r/min運(yùn)行時(shí)，加速度時(shí)域波形（見圖3）和速度時(shí)域波形（見圖4），峭度指標(biāo)分別達(dá)到2.83和2.6，風(fēng)機(jī)負(fù)荷端速度頻域波形在運(yùn)行過程中未看到?jīng)_擊現(xiàn)象。

圖3 風(fēng)機(jī)負(fù)荷端加速度時(shí)域波形（轉(zhuǎn)速1 200 r/min）

圖4 風(fēng)機(jī)負(fù)荷端速度時(shí)域波形（轉(zhuǎn)速1 200 r/min）

（2）風(fēng)機(jī)在800 r/min 運(yùn)行時(shí)，速度頻域波形（見圖5）中有高頻率幅值出現(xiàn)，主要頻譜峰值見表3。

圖5 風(fēng)機(jī)負(fù)荷端速度頻域波形（轉(zhuǎn)速800 r/min）

表3 風(fēng)機(jī)負(fù)荷端速度主要頻譜峰值

風(fēng)機(jī)在1 200 r/min 運(yùn)行時(shí)，速度頻域波形（見圖6）出現(xiàn)了20 Hz、40 Hz、60 Hz、80 Hz、100 Hz。

圖6 風(fēng)機(jī)負(fù)荷端速度頻域波形（轉(zhuǎn)速1 200 r/min）

結(jié)合以上風(fēng)機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)的振動(dòng)類型、風(fēng)機(jī)精密點(diǎn)檢數(shù)據(jù)及風(fēng)機(jī)實(shí)際情況分析如下。

（1）在轉(zhuǎn)爐爐役期間，5月28日對軸瓦進(jìn)行解體檢查以及風(fēng)機(jī)軸系對中，可以排除軸瓦和不對中的故障。

（2）根據(jù)5 月30 日采集的數(shù)據(jù)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為800 r/min 運(yùn)行時(shí)，振動(dòng)加速度偏大，存在沖擊現(xiàn)象；在轉(zhuǎn)速為1 200 r/min時(shí)，雖然振動(dòng)速度值增大，但振動(dòng)加速度值減小，從時(shí)域波形未看到?jīng)_擊現(xiàn)象，從頻域波形分析風(fēng)機(jī)運(yùn)行故障主要為失衡、松動(dòng)和不對中故障。

（3）轉(zhuǎn)子失衡故障隨著轉(zhuǎn)速的升高表現(xiàn)更明顯，也就是說風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速在1 200 r/min 時(shí)表現(xiàn)的主要為失衡故障；轉(zhuǎn)速在800 r/min 時(shí)轉(zhuǎn)子的不平衡質(zhì)量不足以影響設(shè)備整體運(yùn)行。

（4）選取轉(zhuǎn)速在800 r/min 的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，風(fēng)機(jī)在800 r/min 時(shí)負(fù)荷端軸瓦沖擊較大，且出現(xiàn)高頻率幅值及以12.5 Hz 調(diào)制的邊頻。根據(jù)風(fēng)機(jī)各部件故障特征，可以排除風(fēng)機(jī)安裝故障，極有可能是葉輪部件松動(dòng)故障。

2.2 檢查情況及原因分析

2023 年6 月2 日，對風(fēng)機(jī)進(jìn)行揭蓋檢查，發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)葉輪有1/3的鉚釘帽已被磨掉。

風(fēng)機(jī)葉輪已使用5 年，且從風(fēng)機(jī)葉輪磨損狀況看，葉輪鉚釘安裝不存在問題，是風(fēng)機(jī)輸送的煤氣中含有大量水和粉塵，造成葉輪黏灰或磨損。

對葉輪進(jìn)行出廠修理，更換了所有鉚釘，回裝后風(fēng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，振動(dòng)數(shù)據(jù)見表4。

表4 檢修后風(fēng)機(jī)負(fù)荷端和自由端軸瓦振動(dòng)數(shù)據(jù)

3 結(jié)論

通過分析該風(fēng)機(jī)葉輪鉚釘斷裂脫落故障得到以下結(jié)論。

（1）風(fēng)機(jī)在無故障或故障較小的情況下，高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)很平穩(wěn)。若在高轉(zhuǎn)速運(yùn)行不平穩(wěn)時(shí)，要在不同轉(zhuǎn)速下進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷分析。

（2）轉(zhuǎn)子不平衡、不對中、軸瓦松動(dòng)等故障會(huì)在高轉(zhuǎn)速下表現(xiàn)較明顯，而葉輪鉚釘斷裂脫落故障，先從低轉(zhuǎn)速表現(xiàn)出來（因受其它故障影響較小），隨著故障劣化，逐漸會(huì)在高轉(zhuǎn)速顯現(xiàn)。

（3）要注重典型案例分析和積累。通過定期和不定期收集監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)只是基礎(chǔ)，更重要的是對大量振動(dòng)數(shù)據(jù)和頻域及時(shí)域波形圖進(jìn)行分析，找到故障信息，分析出設(shè)備的故障原因和部位，把典型案例作為故障診斷的輔助手段才能達(dá)到精密點(diǎn)檢的最終目的。

風(fēng)機(jī)葉輪在上線運(yùn)行后期，輸送煤氣介質(zhì)的葉輪鉚釘斷裂存在重大安全風(fēng)險(xiǎn)，為了杜絕該事故發(fā)生，應(yīng)修訂風(fēng)機(jī)點(diǎn)檢標(biāo)準(zhǔn)并嚴(yán)格執(zhí)行，增加對葉輪鉚釘及葉片磨損檢查內(nèi)容及周期。強(qiáng)化精密點(diǎn)檢，每次動(dòng)平衡校驗(yàn)后在800 r/min 和1 200 r/min 的轉(zhuǎn)速下對風(fēng)機(jī)開展?fàn)顟B(tài)監(jiān)測和故障診斷，掌握其發(fā)展趨勢和規(guī)律。

了解風(fēng)機(jī)的各種振動(dòng)原因及振動(dòng)特征，并采用精密診斷技術(shù)對風(fēng)機(jī)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷分析是非常必要的，不僅能判斷風(fēng)機(jī)的故障原因和故障位置，為檢修項(xiàng)目和檢修方案的制定提供理論依據(jù)，還能避免發(fā)生大的安全事故。