连铸二冷风机动平衡故障诊断与治理

牛红杰

（秦皇岛首秦金属材料有限公司，河北 秦皇岛 066326）

秦皇岛首秦金属材料有限公司3#连铸机是由奥钢联设计的一台板坯厚度达到400mm特厚板坯连铸机。连铸过程中当铸坯进行二次冷却时会产生大量高温蒸汽，为了避免蒸汽对机械、液压与电气设备腐蚀，通常在扇形段二冷室两侧各设置两台风机及相应管道将蒸汽排至厂房外。3#连铸机二冷风机安装在二层风机房内，风机在运行过程中存在粉尘结垢、机体腐蚀等，易导致出现动不平衡故障，由此引发轴承振动超标，转子跳动等问题。以下将针对该二冷风机的动不平衡故障检测与治理技术进行详细阐述。

1 连铸机二冷风机设备概况

1.1 二冷风机结构

3#连铸机二冷风机由国内某专业厂提供，采用V型皮带传动的结构形式，风机总成包括电机、带轮、V型皮带、风机转子、机壳、吸风口、出风口及风口调节装置等部件。其中，风机机壳设计为上、下剖分型式，通过螺栓联接，机壳进风侧与风口调节装置也是螺栓联接。转子底座与风机整体底座焊为一体，如图1所示。

图1 风机结构示意图

1.2 二冷风机参数

该风机安装于大包转台下方两侧的风机房内，整体底座使用缓冲垫放置。风机的规格参数如表1所示。

表1 二冷风机规格参数

该风机在运行过程中，二冷水循环过程中盐类物质在过饱和的状态下结晶析出成垢，在风机抽力的作用下进入排汽系统中，垢粘结在风机叶轮上。运行过程中垢脱落，破坏了风机的动平衡，造成风机振动增大，长时间运转会造成叶轮薄弱处断裂。

2 风机动平衡检测理论

2.1 不平衡离心力计算

当风机转子旋转过程中，由于结垢脱落、叶片腐蚀等原因，使通过转子重心的主惯性轴与旋转轴线不相重合而旋转时，转子产生不平衡离心力F，其值由下式计算：

式中，G为转子的重量，kg；E为转子重心对旋转轴线的偏移，mm；n为转子的转速，r/min；w为转子的角速度，rad/s；g为重力加速度，mm/s2。

由上式可知，当风机高速旋转式，即使具有很小的偏心距，也会引起非常大的不平衡的离心力，成为轴或轴承的磨损。所以，对风机进行动平衡故障诊断是非常必要的。

2.2 平衡质量的确定

评价转子不平衡大小可以用许用不平衡力矩或者偏心距表示。其中，静平衡（单面平衡）的许用不平衡力矩为：

动平衡（双面平衡）校正平面的许用不平衡力矩为：

式中，M为许用不平衡力矩，kg·mm；E为许用偏心距，mm；G为转子重量，kg。

2.3 现场动平衡测试仪器介绍

现场动平衡技术使用的是北京京航公司生产的HG-3568双通道现场动平衡仪，系统主要由专用双通道数据采集箱、传感器、电脑及动平衡软件系统组成。该仪器采用试重法和影响系数法，能自动解算出加（减）配重的质量大小和角度。可以在一次动平衡校正就可以去除转子（轴系）90%以上的不平衡量，设备如图2所示。

图2 HG-3568双通道现场动平衡仪

3 二冷风机动平衡故障诊断与治理

3.1 测振传感器布置图

3#铸机二冷风机属于转子单面支撑安装方式。转速信号采用红外转速检测仪采集，首先在转动轴上贴上反光条，再用专用转速支架安装转速传感器，并对正反光条；采用加速度振动传感器水平吸附在轴承座上采集振动信号数据，传感器布置如图3所示。

3.2 故障数据采集

在仪器上，选择“分析”键，选择“测量转速”功能后，按下“确认”键，待转速稳定后，分析转速判断是否属于动平衡的问题；如果存在不平衡，选择“平衡”主功能下的“试重法”后，按“确认”键，并选择是“单面”的不平衡，数据采集过程如图4所示。

图3 传感器布置图

图4 数据采集过程图

3.3 故障分析与诊断

3月20日3#连铸机检修中，对二冷风机的动平衡状态进行检测，具体参数设置为：采样点数n=1024；分析频率fh=1000Hz；频率分辨率f=1．25Hz。轴承座测点振动波形及频谱图如图5所示。

图5 轴流风机轴承测点图谱

综上所述，二冷风机测振点的振动波形图的通频带有效值为 0．913mm/s、峰值为 1．742mm/s、平均值为0．813mm/s、脉冲指标为 2．143、峰值指标为 1．909、峭度指标为 1．696，以及裕度指标 2．340。

3.4 故障消除

依据实测数据和故障诊断标准，诊断该轴可能存在不对中故障，故障概率为9．09%，并表明该故障是由于质量偏心而引起的动平衡不良造成。建议通过加配重解决动平衡不良故障，进一步消除对中不良故障。加配重时要注意：仪器所说的角度是按照设备的旋转方向作为“正”方向的，所加的试重的质心点作为角度的起始点。此外，在焊接配重质量块之前，一定要将试重使用的质量块取下来。同时，要尽量将配重质量安装的角度位置选准和将配重质量大小做到最大程度精确；配重质量加好后，运行设备，此时测量的为“剩余振动”，用户根据自己设备的精确程度，来分析是否要二次平衡。

4 结语

以上针对秦皇岛首秦金属材料有限公司3#铸机二冷排蒸汽风机存在腐蚀和积垢脱落导致的动平衡问题，使用HG-3568双通道现场动平衡仪，利用检修时间对故障进行诊断和实时处理。该技术不仅可以及时消除设备隐患降，还对降低二冷风机的维护成本提高风机使用寿命有重要作用。