稀土鋼板材廠連鑄二冷風(fēng)機(jī)振動(dòng)處理

張鵬飛　邵曉斌

摘要：本文針對(duì)包鋼稀土鋼板材廠連鑄二冷風(fēng)機(jī)振動(dòng)異常，通過(guò)頻譜分析技術(shù)及有關(guān)振動(dòng)診斷理論得出對(duì)于剛度低的撓性支撐設(shè)備，具有多個(gè)共振影響區(qū)，通過(guò)控制每個(gè)影響區(qū)振速值分階段，分配重面解決風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子平衡問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：風(fēng)機(jī);多共振區(qū);撓性支撐;動(dòng)平衡

1概述

連鑄二次冷卻指的是連鑄煉鋼過(guò)程中，在結(jié)晶器出口到拉矯機(jī)的長(zhǎng)度區(qū)間內(nèi)對(duì)鑄坯進(jìn)行的強(qiáng)制均勻冷卻，這個(gè)區(qū)間稱(chēng)二次冷卻區(qū)。稀土鋼板材廠煉鋼作業(yè)部二冷區(qū)域有8臺(tái)工藝離心風(fēng)機(jī)，因風(fēng)機(jī)導(dǎo)流介質(zhì)蒸汽中含有氧化鐵皮粉末，高溫狀態(tài)下氧化鐵皮粉末容易粘結(jié)在風(fēng)機(jī)葉道中，一旦停機(jī)后風(fēng)機(jī)因雜質(zhì)粘附的不均勻造成轉(zhuǎn)子嚴(yán)重不平衡，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)起車(chē)?yán)щy。

2風(fēng)機(jī)故障診斷

2.1風(fēng)機(jī)故障現(xiàn)象及診斷。板材廠連鑄二冷風(fēng)機(jī)自2016年投產(chǎn)運(yùn)行，因風(fēng)機(jī)為產(chǎn)線工藝重要風(fēng)機(jī)，因此納入A類(lèi)設(shè)備，定期受控監(jiān)測(cè)，2016年下半年開(kāi)始發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)振動(dòng)逐漸上升。

風(fēng)機(jī)采用300kW，額定電壓10000V高壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子為懸臂結(jié)構(gòu)，電機(jī)與風(fēng)機(jī)總成安裝在軟基礎(chǔ)之上，且風(fēng)機(jī)機(jī)體坐落在軟基礎(chǔ)之上。運(yùn)行幾年之后風(fēng)機(jī)葉輪結(jié)垢非常嚴(yán)重，現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)機(jī)振動(dòng)異常，風(fēng)機(jī)運(yùn)行在45Hz，897r/min時(shí)，狀態(tài)差的風(fēng)機(jī)振速值可達(dá)30mm/s，嚴(yán)重超標(biāo)，通過(guò)頻譜及相位分析轉(zhuǎn)子嚴(yán)重不平衡是引起風(fēng)機(jī)振動(dòng)的主導(dǎo)因素，不得不在定修期間停機(jī)處理。因沒(méi)有備機(jī)，連鑄為稀土鋼板材廠關(guān)鍵產(chǎn)線，一般定修時(shí)間在12h左右，因現(xiàn)場(chǎng)空間狹小，吊裝非常困難，無(wú)法在12h內(nèi)更換風(fēng)機(jī)葉輪，只能現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)人孔盤(pán)車(chē)清理轉(zhuǎn)子積垢，然后采用現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)處理風(fēng)機(jī)葉輪平衡問(wèn)題。

3風(fēng)機(jī)故障處理

風(fēng)機(jī)葉輪直徑2m，葉輪寬度700mm，寬徑比0.35>0.2，風(fēng)機(jī)葉輪除做靜平衡外還應(yīng)做動(dòng)平衡。

2016年-2017年間因葉輪輕度磨損，清理頻次較高，積垢每次比較好清理，葉輪清理干凈后，每次現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡僅是一次單面動(dòng)平衡即可解決振動(dòng)問(wèn)題。

2018年因風(fēng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行3年，現(xiàn)場(chǎng)蒸汽較大，銹蝕導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度下降，葉輪積垢非常嚴(yán)重，每次葉輪清理耗時(shí)耗力，不能完全清理干凈，且清理不均勻，風(fēng)機(jī)葉輪嚴(yán)重不平衡。

3.1試重質(zhì)量的選擇。因二冷風(fēng)機(jī)電機(jī)、風(fēng)機(jī)本體、風(fēng)機(jī)機(jī)殼坐落在撓性基礎(chǔ)上，整個(gè)系統(tǒng)剛度極低，存在多個(gè)固有頻率，分別為基礎(chǔ)固有頻率、電機(jī)+基礎(chǔ)這個(gè)子系統(tǒng)的固有頻率，風(fēng)機(jī)+基礎(chǔ)這個(gè)子系統(tǒng)的固有頻率，機(jī)殼固有頻率等，風(fēng)機(jī)從0r/min-900r/min的過(guò)程中會(huì)在3.3HZ，10Hz，10Hz+3.3Hz，風(fēng)機(jī)振速值超過(guò)10mm/s，在這些頻率附近出現(xiàn)共振導(dǎo)致采集數(shù)據(jù)紊亂。

對(duì)于這樣結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子，共振區(qū)較多，每次配重過(guò)程試重質(zhì)量必須控制在一定范圍內(nèi)，500r/min試重質(zhì)量300g左右，700r/min試重質(zhì)量120g～180g左右，900r/min試重質(zhì)量80g～120g，因?yàn)檫@樣的試重量能引起振動(dòng)值或相位20%儀式上的變化，且不會(huì)影響風(fēng)機(jī)起車(chē)過(guò)程共振造成數(shù)據(jù)紊亂。

3.2平衡面的選擇。因風(fēng)機(jī)起車(chē)過(guò)程需要做多次動(dòng)平衡，單獨(dú)選在一個(gè)平衡面，會(huì)造成本次結(jié)果對(duì)上次干擾，因此試重后及時(shí)分析，發(fā)現(xiàn)存在干擾時(shí)更換配重平面。

3.3動(dòng)平衡過(guò)程。風(fēng)機(jī)在低速盤(pán)車(chē)過(guò)程明顯質(zhì)量分布不均勻，風(fēng)機(jī)因基礎(chǔ)剛性低，有些嚴(yán)重不平衡的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子在200r/min時(shí)整個(gè)機(jī)體嚴(yán)重抖動(dòng)，無(wú)法起車(chē)。標(biāo)記好葉片編號(hào)之后，多次盤(pán)車(chē)，隨機(jī)?？孔钕旅娲螖?shù)最多的葉片位置為偏重位置，通過(guò)多次盤(pán)車(chē)質(zhì)量配置，每一個(gè)葉輪可隨機(jī)停止時(shí)，風(fēng)機(jī)起車(chē)。運(yùn)行至500r/min時(shí)，在此基礎(chǔ)上做一次單面動(dòng)平衡，必須保證此時(shí)風(fēng)機(jī)振動(dòng)<0.5mm/s，500r/min時(shí)風(fēng)機(jī)振動(dòng)超過(guò)1mm/s，風(fēng)機(jī)起至600r/min時(shí)振動(dòng)急速升高，會(huì)導(dǎo)致再次振動(dòng)異常數(shù)據(jù)紊亂，過(guò)完600r/min振動(dòng)值開(kāi)始回落，升至700r/min再做一次動(dòng)平衡，保證此時(shí)振動(dòng)值<5mm/s，風(fēng)機(jī)可運(yùn)行在800r/min時(shí)振動(dòng)不會(huì)超過(guò) 10mm/s，再次升速在900r/min，在這個(gè)轉(zhuǎn)速下再做動(dòng)平衡保證設(shè)備良好運(yùn)行。

3.4影響系數(shù)的計(jì)算。風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡采用的原理為影響系數(shù)法，所謂影響系數(shù)就是單位配重質(zhì)量對(duì)系統(tǒng)的影響量。其中主要因素為滯后角的計(jì)算，滯后角是轉(zhuǎn)子產(chǎn)生最大相應(yīng)后通過(guò)軸承座傳遞到傳感器中，傳感器捕捉到信號(hào)與轉(zhuǎn)子產(chǎn)生相應(yīng)之間的相位差，同類(lèi)型設(shè)備相位差在旋轉(zhuǎn)方向一致，相位傳感器與振動(dòng)傳感器之間位置固定的情況下，滯后角度基本不變，因此考慮二冷風(fēng)機(jī)多次做動(dòng)平衡，積累了相關(guān)數(shù)據(jù)，減少了起車(chē)次數(shù)。

對(duì)于動(dòng)平衡偏差較大的轉(zhuǎn)子至少需要做3次雙面動(dòng)平衡，也考慮高壓電機(jī)汽車(chē)次數(shù)問(wèn)題我們分別記錄了同類(lèi)型轉(zhuǎn)子在固定轉(zhuǎn)速下的影響系數(shù)，在500r/min，700r/min，900r/min這幾個(gè)轉(zhuǎn)速下做單面平衡，若單面平衡沒(méi)效果，再考慮更換平衡面。

經(jīng)過(guò)多次的嘗試，每次都能通過(guò)動(dòng)平衡解決風(fēng)機(jī)振動(dòng)問(wèn)題。

4在線動(dòng)平衡技術(shù)一次加重法的研究

風(fēng)機(jī)一次加重，解決動(dòng)平衡問(wèn)題的關(guān)鍵是得試重質(zhì)量對(duì)風(fēng)機(jī)的影響，即求出風(fēng)機(jī)的影響系數(shù)。下面以本臺(tái)風(fēng)機(jī)的平衡過(guò)程計(jì)算出本臺(tái)風(fēng)機(jī)或與之類(lèi)似風(fēng)機(jī)的影響系數(shù)。

設(shè)：原始振動(dòng)為a=19，相位166°

試重后的振動(dòng)為b=21，相位154°，試重后的振動(dòng)為原始不平衡與試重質(zhì)量不平衡的合力。

c為試重在系統(tǒng)的影響產(chǎn)生的矢量，a與b間的夾角為c=166-154=12°，根據(jù)余弦定理c2=a2+b2-2abcosc求出c，c即試重質(zhì)量112g在平衡系統(tǒng)中產(chǎn)生的影響為4.6，可求出19的量值需要442g質(zhì)量去平衡原始振動(dòng)產(chǎn)生的影響，因此加重質(zhì)量已確定。

再次應(yīng)用余弦定理可求出θ角，θ角與試重角192之間的差值為滯后角，即實(shí)際加重角滯后系統(tǒng)不平衡的相位。

計(jì)算出滯后角之后，配重位置即原始相位的180度位置，再減去滯后角。

對(duì)于同類(lèi)設(shè)備可積累大量的設(shè)備影響系數(shù)，得出設(shè)備影響系數(shù)后，下次同類(lèi)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡過(guò)程可直接應(yīng)用影響系數(shù)得出加重位置即質(zhì)量，可實(shí)現(xiàn)一次加重解決旋轉(zhuǎn)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)平衡問(wèn)題。

5結(jié)束語(yǔ)

二冷風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)為撓性基礎(chǔ)，基礎(chǔ)固有頻率非常低，極易與其他部件組合形成新的固有頻率。風(fēng)機(jī)在動(dòng)平衡過(guò)程中必須在固有頻率較遠(yuǎn)的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)做動(dòng)平衡，且每次必須通過(guò)配重，將振動(dòng)值控制在一定范圍內(nèi)，才能保證起車(chē)過(guò)程通過(guò)下一個(gè)共振區(qū)。

本文通過(guò)總結(jié)包鋼稀土鋼連鑄二冷風(fēng)機(jī)振動(dòng)故障處理工藝，為分析此類(lèi)故障診斷檢修提供了依據(jù)，有助于同類(lèi)設(shè)備故障消缺。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊國(guó)安.《旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷實(shí)用技術(shù)》. 北京： 中國(guó)石化出版社， 2012.

[2]黃志堅(jiān).《機(jī)械設(shè)備振動(dòng)故障檢測(cè)與診斷》.北京：化工出版社.2010.

（作者單位：內(nèi)蒙古包鋼（集團(tuán)）電氣有限公司）