大型轴流鼓风机组防喘实验振动原因分析及处理

2014-05-23张金成张学锋

冶金动力 2014年6期

张金成,张艳,张学锋

(中冶京诚工程技术有限公司,北京 100076)

1 引言

大型轴流式鼓风机是大型高炉的核心设备之一，被业界称为“高炉心脏”，其安全可靠、高效节能直接影响高炉的运行。目前，高炉轴流鼓风机技术已达到一个比较完善的程度。但是，在大型高炉轴流鼓风机组运行过程中及初期调试过程中，机组喘振现象仍比较普遍。尤其是AV80及以上大型轴流鼓风机组，调试过程中喘振现象明显，破坏力强，稍有不慎就会造成无法挽回的损失。

本文就某钢厂AV90轴流鼓风机组防喘振实验过程中的不正常振动现象，进行分析总结，为机组设计、调试人员提供部分经验。

2 轴流鼓风机组工艺系统及特点

轴流鼓风机主要工艺流程：空气→过滤装置→轴流鼓风机→止回阀→出口消声器→送风阀→送风管道→高炉。工艺流程见图1。

空气由空气过滤器去除杂质通过吸风管道经整流栅进入鼓风机入口，经过鼓风机压缩，由鼓风机出口管路送出。为减少振动、减小管道噪音，鼓风机出口管道设置有补偿器及消声设备。

图1 鼓风机进出口风工艺流程

为防止鼓风机喘振及阻塞，鼓风机出口管路上除设置自动防喘振阀及放风消声器外，还设有自动防喘振旁路管的电动放风阀。为防止气体逆流，还设有止回阀。

3 轴流鼓风机组防喘振实验

喘振是透平压缩机的固有特性。为防止轴流鼓风机组在正常生产过程中喘振现象的发生，在高炉鼓风机调试过程中，有着极其重要的一环——防喘振实验。

所谓的防喘振实验即：通过人为调整风机运行参数的方式，使风机工作参数达到风机发生喘振（或极接近喘振）时的状态点并记录，以此点为基础绘制出防喘振曲线。正确防喘曲线是指导防喘振开环控制策略的主要依据，是风机正常生产的重要保障。

在实际防喘振实验操作过程中，受实验人员的主观判断、设备生产制造过程的误差、系统设计的完善程度、现场施工安装精度等多种因素的影响，可能出现风机运行的工况点未能达到生产需求，风机就已经发生喘振。这种现象的出现是不正常的。若以这些工况点绘制防喘振曲线，不能满足生产需求。防喘振实验失败，鼓风机组无法正常投产,甚至实验过程中可能造成鼓风机组重大事故。

4 轴流鼓风机组喘振原因分析

造成风机喘振有两方面的原因：从内部来说，叶栅内出现强烈的突变性旋转失速；从外部条件来说，与管网容量和阻力特性有关。

机组在做防喘振实验时，尚属调试过程，未投运生产，因此当现场做防喘振实验时，机组出现不正常振动的现象，可考虑可能是由以下几个原因引起：

(1)生产厂风机制造过程中，风机设计或制造存在误差；

(2)设计院整个鼓风系统设计过程中存在不合理因素；

(3)风机现场安装过程中存在施工质量问题，未按照设计院设计施工；

(4)风机调试人员操作过程未达标。

本着处理问题应由简到繁，由易到难，尽快解决问题的原则，可按以下方式实施逐一解决。

首先，由现场调试人员再次严格按照防喘振实验操作规程重新开始实验；

其次，检查现场施工情况，同时，核实设计院系统设置是否合理。完善现场施工存在的问题。一般情况下，设计院设计的系统大都比较成熟，且已经存在成功运行的实例，但由于鼓风机组本身生产、制作、安装都存在合理的误差范围，即每台鼓风机本身特性均不相同，所以可能出现需要设计院现场微调设计方案。这一工作需要调整的范围小，工程难度小，可以与现场施工问题处理一同实施；

再次，如上述方案均不能解决防喘实验存在的问题，需要设计院对鼓风系统重新做出调整，进一步调整系统设置，同时，要求设备厂家对其设备设计及制造参数进行核实、确认；

最后，若确实为设备厂家设计及制造问题，机组或需返厂处理问题。

以上处理问题的方法，为保障机组顺利投产、安全运行，实际上是交错进行的。

5 某企业大型轴流鼓风机组振动处理方案

某企业于2012年10月，投运两套轴流鼓风机组，A点参数如下：

进口流量：7085 m3/min

进口压力：0.0997 MPa（A）

出口压力：0.48 MPa

配套电动机电压：10000 V

配套电动机功率:44000 kW

为便于观察鼓风机振动情况及鼓风机缸体热膨胀情况，在鼓风机四周设置了四个测点：A、B、C、D，分别测量鼓风机轴振动数值和鼓风机缸体热膨胀数值。如图2。

图2 4个测点示意图

轴振动测点由鼓风机厂家配套BENTLY公司振动探头，分别布置于鼓风机前、后轴承箱上，对风机前后轴承振动进行测量及记录。鼓风机缸体热膨胀测点，现场采用千分表，打表测量，人工记录测量值。

5.1 鼓风机组实验数据

鼓风机组及辅助设备安装、调试完成，油循环达标，电机调试试车完成。

风机启动。启动静叶角度21.7°，送风阀开度0%，放风阀开度100%，两台防喘振阀门开度100%。风机出风口温度29℃。

机组运行5 h左右，风机出风口温度45℃。风机准备开始防喘振实验。

（1）风机开始提升排气压力。风机出风口风温63℃，风机两个防喘阀均100%开度，此时B、C测点轴振动 51 μm，A、D 测点轴振动 15 μm，打表各点位移 0 μm。

（2）风机排气压力提升至50 kPa。风机出风口风温140℃，这时B测点轴振动75 μm、C测点轴振动 60 μm，A、D 测点轴振动 15 μm，打表点位移A、B 测点均为+28 μm，C、D 测点均为+2 μm。

（3）风机排气压力提升至100 kPa。风机出口风温165℃，两个防喘阀均70%开度，这时B测点轴振动 76 μm、C 测点轴振动 66 μm，A、D 测点轴振动15~20 μm，打表各点位移 A 测点为+22 μm，B测点为+77 μm，C、D 测点均为+2 μm；

（4）风机排气压力提升至150 kPa。风机出口风温185℃，这时B测点轴振动90 μm、C测点轴振动 91 μm，A、D 测点轴振动 15~18 μm，打表各点位移 A 测点为+23 μm，B 测点为+94 μm，C 测点为+12 μm，D测点为+8 μm。此时轴振动已经达到90 μm，实验停止。

5.2 鼓风机组运行情况

（1）风机实验过程中，排气口补偿器目测抖动幅度较大；防喘阀及电动放风阀振动明显，放空管道振动明显，防喘阀平台振动明显。

（2）现场用振动测量仪器测量风机及齿轮箱振动，数值正常，振动不大。

（3）风机随排气温度升高，风机本体排气侧有明显向管道固定点方向移动趋势。

（4）前轴承、后轴承B、C测点轴振大，即靠近管道固定点侧，同时瓦温较A、D测点始终高出6~7℃。

5.3 处理方案

停机，喘振实验操作人员重新开始实验，实验情况与第一次实验基本相同。

再次停机后，首先，进行了现场勘查。发现管道固定点未按照设计施工，焊接强度不足，且预埋钢板有空鼓。放空管道、送风主管管道托座均有不同程度脱空。针对以上情况，要求施工队伍整改。其次，经过讨论，部分专家认为管路补偿能力不足或者是施工时管道有应力集中，决定采取打包带的方式处理风机出口处管道。最后，要求鼓风机本体安装队伍对鼓风机安装各个参数，尤其是机组同轴度、轴瓦缝隙等参数进行校核。

最终现场采用如下处理方案。1、加固、修整管道支架；2、现场采用打包带方式处理风机入口管道。但实际现场施工处理过程中未发现管口有应力集中的现象；3、鼓风机本体安装队伍，对风机重新开大盖，调校各项参数。