风机故障诊断技术在安钢2800m3高炉应用

供稿| 罗 亮 ，张志军，李保军，路建伟

风机故障诊断技术在安钢2800m3高炉应用

供稿| 罗 亮 ，张志军，李保军，路建伟

内容导读

风机在钢铁冶炼过程中占有重要位置，一旦发生故障将给生产、环境带来较大影响；目前生产现场以简易测振仪对风机振动状态进行定期检测的方法，难以及时判断故障原因；文章主要对安钢炼铁厂喷煤主排风机和热风炉助燃风机运行异常进行分析，介绍了基于频谱分析的风机故障诊断方法并提出了维修方案，说明了处理后的运行效果，给出了风机运行管理的几点建议。

风机在冶金行业使用较为广泛，主要有引风机、鼓风机、排粉风机等，构件主要由电动机、转子、轴承系统、机组壳体及联轴器等组成。在负载较大的场合，采用变频电机或加装可调速液力偶合器。由于工况较为恶劣，风机常因不同形式的故障而影响其工作状态，往往给生产带来较大影响，所以风机日常点检工作尤为重要。目前，主要采用简易测振仪对风机振动状态进行定期检测，根据振动值变化确定风机状态，目前的点检手段虽然可以直观得出振动值大小，但是缺乏有效的监测和分析手段，不能及时判断故障的性质，难以快速排除故障。本文主要介绍两起风机故障的诊断实例，并对风机安装过程中出现的问题加以解决。

常见振动故障类型及分析

不对中引起的振动

风机存在的安装误差、热膨胀变形、承载后的变形以及基础的不均匀沉降等因素，有可能会造成机器工作时各转子轴线之间产生不对中。不对中分为角不对中、平行不对中和轴承不对中。从频谱图上来看，不对中引发的振动在典型频谱上出现与旋转频率相同的一倍频、二倍频以及小量值的高次谐波；如具备条件，现场进行相位测量是判断不对中的最好判断依据；一般在现场，可以用百分表对轴系的同心度进行确认，主要通过联轴器轴向和角向间隙来要求的。

不平衡引起的振动

产生不平衡的原因主要包括：叶轮制造误差，叶轮安装误差，叶轮磨损或者粘接物料等。不平衡引发的振动在典型频谱上出现与旋转频率相同的一倍频分量。当故障仅限于不平衡时，该分量通常大于振动总量的80%，如果还有其他故障，则有可能仅占50%～80%，不平衡与转子转速的平方成比例变化；日常点检过程中，可以根据一倍频振动值变化情况来判断转子是否存在磨损过量或粘结物料，通常这是一个逐渐变化的过程。

机械松动引起的振动

（1）、基础松动、水泥失效、基础变形等，此类振动在频谱图上表现为一倍频分量，现场可以用测振仪测量基础部的位移、速度变化。（2）、地脚螺栓松动、轴承座松动或者断裂等，其振动频谱除除包含一倍频分量外，还包括相当大的二倍频分量，并时常伴有次谐波分量。（3）、内部构件松动，如轴承磨损，间隙较大，叶轮松动，轴瓦松动等，由于松动部件对来自转子动态力的非线性响应，因而产生许多谐波分量，有时亦产生整数倍的次谐波分量。

以上所说只是不对中、不平衡、机械松动单一原因产生振动的故障体现，在实际生产中，可能存在多种因素的综合影响，如何在生产中快速判断风机振动值异常的原因并对症下药，还需要结合实际情况，采取多种手段，如振幅的方向性，利用百分表检查联轴器的同心度等方法来辅助判断振动产生的原因。

实例

排煤风机

2010年6月份，安钢炼铁厂2800m3高炉喷煤1#主排煤风机，振动值明显增大且存在异响，异响和风机基频基本同步；进入机壳检查，发现风机叶轮锁紧螺母松动，键部分剪切，叶轮在轴上窜动；根据设备运行情况，需要对转子进行下线维护。但由于生产需要，现场没有足够的时间更换转子，遂制定并实施临时处理方案：首先，检修人员进入机壳内，将叶轮直接焊接固定在轴上，以减少振动和冲击；其次，焊接固定后，在确保生产的同时，尽量降低风机转速，待高炉系统检修时更换转子。

图1 风机现场布置

图2 叶轮松动后临时补焊

至高炉系统检修前，叶轮曾脱焊一次，补焊后继续使用；检修所需备件，轴承、叶轮均提前在车间内安装完毕后，运送至检修现场。根据安装技术要求，轴承外套与轴承箱的孔径过盈量：0～0.04 mm，端盖和轴承外径间隙：0.015～0.03 mm；现场实测数据，轴承外套与轴承箱的孔径过盈量：0.02 mm，端盖和轴承外径间隙：0.015 mm，检查轴系对中情况，径向偏差≤0.05 mm，倾斜≤0.2/1000符合要求。

检修完成后，系统试车，发现转速较低时振动值较小，随着转速增加，振动值明显增大，并且存在明显异响。打开检修人孔发现，机壳部分变形，叶轮距机壳变形部位间距较小，机壳上有明显磨损痕迹，随着风机转速的增加，振动值显著增加，叶轮摆动明显，磕碰风机机壳所致；对机壳变形处进行拉伸，切断加强筋板，用倒链拉伸机壳至合适位置，焊接固定。

对风机转子进行频谱分析，测点选择在对振动影响最为敏感的滚动轴承处，频谱图如图3所示。

图3 近风机轴承端频谱图

由图3，我们发现谐波能量集中于基频25 Hz振动，在典型频谱上出现与旋转频率相同的一倍频分量，并且出现较小的高次谐波，根据以上特征，我们判断故障原因为转子不平衡。 对转子进行现场动平衡校验，确保转子平衡。

通过以上方案处理后，风机各点满载测振数据最大值只有1.8 mm/s，整体运转平稳。

助燃风机

2010年9月份，安钢炼铁厂2800 m3高炉热风炉1#助燃风机，弹性尼龙棒磨损异常，部分发生剪切。利用简易测振仪测得近风机点轴承端振动值数据：H:4.9 mm/s A :3.5 mm/s V:9.0 mm/s。

图4 助燃风机现场

图5 尼龙棒剪切

由测振数据，我们发现轴承的径向振动较大，同时根据弹性尼龙棒磨损情况，初步推断原因：（1）系统可能存在不对中，尼龙棒承受较大剪切力。（2）系统可能存在机械松动，地脚松动、轴承磨损量较大或安装不当，尼龙棒承受较大径向力。

为了判断风机振动产生原因，对近风机点轴承端进行频谱分析，由图6所示，振动主要集中在一倍频25Hz，二倍频50Hz，同时产生整数倍的谐波分量，根据频谱图显示，判断可能存在机械松动或者不对中，但很难判断是何种故障。

图6 近风机点频谱图

利用百分表检查轴系的同心度，检查结果符合安装技术要求，判断振动原因应该是转子存在机械松动。机械松动包括外部松动和内部松动，外部松动主要是基础、地脚、轴承座等的松动；内部松动主要包括叶轮在轴上的松动，轴承磨损间隙过大，轴承与轴承座的间隙较大，在频谱上产生较多的高次谐波分量。

原因排查：（1）拆除机壳检查风机叶轮，由于风机长时间露天运行，叶轮部分磨损、锈蚀，平衡可能被破坏。（2）对轴承箱进行解体检查，发现近电机侧轴承与箱体存在较大的径向间隙，径向垂直端实测数据为0.08 mm，远大于风机安装要求的0.04 mm，运行过程中，尼龙棒承受较大的弯扭力矩。

解决方案： （1）由于叶轮、轴承等组件已接近运行周期，需更换转子一套。（2）检查地脚螺栓，用扭力扳手加载至指定的预紧载荷。（3）调整合适的轴承间隙与游隙，确保轴承良好的运转状态。现场处理后，风机运转平稳，弹性尼龙棒无异常磨损。

小结

利用简易测振仪判断出风机运转状态异常，不易判断故障原因时，首先应该对振动信号进行频谱分析、相位分析。其次由于振动是矢量信号，在测试和平衡过程中，传感器的位置和方向应该保持不变；同时，在现场生产中，应加强对设备的点检与维护，以确保风机的正常运行。

（1）、简易测振仪在现场已普及应用，虽然能判断设备的运转状态，但是缺乏有效的监控和分析手段，所以对一些重要旋转设备需加装传感器，接入微机画面，实现实时监控，并增加辅助分析软件，快速判断排除故障。

（2）、收集整理点检数据并绘制成曲线，同时结合电机负载、介质温度、压力、流量及生产工况等条件，来进一步掌控风机的工作状态。

（3）、定期对转子进行检查，主要包括锁紧装置检查、叶轮与转子固定螺栓检查，转子磨损或粘料情况。

[1] 陈长征,胡立新,周勃,等.设备振动分析与故障诊断技术. 北京：科学出版社,2007.5

罗亮（1983.11—），男，安徽六安人，河南省安阳市安阳钢铁集团责任有限公司炼铁厂设备材料科，助理工程师，本科，从事高炉喷煤设备管理。

The Fault Diagnosis Technology of Blower in 2800m3Blast Furnace in Angang

LUO Liang，ZHANG Zhi-jun，LI Bao-jun，LU Jian-wei

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