大型轴流鼓风机组防喘实验振动原因分析及处理

张金成,张 艳,张学锋

(中冶京诚工程技术有限公司,北京 100076)

1 引言

大型轴流式鼓风机是大型高炉的核心设备之一，被业界称为“高炉心脏”，其安全可靠、高效节能直接影响高炉的运行。目前，高炉轴流鼓风机技术已达到一个比较完善的程度。但是，在大型高炉轴流鼓风机组运行过程中及初期调试过程中，机组喘振现象仍比较普遍。尤其是AV80及以上大型轴流鼓风机组，调试过程中喘振现象明显，破坏力强，稍有不慎就会造成无法挽回的损失。

本文就某钢厂AV90轴流鼓风机组防喘振实验过程中的不正常振动现象，进行分析总结，为机组设计、调试人员提供部分经验。

2 轴流鼓风机组工艺系统及特点

轴流鼓风机主要工艺流程：空气→过滤装置→轴流鼓风机→止回阀→出口消声器→送风阀→送风管道→高炉。工艺流程见图1。

空气由空气过滤器去除杂质通过吸风管道经整流栅进入鼓风机入口，经过鼓风机压缩，由鼓风机出口管路送出。为减少振动、减小管道噪音，鼓风机出口管道设置有补偿器及消声设备。

图1 鼓风机进出口风工艺流程

为防止鼓风机喘振及阻塞，鼓风机出口管路上除设置自动防喘振阀及放风消声器外，还设有自动防喘振旁路管的电动放风阀。为防止气体逆流，还设有止回阀。

3 轴流鼓风机组防喘振实验

喘振是透平压缩机的固有特性。为防止轴流鼓风机组在正常生产过程中喘振现象的发生，在高炉鼓风机调试过程中，有着极其重要的一环——防喘振实验。

所谓的防喘振实验即：通过人为调整风机运行参数的方式，使风机工作参数达到风机发生喘振（或极接近喘振）时的状态点并记录，以此点为基础绘制出防喘振曲线。正确防喘曲线是指导防喘振开环控制策略的主要依据，是风机正常生产的重要保障。

在实际防喘振实验操作过程中，受实验人员的主观判断、设备生产制造过程的误差、系统设计的完善程度、现场施工安装精度等多种因素的影响，可能出现风机运行的工况点未能达到生产需求，风机就已经发生喘振。这种现象的出现是不正常的。若以这些工况点绘制防喘振曲线，不能满足生产需求。防喘振实验失败，鼓风机组无法正常投产,甚至实验过程中可能造成鼓风机组重大事故。

4 轴流鼓风机组喘振原因分析

造成风机喘振有两方面的原因：从内部来说，叶栅内出现强烈的突变性旋转失速；从外部条件来说，与管网容量和阻力特性有关。

机组在做防喘振实验时，尚属调试过程，未投运生产，因此当现场做防喘振实验时，机组出现不正常振动的现象，可考虑可能是由以下几个原因引起：

(1)生产厂风机制造过程中，风机设计或制造存在误差；

(2)设计院整个鼓风系统设计过程中存在不合理因素；

(3)风机现场安装过程中存在施工质量问题，未按照设计院设计施工；

(4)风机调试人员操作过程未达标。

本着处理问题应由简到繁，由易到难，尽快解决问题的原则，可按以下方式实施逐一解决。

首先，由现场调试人员再次严格按照防喘振实验操作规程重新开始实验；

其次，检查现场施工情况，同时，核实设计院系统设置是否合理。完善现场施工存在的问题。一般情况下，设计院设计的系统大都比较成熟，且已经存在成功运行的实例，但由于鼓风机组本身生产、制作、安装都存在合理的误差范围，即每台鼓风机本身特性均不相同，所以可能出现需要设计院现场微调设计方案。这一工作需要调整的范围小，工程难度小，可以与现场施工问题处理一同实施；

再次，如上述方案均不能解决防喘实验存在的问题，需要设计院对鼓风系统重新做出调整，进一步调整系统设置，同时，要求设备厂家对其设备设计及制造参数进行核实、确认；

最后，若确实为设备厂家设计及制造问题，机组或需返厂处理问题。

以上处理问题的方法，为保障机组顺利投产、安全运行，实际上是交错进行的。

5 某企业大型轴流鼓风机组振动处理方案

某企业于2012年10月，投运两套轴流鼓风机组，A点参数如下：

进口流量：7085 m3/min

进口压力：0.0997 MPa（A）

出口压力：0.48 MPa

配套电动机电压：10000 V

配套电动机功率:44000 kW

为便于观察鼓风机振动情况及鼓风机缸体热膨胀情况，在鼓风机四周设置了四个测点：A、B、C、D，分别测量鼓风机轴振动数值和鼓风机缸体热膨胀数值。如图2。

图2 4个测点示意图

轴振动测点由鼓风机厂家配套BENTLY公司振动探头，分别布置于鼓风机前、后轴承箱上，对风机前后轴承振动进行测量及记录。鼓风机缸体热膨胀测点，现场采用千分表，打表测量，人工记录测量值。

5.1 鼓风机组实验数据

鼓风机组及辅助设备安装、调试完成，油循环达标，电机调试试车完成。

风机启动。启动静叶角度21.7°，送风阀开度0%，放风阀开度100%，两台防喘振阀门开度100%。风机出风口温度29℃。

机组运行5 h左右，风机出风口温度45℃。风机准备开始防喘振实验。

（1）风机开始提升排气压力。风机出风口风温63℃，风机两个防喘阀均100%开度，此时B、C测点轴振动 51 μm，A、D 测点轴振动 15 μm，打表各点位移 0 μm。

（2）风机排气压力提升至50 kPa。风机出风口风温140℃，这时B测点轴振动75 μm、C测点轴振动 60 μm，A、D 测点轴振动 15 μm，打表点位移A、B 测点均为+28 μm，C、D 测点均为+2 μm。

（3）风机排气压力提升至100 kPa。风机出口风温165℃，两个防喘阀均70%开度，这时B测点轴振动 76 μm、C 测点轴振动 66 μm，A、D 测点轴振动15~20 μm，打表各点位移 A 测点为+22 μm，B测点为+77 μm，C、D 测点均为+2 μm；

（4）风机排气压力提升至150 kPa。风机出口风温185℃，这时B测点轴振动90 μm、C测点轴振动 91 μm，A、D 测点轴振动 15~18 μm，打表各点位移 A 测点为+23 μm，B 测点为+94 μm，C 测点为+12 μm，D测点为+8 μm。此时轴振动已经达到90 μm，实验停止。

5.2 鼓风机组运行情况

（1）风机实验过程中，排气口补偿器目测抖动幅度较大；防喘阀及电动放风阀振动明显，放空管道振动明显，防喘阀平台振动明显。

（2）现场用振动测量仪器测量风机及齿轮箱振动，数值正常，振动不大。

（3）风机随排气温度升高，风机本体排气侧有明显向管道固定点方向移动趋势。

（4）前轴承、后轴承B、C测点轴振大，即靠近管道固定点侧，同时瓦温较A、D测点始终高出6~7℃。

5.3 处理方案

停机，喘振实验操作人员重新开始实验，实验情况与第一次实验基本相同。

再次停机后，首先，进行了现场勘查。发现管道固定点未按照设计施工，焊接强度不足，且预埋钢板有空鼓。放空管道、送风主管管道托座均有不同程度脱空。针对以上情况，要求施工队伍整改。其次，经过讨论，部分专家认为管路补偿能力不足或者是施工时管道有应力集中，决定采取打包带的方式处理风机出口处管道。最后，要求鼓风机本体安装队伍对鼓风机安装各个参数，尤其是机组同轴度、轴瓦缝隙等参数进行校核。

最终现场采用如下处理方案。1、加固、修整管道支架；2、现场采用打包带方式处理风机入口管道。但实际现场施工处理过程中未发现管口有应力集中的现象；3、鼓风机本体安装队伍，对风机重新开大盖，调校各项参数。

5.4 处理效果

处理后，再次进行喘振实验。上述问题基本消除：

(1)风机轴振一侧偏大问题消除，风机实验过程中轴振基本保持在30~40 μm之间，运行稳定、情况良好；

(2)风机实验过程中，排气出口、放空管道平台及防喘阀振动明显减小；

(3)测点A、B测量数值一致，鼓风机组排气侧向固定点方向偏移问题消除；

6 结论

高炉鼓风机是高炉生产过程中的核心设备之一，直接影响高炉运行。鼓风机运行过程中喘振现象的发生及处理已经有很多的讨论，但对高炉轴流鼓风机调试过程中不正常振动现象的处理，相关文献较少。

通过本次机组调试，积累了详实的实验数据，并通过对实验数据的分析、系统的问题处理方式，最终使风机调试顺利进行，保障了整个工程的顺利投产，并为今后保障高炉供风，安全、稳定生产打下基础。同时，为鼓风机组调试现场工作人员解决调试过程中出现不正常振动的问题，有一定的指导意义。

高炉轴流鼓风机喘振实验中不正常振动的发生不仅与风机本身特性有关，而且还与管系布置、阻力特性以及风道结构有密切关系，比较复杂，有待继续研究探讨。

[1]王仲奇，秦仁编，透平机械原理[M]，北京：机械工业出版社，1989

[2]李超俊，余文龙，轴流压缩机原理与气动设计[M].北京:机械工业出版社，1987.

[3]刘士学，方先清主编，透平式压缩机强度与振动[M]，北京：机械工业出版社，1997