长钢200 m2 烧结机主抽风机振动的分析与处理

2022-04-02薛彦军马续创刘靖垚

山西冶金 2022年1期

郭韡，薛彦军，马续创，杨伟，张镭，刘靖垚

（1.中国重型机械研究院股份公司，陕西西安 710018；2.首钢长治钢铁有限公司，山西长治 046031）

首钢长治钢铁有限公司（全文简称长钢）200 m2烧结机采用2 台10 000 m3/min 流量的离心风机，入口压力为0.075 51 MPa，压升为15.69 kPa，轴功率为3 235 kW，在运行过程中4 号烧结机的东侧风机(以下称1 号主抽风机) 联轴器侧轴瓦振动升高达到4.8 mm/s，超过推荐运行的4.6 mm/s，电机联轴器端达5.0 mm/s，数据见表1。为了保证生产，通过变频器对风机转速进行了调整，降低转速使生产维持在较低负荷运行。

表1 1 号主抽风机和电机振动值 mm/s

1 影响主抽风机振动的原因及措施

1.1 动平衡失衡造成振动

中低速旋转设备振动大约有70%原因为动平衡失衡，因此设备振动时，首先要考虑动平衡失衡，烧结主抽风机的介质为烧结主机烟气，机头电除尘的除尘效果直接决定主抽风机的使用周期，目前4号烧结机电除尘年久失修，雨水进入电除尘造成风机转子结灰严重，如图1 所示，造成振动超标。

图1 风机转子黏灰情况

动平衡离心力F=Meω2（M为转子质量，g；e为偏心距，mm；ω 为角速度，r/min）从而激发转子振动，动平衡破坏在频谱图中主要表现为1 倍频高，时域波形为等幅正弦波形，轴心轨迹为椭圆域，这是因为水平和垂直刚度不同造成的。频率如表1 所示，当转子修复投运前，必须进行动平衡使用，如何突发振动超高或者逐渐升高，应首先检查是否为动平衡失衡，这是旋转机械最常见的故障。

表2 风机振动频率发布表

利用离线动平衡机对烧结转子进行平衡，动平衡机型号为PHW-15000，最大可做质量为15 t 的转子，普通风机动平衡标准为G6.3，实际维修时一般都做到G2.5，该风机转子直径为3 m，质量约8 t，做完动平衡后不平衡量控制在20 g 以内，完全能满足现场使用。

1.2 紧固件松动造成风机振动

风机结构中可能造成松动的部位有滑动轴承背面和轴承座的上下两部分接触面积不足、轴承座上盖过赢量不足、轴承座地脚螺栓松动、轴承座垫铁松动等均可能造成风机振动。

首先检查滑动轴承背部接触面积，使用红丹粉进行检查接触范围是否分布均匀，其次双手按压轴承对角线，检查轴承是否有晃动情况，通过调整轴承背部的调整垫片保证接触面积分布均匀。

其次检查轴承和轴承座的过过盈量，通过压铅丝测量过盈量，压铅丝有两种方法，一种为轴承顶部和轴承座剖分面均压铅丝，另一种方法为剖分面垫2 mm 后的铁片，顶部使用铅丝。这两种方法均可选择，保证过盈量0.02～0.05 mm之间，过盈量小了会造成松动，大了运行时轴和轴承热胀冷缩影响表面润滑。

再次检查轴承座螺栓、地脚螺栓、上下轴承螺栓是否松动，该部分相对容易检查。如果振动仍无法消除，最后打掉轴承座二次灌浆层检查垫铁是否焊口开裂松动造成垫铁错位，该部分检查工作量相对较大。长钢曾有1 台风机一直振动，经过多次更换转子、找平找正均未解决振动问题，检查垫铁时发现原来焊接的斜垫铁由于风机长期处于振动状态，造成垫铁错位，轴承座形成软角。通过再次安装垫铁，找平找正后彻底解决了风机振动问题。

1.3 转子支撑刚性不足造成振动

这种情况一般出现在更换新转子或者新设备投运以后出现，如果原设备运行正常，通过离线动平衡后上线使用不会出现这种情况，如图3 为同一风机的两个转子对比照片，因轮毂的形状及刚度不同，造成风机振动，新风机投运以后一直振，后改为图3 下部所示结构转子，解决振动问题。

图3 带有轮毂支撑的转子比较（mm）

其次，转子轴自重较大，影响转子刚度，解决方法是将风机轴改为空心轴，降低转子重量。由于刚性不足，同时存在轴弯曲情况，造成轴弯曲的原因为设计制造缺陷、长期停放不当、升速过快、预符合过大等。频谱表现形式为高次谐波成分，与不平衡相比，弯曲在轴向产生的振动较大。轴弯曲伴随有滑动轴承摩擦，有时轴瓦会有摩擦的痕迹。

1.4 联轴器不对中造成振动

联轴器不对中一般是指轴系不对中，造成不对中的原因为安装时施工标准低，未达到要求；冷态安装时未考虑热态运行时温度升高，出现主动转子与从董转子之间动态不对中；轴承座热膨胀不均匀；转子弯曲造成不对中；基础下沉等原因。

不对中在运行过程中产生了附加的弯曲力，从而激发出2 倍、4 倍等偶数频率的振动，更高倍频通常显示不出来。

轴系不对中的故障特征为在基频的基础上增加了2 倍频的谐波。轴心轨迹为椭圆曲线较扁，角度不对中伴随轴向振动。角度不对中轴向频率的振动幅值比径向大，而两端轴承不对中则相反。

1.5 油膜涡动、振荡及碰磨

油膜涡动和振荡发生在滑动轴承上，当滑动轴承座高速运动的同时，伴随着轴颈与轴承之间的油膜压力发生周期的变化，使转子轴心绕某个平衡点做公转，这种现象叫涡动。油膜涡动的频率接近转子的自振频率时，引起大幅度的共振现象，称为油膜振荡。由于低速和重在的转子建立不起完全液体润滑的条件，因此油膜振荡都发生在高速运行的设备是，解决办法是通过修瓦，减小接触角，使油膜压力小于负载比压。另外降低润滑油的粘度也可减小油膜涡动情况。

碰磨经常发生在滑动轴承中，由于润滑油的缓冲作用，振动值变化很微弱，主要靠油液分析发现早期的磨损隐患，从轴心轨迹也能判断出碰磨，碰磨和松动的特点类似，不同点是松动有一个切线的摩擦力使转子产生涡动，转子强迫振动、碰磨自由振动和摩擦涡动叠加在一起，产生出复杂的振动响应频率，碰磨产生的摩擦力是不稳定的接触正压力，在时间上和空间位置上都是变化的，具有明细的非线性特征，因此碰磨和松动相比振动周期性较弱，而非线性更为突出。时域波形在波顶为直线，或振动远离平衡位置时出现髙频小幅振荡。在频谱图上除了1 倍频以外，还存在很多高次谐波成分。发生碰磨时，还会轴瓦温度升高、油温上升等特征。