高炉热风炉助燃风机故障处理实践

2018-04-25供稿李增生康永飞常艳军原兵燕LIZengshengKANGYongfeiCHANGYanjunYUANBingyan

金属世界 2018年1期

供稿|李增生，康永飞，常艳军，原兵燕 / LI Zeng-sheng, KANG Yong-fei, CHANG Yan-jun, YUAN Bing-yan

内容导读

安阳钢铁股份有限公司炼铁厂4747 m3高炉热风炉2#助燃风机工作中出现振动值突发升高从而导致故障停机现象。根据助燃风机结构原理及旋转设备振动原理分析，经过逐步排查，最终通过拆解发现轴承内套开裂。更换助燃风机轴承并更换电机后，经助燃风机负荷试车检测，定位端轴承箱机械振动值由检修前最高的9.2 mm/s降至1.2 mm/s，其他方位振动值均降低至1.0 mm/s以下，设备运行参数为优等状态，运行10个月至今未有异常发生。

安阳钢铁股份有限公司炼铁厂4747 m3高炉热风炉2#助燃风机自2016年以来开始出现膜片联轴器周期性损坏。2017年1月12日，风机定位端轴承箱水平机械振动值5.3 mm/s，轴向振动值4.1 mm/s ，最高垂直振动值高达8 mm/s，经过对电机同轴度找正后振动值下降为3.6 mm/s。经过20多天的运行，定位端轴承箱出现周期性异响，周期约为0.8 s，轴承箱振动值逐步上升到9.2 mm/s而被迫停机，严重影响高炉生产。

高炉热风炉工作原理

安钢4747 m3高炉热风炉由4座顶燃式热风炉组成，采用两烧两送交叉并联送风、循环周期的工作模式，一个循环周期可分为燃烧阶段和送风阶段。热风炉的主要作用是把鼓风加热到高炉要求的温度，是一种按“蓄热”原理工作的热交换器。热风炉工作原理类似于每个家庭使用的煤气灶。首先，由助燃风机提供的低压空气和煤气管网提供的煤气在热风炉燃烧室混合燃烧，加热格子砖达到设定温度后，完成烧炉过程。其次，由大型鼓风机提供高压中温空气，经过热风炉蓄热室(格子砖)进行热交换后，温度上升至规定温度对外输出热风至高炉。高炉生产期间，一旦助燃风机发生故障，轻则影响热风炉烧炉，重则导致高炉休风停产[1-2]。

助燃风机结构原理

安钢4747 m3高炉热风炉助燃风机为离心式鼓风机。风机在工作中，气流由风机径向进入叶片空间，然后在叶轮的驱动下一方面随叶轮旋转，另一方面在惯性的作用下提高能量，沿半径方向离开叶轮，靠产生的离心力进行做功。根据机械能转换为势能的原理，利用高速旋转的叶轮将气体加速，然后减速、改变流向，使动能转换成势能(压力)。助燃风机结构见图1，主要部件由电动机、双膜片联轴器、定位端轴承箱、叶轮转子组、自由端轴承箱五部分组成，助燃风机叶轮转子支撑形式为双支撑式。

图1 助燃风机传动结构示意图

振动异常故障分析

根据助燃风机结构原理及旋转体振动原理分析，认为造成助燃风机轴承箱振动值偏高的主要原因可能为：

1) 风机混凝土基础、风机底座及其之间的连接作为风机的支撑体系，在风机设计和运行时均占有举足轻重的地位。但是，在风机的实际应用中，大部分用户往往只重视日常维护对风机运行的影响，却忽略了由于风机底座与混凝土基础之间的连接处理不当而产生的不稳定性和不安全性，从而引起风机使用过程出现故障。地脚螺栓的安装是否达到标准是紧固到混凝土基础上的风机底座具有较强稳定性的保障。地脚螺栓的安装要求：(1)螺母/垫片与设备底座间均应紧密接触。(2)在预留孔中的混凝土强度达到75%以后，方可拧紧地脚螺栓。(3)地脚螺栓任一部分距离孔壁应＞15 mm。(4)拧紧螺母后，地脚螺栓露出螺母的长度宜为螺栓直径的1/3～2/3或1.5～3个螺距。 (5)地脚螺栓在预留孔中应垂直，并位于机器底座螺栓孔的中心位置。(6)清除地脚螺栓上的油污和氧化铁皮，螺纹部分涂抹少量油脂。

2) 电机、风机地脚螺栓松动。如果电机、风机地脚螺栓发生松动将直接造成风机轴承箱及电机定位出现故障，机体与基座出现间隙，回转体定位约束力下降造成机械振动。

3) 膜片联轴器自身损坏以及安装精度也是风机振动的影响因素。膜片联轴器自身损坏包括双膜片联轴器处螺栓松动或断裂、联轴器内膜片有一片开裂或整个断裂、联轴器内膜片发生严重扭曲、联轴器和传动轴连接处焊缝产生微裂纹等。膜片联轴器安装精度要求：(1)对中要求在0.1 mm以内；(2)轴间距安装误差要求在0.5 mm以内；(3)螺栓的安装方向要求一正一反安装。

4) 风机叶轮动平衡偏差大。叶轮是助燃风机做功的关键部件，如果叶轮自身动平衡出现问题时，不平衡量在叶轮高速运转下产生较大离心力而造成机械振动。

5) 电机/风机安装同轴度偏差大。如果电动机与风机安装同轴度径向偏心量偏差较大，会发生风机水平、垂直方向机械振动增大；电动机与风机安装同轴度轴向偏差量(俗称开口)较大时，容易造成风机轴向振动值增大进而造成对轴承的损坏。

6) 风机轴承损坏。如果风机轴承因使用时间较长及其他原因造成滚动体与滚道磨损间隙超标、内外套撕裂、滚动体磨损、变形等，均会造成轴承对回转体定位约束能力下降，从而造成风机机械振动加剧。

振动异常处理方案

综上分析，为节约维修时间，提高维修工作效率，采取由易至难、循序渐进的方式进行处理。

1) 对助燃风机地基以及钢构底座支撑系进行检查，并对预埋螺栓二次校验，检查预埋螺栓与支撑体系连接的可靠度。未发现有影响的地基沉降，支撑体系没有开焊现象，预埋螺栓也未发生松动现象。

2) 检查紧固电机、风机地脚螺栓。通过对电机、风机地脚螺栓逐个排查紧固，所有螺栓未出现松动现象。

3) 对膜片联轴器进行拆分检查。两个半联轴器本体与电机、风机轴同轴度误差未发现超标；膜片联轴器膜片自身、锚固套未出现松动、开裂、变形；铰制孔螺栓也未发生松动及断裂现象。

4) 风机叶轮在线动平衡检查。动平衡技术人员现场仪器检测发现：不平衡量总是沿着圆周方向转动(正常情况下不平衡量应固定在某相区间内轻微波动)。经分析可能是轴承内套与轴发生松动，建议拆解检查并视情况更换轴承。

5) 拆解检修，更换风机两端轴承。经过拆卸发现定位端轴承内套撕裂(如图2)，定位端及自由端轴承滚动体表面均出现严重点蚀(如图3)，这是造成该助燃风机故障的主要原因。

图2 内套撕裂的轴承

图3 严重点蚀的滚动体

6) 检查电机/风机同轴度问题。因电机在线运行时间较长，利用本次检修机会更换电机，并使用百分表检验电机同轴度误差。(1)电机粗略就位后经过初步找正发现电机联轴器存在下开口，两侧联轴器直径方向上下数值差值为0.1 mm，调整量为0.05 mm；联轴器工作面直径为φ330 mm，电机地脚中心距轴向长度为1400 mm。根据相似三角形对应边成比例原理，需在电机负荷端地脚增装厚度为0.21 mm的垫片，取0.2 mm铜皮作为实际垫片。(2)经过百分表进一步测量发现电机回转中心标高低于风机标高0.4 mm，考虑到电机运行中受磁悬浮力后会上升0.2 mm，实际电机需上移尺寸为0.2 mm。即将电机前后地脚统一加装0.2 mm铜皮垫片。电机负荷端综合调整垫片厚度为：0.2 mm+0.2 mm=0.4mm，电机非负荷端垫片厚度为0.2 mm。

更换助燃风机轴承并更换电机后，经助燃风机负荷试车检测，定位端轴承箱机械振动值由检修前最高的9.2 mm/s降至1.2 mm/s，其他方位振动值均降低至1.0 mm/s以下，设备运行参数优化为优等状态，至今已运行10个月未有异常发生。