风机叶轮与轴不平衡振动故障分析与治理研究

发布时间：2009-10-23 作者：林忠

        本文针对新型干法水泥生产线大型风机的典型故 障进行诊断与分析,期望能够提高业主对风机的使用 认识,做到提前发现故障,准确判定故障到最终解决故 障,从而达到减少损失、提高运转率的目的。
        1　风机结构特点
        根据在生产线上的使用部位不同,系统大型风机 可分为:窑尾高温风机、原料磨循环风机、窑头排风机、 窑尾排风机、水泥磨循环风机、辊压机循环风机。除了 篦冷机冷却风机外,其他的风机均可称为引风机。 风机按传动方式分类有6种,分别以大写字母A、 B、C、D、E、F等表示,如表1所示。按照风机的结构形 式,上述系统大型风机除了窑尾高温风机和原料磨循 环风机外,其余可选择为“D”式或“F”式传动,少数小 风机可选用“C”式传动。

        风机按旋转方向分左旋风机和右旋风机2种。右 转风机以“右”字表示,左转风机以“左”字表示。左右 之分是以从风机安装电动机的一端正视,叶轮作顺时 针方向旋转称为右,作逆时针方向旋转称为左。以右 转方向作为风机的基本旋转方向。
        风机的出口位置基本定为8 个,以角度0°、45°、 90°、135°、180°、225°、270°、315°等表示。对于右转风 机的出风口是以水平向左规定为0°位置;左转风机的 出风口则是以水平向右规定为0°位置。近年来根据 管道布置情况又增加了许多非标出口角度,做到“量 体裁衣”。
        2　大型风机叶轮与轴系统的不平衡振动故障及分析 方法
        大型风机振动故障一般可分为叶轮与轴系统的不 平衡、联轴器不对中、机械松动、轴承问题、机械磨擦等 多种情况。可能只是其中一种故障,也有可能是多种 故障并存,这需要在现场进行准确地判断。传统的判 断方法由最初的手摸耳听到使用简单的测振仪测量振 幅、振动速度,直至发展到现在的频域分析方法,通过 采集振动数据及频域信号的分析处理,可以很明显的 区别一些常见的机械故障。
        2. 1　叶轮与轴系统的不平衡原因
        引起不平衡原因主要有叶轮的磨损、结垢、掉块、 转子发生变形、轴弯曲及回转中心与质心不重合等,不 平衡在时域波形图中与频域波形图中特征很突出,主 要特征如下:
        (1) 随着转速的升降,振幅随之升降;
        (2) 频谱图中有较稳定的高峰,谐波能量集中在 基频,基频为转速n /60,其他频率处信号幅值很小;
        (3) 振动的时域波形为正弦波。
        2. 1. 1　叶轮的磨损
        新型干法生产线大多采用干式除尘装置,有袋式 和净电式2种,虽然可以除掉烟气中绝大部分大颗粒 的粉尘,但少量大颗粒和许多微小的粉尘颗粒随同高 温、高速的烟气一起通过引风机,使叶片遭受连续不断 地冲刷,长此以往,在叶片出口处形成刀刃状磨损。由 于这种磨损是不规则的,因此造成了叶轮的不平衡。 此外,叶轮表面在高温下很容易氧化,生成厚厚的氧化 皮。这些氧化皮与叶轮表面的结合力并不是均匀的, 某些氧化皮受振动或离心力的作用会自动脱落,这也 是造成叶轮不平衡的一个原因。
        2. 1. 2　叶轮的结垢
        一般情况下,经增湿处理过的烟气湿度很大,未除 净的粉尘颗粒虽然很小,但黏度很大。当它们通过引 风机时,在气体涡流的作用下会被吸附在叶片非工作 面上,特别在非工作面的进口处与出口处形成比较严 重的粉尘结垢,并且逐渐增厚。当部分灰垢在离心力 和振动的共同作用下脱落时,叶轮的平衡遭到破坏,整 个引风机都会产生振动。
        2. 2　解决叶轮不平衡的对策
        2. 2. 1　解决叶轮磨损的方法
        对干式除尘引起的叶轮磨损,除提高除尘器的除 尘效果之外,最有效的方法是提高叶轮的抗磨损能 力。目前,这方面比较成熟的方法是给叶轮的叶片表 面做一层比叶轮本身材料耐磨、耐高温和抗氧化性能 高得多的超强外衣,这样不仅可减轻磨损造成叶轮动 平衡的破坏, 还可减轻氧化层产生造成的不平衡问 题。选用引风机时,应优先选用经过耐磨处理的叶 轮,虽然这样会增加叶轮的制造或维修费用,但能提 高叶轮的使用寿命1～2倍,延长了引风机的大修周 期,从而降低了引风机和整个生产系统的运行成本, 综合效益良好。
        2. 2. 2　解决叶轮结垢的方法
        解决叶轮结垢的方法主要有喷水除垢和高压气体 除垢2种。
        喷水除垢是一种常用的除垢方法。喷水系统装在 引风机的机壳上,由管道、3个喷嘴( 1个位于叶轮出 口处, 2个位于进口处)及排水孔组成。水源一般为自 来水,压力约0. 3MPa。这种方法通常是有效的,但缺 点是每次停机除垢的时间较长,每月需停机数次进行 除垢,影响机组的正常使用。
        高压气体除垢系统采用与喷水系统相似的结构, 但其管道为耐高压管道,专用的喷嘴和高压气源(压 力在0. 8～1. 5MPa之间,可以用压缩空气或氮气) 。这 种装置对叶片的除垢快速有效,它可以在引风机正常 运行时开启高压气源,仅用数十秒的时间即可完成除 垢。由于操作简单方便,一天可以进行许多次,不但解 决了人工除垢费力、费时的问题,也提高了机组的运行 效率。
        2. 3　叶轮动平衡的校正
        无论是采用耐磨处理的叶轮,还是采用各种方法 除垢的叶轮,其效果都不会一劳永逸。引风机在长期 使用后,仍会出现振动超过允许上限值情况,此时,叶 轮的不平衡问题只能通过动平衡校正来解决。以往叶 轮的动平衡校正通常是在动平衡机上进行的,这对使 用中的引风机,特别是大型风机很不方便。因此,现场 动平衡技术近年来越来越得到人们的重视,它与以往 的方法相比主要有如下优点: