振动标准的解读及其在干法水泥生产线的应用

2012-11-10 06:11崔建学董小明缑建坤李牛牛
水泥技术 2012年3期
关键词:积尘生产线风机

崔建学,董小明,缑建坤,李牛牛

振动标准的解读及其在干法水泥生产线的应用

Interpretation of the Vibration Standards and its Application in Cement Rotary Kiln Plants

崔建学,董小明,缑建坤,李牛牛

干法水泥生产线中的风机①,只有在机械安全运行的基础上才能给生产线提供所需的流量和压力,机械振动值的大小是风机安全运行重要的考核指标之一;风机振动值只有在特定的数值范围内,风机的运行才是安全的。那么什么样的振动值范围是生产线风机的安全运行值?本文针对种种振动标准,给出将怎样理解和使用这些振动标准,怎样确定生产线中风机安全运行的振动值。

1 综述

针对机械运转,从人们的主观意愿来讲,振动值应是越小越好,机械运转起来既没有振动也没有声音。然而,客观上偌大的一个设备,其功率少则几百千瓦,多则几千千瓦,这么大的能量要在设备上进行能量转换,机械能量、声音能量和热能没有是不可能的。振动标准的制订只能是在设备不被损坏的前提下,设备的功耗越小越好,设备运行时间越长越好。设备运行时的振动、噪声及热量是永远存在的,从此意义上讲,振动标准的制订反映了一个时代、一个国家、一个工厂的加工制造水平。

同时,振动标准是设备运行和维护经验的积累,人们在长期的设备使用和维护中总结出许多实际经验,这些经验对设备的使用起到一定的作用。振动标准没有优劣之分,只有科学与不科学之别。

随着技术、加工、制造、运行和维护水平的不断提高,振动标准和其他事物一样都在不断发展和变化,不管在哪种情况下,振动标准都是运行设备的合理评价。

振动标准繁多,都有其应用的对象与范围。如果我们国家有自己的标准应该遵循自己的国家标准(GB国家标准;GB/T国家推荐标准),中国没有的标准,那么中国是ISO(international organ of standard国标标准协会)的会员,应该遵循ISO的标准。

2 振动标准的变迁与选用

在上世纪70、80年代前后,人们对振动的理解很模糊,对振动只是一个定性的了解,振动没有专业测量仪器和仪表,对振动没有定量的认识,振动的大小是以操作者的经验为准。后期随着国外设备的引进,振动仪表与仪器也随之引入,振动才有定量的概念,这时就有一些部级标准和行业标准。在中国,振动知识的全面应用是在电力行业和石化行业,这两个行业对设备运行要求很严格。在风机行业振动概念的全面应用是在上世纪90年代后,这时风机行业开始真正地使用振动的概念。

国际标准组织(ISO)是世界上公认的标准制订机构。ISO在1986年制定轴振(振动位移)的测量标准,ISO7919-1986《回转机械转轴振动测量和评价》,在1996年修改为《旋转机械转轴径向振动的测量和评价》,这些标准中对转轴振动的相关知识都有较为详细的描述。简称为ISO7919-1996。1997年中国将这一标准进行了移植,等效移植为GB/T11348-1997。

ISO在1977年制定了以烈度为准的轴承座振动标准,ISO3945-1977,即《在非转动部件上测量和评价机器的机械振动》,在1985年对此作了修改,成为ISO3945-1985,在1989年对此再做修改,成为ISO10816-1996。我国于2001年做等效移植,即为我国的GB/T6075-2001,即《在非转动部件上测量和评价机器的机械振动》,简称为GB/T6075。

风机(风机种类多,它们以出口压力来区分,包括通风机、鼓风机和离心压缩机,本文所讲的风机是严格意义上的通风机)一般都是测量轴承座的振动值,所以对应的标准应该是GB/T6075(也是笔者推荐的风机振动测量标准)。

表1 GB/T6075对振动值的规定

3 振动标准解读

在6075(本文中所提到的振动标准应该是GB/T6075.3-2001,为叙述方便简称为6075)中,把振动机器分成四类,新型干法水泥生产线(后简称为生产线)风机属于第三振动机器;在6075中对振动值的规定如下:

生产线的风机都可按柔性支撑处理,对应的柔支座振动区域如下:

A区值:≤3.5

B区值:3.5<,≤7.1

C区值:7.1<,≤11.2

D区值:>11.2

在早期的标准中振动值(烈度)的阶梯值是按1.61倍的关系给出的(单位:mm/s):

0.28→0 .45→0.71→1.12→1.8→2.8→4.5

→7.1→11.2→18.0→28.0→45.0

在6075-2001中出现的2.3和3.5阶梯值,在以前的振动标准中是2.8和4.5阶梯值。对此可以这样理解,随着机械加工技术的提高,标准中振动值的变小是正常的,但是对加工手段没有改变的机械设备,用原来的振动阶梯值仍然是正确的,生产线风机就属于此种情况。

在6075中,对四个区域的振动值有三种解释。按照新产品的解释(设备出厂前机械运转试验)是:A区是良好,B区是合格,C区是不合格,D区是不允许。按照现场运行的解释是:A区是新交付使用机器的振动值,可以长期运行;B区是机器可以长期运行的振动值,不会对机器造成损坏;C区的是机器短期运行的振动值,D区是机器运行是危险的振动值,会对机组造成破坏。按照是否需要做振动处理的解释分别是:A区是不需要处理;B区是可以长期运行,但在下次的检修中要进行振动处理;C区是可以短期运行,但要在近期安排振动处理;D区是必须立即停机进行振动值处理。

4 风机振动的报警值和停机值

在6075约定,报警值为B/C区的25%,用振动烈度表示为8.9mm/s;停机值为C/D区的25%,用烈度表示为:14.8mm/s。根据实际经验这两个百分比可以放大,可取:50%~70%,和60%~80%,这一点要根据基准振动值选用,使用时须慎重。

以基准振动值(在下面的讨论中有定义)为准的报警值,标准中也有约定,振动值超过基准振动值的25%就是报警值;超过50%为停机值。在有些场合为了避免机械重大事故的出现,还规定轴承座振动值突然超过30μm或轴振动值突然超过50μm就应停机。

5 风机振动值的讨论

5.1 风机振动值

在振动标准中,有基准振动值的概念,基准振动值是指某一旋转机械在实际的运行过程中,振动没有引起机械损坏且机械运行了相当长一段时间的振动值,该值叫基准振动值,它与振动标准中涉及振动值大小无关。该值是旋转机械实际运行值,在没有机械运行之前此值是不存在的。因为该值产生于机械的实际运行,是经验值,所以该值对机械运行具有重要的指导意义,用它衡量机械运行时就显得更为重要,大多数实际操作者所指的振动大小就是以此值为准,在振动标准中也认可基准振动值。

虽然振动大,但机器已经运行了相当一段时间,振动也对机器没有造成损坏,这与振动标准不矛盾,只能说设备的强度大,是超强度设计,即通俗说的机器“结实”。

虽然振动不大,但是机器运行总是不稳定,甚至振动还造成机器损坏,但振动值却在振动标准规定的范围内,这与振动标准也不矛盾,只能说设备的设计强度差。

通常说的振动大,有两层含义:一是按标准中所讲的振动值大;二是基准振动值报警,标准中对此有约定,基准振动值超过基准值的25%就是报警值。

5.2 机械振动的度量方式

振动值是机械运行好坏的度量,是机械振动的大小的反映。振动值有三种度量量纲,振动加速度、振动烈度(速度)和振动位移。很明显加速度是振动激振力的度量,加速度乘以质量就是振动力;烈度是振动对机械破坏程度的度量,是单位时间内被测物体移动的距离大小;振动位移是被测物体离开静态位置的大小。三种度量侧重点各异,在实际中都在使用,最佳测量单位的选择是:加速度传感器以加速度为单位,速度传感器以速度为单位,电涡流传感器以位移为单位,这样可以减小换算误差。由于测量方法的不同,烈度和加速度可以直接换算(这里的振动值是机器相对大地的振动,是绝对振动值),而它们和位移(相对振动)之间的换算比较复杂,一般都认为烈度测量是位移的3~5倍,这和轴承座的刚度有关,没有精确值。

5.3 振动值和转速的关系

对风机而言,转速为3000r/min都称高速风机,生产线使用的风机(不包括其他小风机)都在此转速以下,这样的风机都称低速风机。

振动标准中,只约定了两个转速的振动标准,而实际上风机的转速有各种各样的,风机的转速很随意,从这种意义上讲振动标准是不完善的。所以用6075度量的风机振动是有误差的。

5.4 振动值和轴承的关系

常用的滚动轴承有滚珠轴承、滚柱轴承等,常用的滑动轴承有圆柱瓦、椭圆瓦、可倾瓦轴承等,这些轴承的工作原理不一样,技术参数差异很大,但在振动标准中这些差异没有区分,都以振动值的大小来统一。

事实上,轴承联接着机器动静部分,它的参数对轴系的对中、对转子的作用力是不同的,这些在振动标准中没有体现出来。

5.5 振动值的突变

振动值的突变是机械运转中振动一个量变到质变的过程,突变值是要损坏机械或者说是损坏机械的开始,设备可以在振动大一点的情况下运行,但是不能在振动值突变下运行。振动的突变不管幅度大小,都要进行处理,对突变必须查明原因,引起足够的重视;在振动值突变后,还要继续运行要担破坏设备的风险。

6 风机振动标准的正确理解与运用

生产线风机的运行平稳与否与各个厂家的设计加工水平相关联,主要体现在风机选用的传动组(轴承座)上,而传动组的设计不做强度计算,是根据风机型号大小选用现有的标准传动组,受选用经验支配,而生产线风机振动值与轴承座的刚度系数成反比。

风机的振动有两种情况:

风机安装后,振动值小(比振动标准值小),使用者有一个错误概念,风机的振动本来就是这样,风机的振动变大一点(比振动标准值小)他们就认为风机振动值大,对振动值大很敏感。

风机安装后,振动就很大(比振动标准值大),使用者也有一个错误的概念,风机的振动本来就这样,风机振动再大一点(比振动标准值大得多)使用者认为振动值在容忍范围内,对振动值大麻木。

以上两种振动观点都是错误的,应该重新认识风机的振动,正确的风机振动概念是以风机振动标准为依据理解振动、看待振动。不管风机安装后还是在运行中,以风机的振动标准来衡量风机的振动,对风机的振动有一个正确的认识,对振动把握有度,正确地对待风机振动的大小,正确地处理振动值。

7 振动标准使用实例

生产线中的窑头风机是一种高效风机,它的叶片是机翼型,这种风机使用介质有粉尘,磨损易造成振动大。下面是某窑头风机运行时振动数据(∥表示水平振动,⊥表示垂直振动,→表示轴向振动。):

驱动端:∥8.2mm/s⊥6.1mm/s→4.3mm/s

自由端:∥7.3mm/s⊥7.0mm/s→3.3mm/s

这样的风机运行数据,振动值是8.2mm/s,已经大于7.1mm/s,是应该处理的范围,短时间运行可以,绝对不能长时间运行;经现场平衡后振动值为:

驱动端:∥2.8mm/s⊥1.2mm/s→2.6mm/s

自由端:∥2.3mm/s⊥0.9mm/s→1.9mm/s

对此的解释是:风机的振动确实是转子不平衡引起,窑头风机的介质含有一定量的粉尘,粉尘对叶轮的磨损是不可能避免的,由于磨损的不均匀造成转子不平衡;平衡后的振动数据使风机可以长期运行;平衡后的振动数据轴承向振动大(2.6mm/s),可能是对中不太好或者叶轮漂摆大。

生产线中的循环风机由于工艺上的特殊性,叶轮易粘尘,在停机时在其叶片的非工作面都有一定的积尘。下面是某循环风机运行时振动数据:

驱动端:∥2.2mm/s⊥1.2mm/s→2.3mm/s

自由端:∥5.2mm/s⊥4.3mm/s→2.5mm/s

该振动值长期运行也可以,因为循环风机磨损不确定,也有颗粒物,运行中的平衡不固定,可能运行一段时间振动会下降,但是如果振动值增加就要处理。由于风机处于检修,清理叶片的积尘后,又做了现场动平衡,之后振动值如下:

驱动端:∥0.9mm/s⊥0.5mm/s→1.3mm/s

自由端:∥2.1mm/s⊥1.8mm/s→1.8mm/s

这样的振动值完全满足长期运行的要求,前面的振动是由于积尘和不平衡引起。对于叶轮积尘有两点,一是积尘是均匀的,不可能一个部位特多,一个部位特少,整体来讲转子是相对平衡的,积尘振动会增大,但不可能一直增大;二是积尘使风机的振动大,风机不可能在一个很理想的振动值下运行,振动值在一定范围内变化。彻底解决积尘的方法有两种:一是改变水泥流程工艺;二是改变风机的叶片形状,这两点都是以付出成本为前提的。

[1] 李庆宜.通风机[M].北京:机械出版社,1981.

[2] 冠胜利.汽轮发电机组的振动及现场平衡[M].北京:中国电力出版社,2007.

[3] 崔建学.离心压机的临界转速监测[J].技术通讯,1997,(1).

[4] 崔建学,许飞.刘浩.振动分析仪现场应用探讨[J].工程师,1997,(1).

TH432.1

A

1001-6171(2012)03-0085-03

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