轉(zhuǎn)爐煤氣離心風(fēng)機轉(zhuǎn)子動平衡修復(fù)技術(shù)要點

王國君，肖任情

（湖南華菱漣源鋼鐵有限公司能源總廠，湖南婁底 417009）

前言

離心風(fēng)機作為一種高效、節(jié)能的氣體輸送設(shè)備，廣泛應(yīng)用于鋼鐵企業(yè)煤氣的加壓和輸送。轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品煤氣，含有一定量的粉塵，通過電除塵系統(tǒng)處理后進入轉(zhuǎn)爐煤氣離心風(fēng)機的煤氣仍殘留部分粉塵、冷凝水等酸性腐蝕介質(zhì)，此時的粉塵顆粒小、成分復(fù)雜、不均勻堆積、腐蝕性強，且粉塵與風(fēng)機轉(zhuǎn)子黏結(jié)強度高，易形成硬度較大的塊狀、絮狀物，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子動不平衡量過大，再加之電化學(xué)腐蝕、沖擊腐蝕和應(yīng)力腐蝕嚴(yán)重，導(dǎo)致離心風(fēng)機振動經(jīng)常偏高［1］。由振動帶來的一系列設(shè)備問題，如轉(zhuǎn)子變形、轉(zhuǎn)子軸彎曲、轉(zhuǎn)子軸磨損、風(fēng)機地腳螺栓松動等，又會進一步增加動不平衡量，形成惡性循環(huán)，嚴(yán)重時能造成破壞性事故。

漣鋼轉(zhuǎn)爐煤氣加壓站用于一煉軋轉(zhuǎn)爐煤氣的回收加壓，選用3 臺煤氣離心風(fēng)機，2 個備用轉(zhuǎn)子。由于一煉軋至轉(zhuǎn)爐加壓站的管道距離較短，粉塵較多，運行期間長則月余短則一周，轉(zhuǎn)子就會出現(xiàn)積灰腐蝕、振動超標(biāo)的現(xiàn)象。振動主要體現(xiàn)在離心風(fēng)機軸承座軸向振動和徑向振動，其中軸向振動明顯異常，靜不平衡和力偶不平衡同時存在，需要進行平衡修正。通過平衡校正的工藝修復(fù)措施可改變轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布，使各質(zhì)心的離心慣性力相互平衡，將風(fēng)機振動控制在允許的范圍內(nèi)。

振動超標(biāo)時需對加壓機進行檢修，更換備用轉(zhuǎn)子，同步下線轉(zhuǎn)子，由專業(yè)動平衡修復(fù)廠家對轉(zhuǎn)子進行動平衡修復(fù)。由于修復(fù)需要24 h 內(nèi)返廠，時間緊、難度大，且年度總修復(fù)數(shù)量也較多，因此，明確轉(zhuǎn)子動平衡修復(fù)技術(shù)要點，可避免出現(xiàn)線下轉(zhuǎn)子動平衡數(shù)據(jù)合格，而上線后振動超標(biāo)的“假動平衡”現(xiàn)象，或者轉(zhuǎn)子反復(fù)校正調(diào)試，動不平衡量依然不合格等情況。

1 轉(zhuǎn)子簡介

離心風(fēng)機額定工作轉(zhuǎn)速2 970 r∕min，風(fēng)機傳動方式為D 型聯(lián)軸器連接，傳動方式示意圖見圖1，運行方式為變頻調(diào)速。該轉(zhuǎn)子采用單級懸臂式結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)和基本尺寸見圖2，軸瓦形式為剖開式橢圓滑動軸承，轉(zhuǎn)子總重M為690 kg，葉輪重490 kg，葉輪材質(zhì)為Q460，葉輪直徑D為1 220 mm，葉輪寬b為110 mm，軸承跨距為820 mm，轉(zhuǎn)子總長L為1 640 mm。

圖1 風(fēng)機傳動方式（D型聯(lián)軸器連接）

圖2 轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)和基本尺寸

2 動平衡修復(fù)前注意事項

轉(zhuǎn)子下線前，需對離心風(fēng)機軸承振動進行分析判斷，排除聯(lián)軸器對中偏差大、地腳螺栓松動等原因，確認(rèn)振動的主要原因是由于轉(zhuǎn)子的動平衡被破壞造成的。

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)運過程應(yīng)做好固定措施和遮雨、防潮、防銹措施，儲存地點應(yīng)干燥通風(fēng)，轉(zhuǎn)子儲存離地有一定高度，轉(zhuǎn)運、儲存過程中需避免主軸彎曲變形。

轉(zhuǎn)子動平衡修復(fù)前首先用高壓水槍、角磨機等設(shè)備清理轉(zhuǎn)子附著的粉塵、銹蝕等雜物，嚴(yán)禁用火焰切割設(shè)備對轉(zhuǎn)子進行清理。清理后對轉(zhuǎn)子主軸徑向圓跳動進行測量，徑向圓跳動應(yīng)≤0.02 mm，以防止主軸彎曲變形，校正后出現(xiàn)假動平衡現(xiàn)象。檢查傳動軸各軸瓦及支承位置是否存在磨損，葉輪、聯(lián)軸器是否松動。同時再對葉輪葉片進行仔細(xì)檢查，對可能出現(xiàn)的輕微裂紋進行補焊，若有較長裂紋或裂紋數(shù)量較多，則轉(zhuǎn)子只能報廢處置。

3 動平衡修復(fù)技術(shù)要點

3.1 平衡面的選擇

動平衡的修復(fù)校正是在垂直于主軸中心線的平面上進行，此平面稱為校正平面。通常情況下，帶有外伸端的懸臂轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子輪盤的質(zhì)量約占整個轉(zhuǎn)子質(zhì)量的1∕2。由于軸段回轉(zhuǎn)體具有均勻?qū)ΨQ的特點，一般情況下軸的不平衡量相對于輪盤帶葉片的不平衡量要小得多，因此，軸不平衡量可以忽略不計，主要不平衡量集中在輪盤轉(zhuǎn)動平面上，平衡校正面宜選在外伸端的輪盤左右兩個平衡面上［2］（即圖2所示的左校正平面和右校正平面）。這樣做一方面是便于對轉(zhuǎn)子添加或去除重量，另一方面也能最大程度增加校正半徑，減少校正配重。

3.2 校正質(zhì)量

葉輪前盤厚度為8 mm，后盤厚度為12 mm，如去重較多則會對葉輪強度有影響，因此，僅當(dāng)葉輪需要的校正質(zhì)量很少時，才允許在不平衡的偏重方向上避開焊縫位置用砂輪或角磨機磨削，減少配重量，且被磨削表面不得出現(xiàn)局部退火現(xiàn)象，磨削面與葉輪原始面光滑過渡，不得出現(xiàn)凸棱、毛刺。磨削深度不得使輪盤厚度小于原厚度的75%，并可以適當(dāng)擴大打磨區(qū)域。當(dāng)葉輪前盤厚度≤6 mm，后盤厚度≤9 mm時，則不再允許對輪盤進行打磨去重。

正常進行動平衡修復(fù)校正時，通常使用的方式為焊接平衡塊校正。配重塊的材質(zhì)應(yīng)與被焊母材相同，即使用低合金Q460 鋼板，且厚度不得大于被焊母材的厚度，即左校正面配重塊厚度＜8 mm，右校正面配重塊厚度＜12 mm。在葉輪輪盤外側(cè)上，配重塊四周應(yīng)進行滿焊施工，對棱角進行倒角或圓角處理，外形應(yīng)整潔，焊縫不得出現(xiàn)裂紋，不得有焊渣。在同一校正平面上，配重塊的數(shù)量不得超過4塊，不得采用其他隨附物進行補償。當(dāng)配重塊的數(shù)量超過4 塊時，必須割除原有配重塊，然后重新開始校正。配重塊數(shù)量越少，越能減少運行時粉塵積附，有利于轉(zhuǎn)子的長效運行。

3.3 校正方式

參考《機械振動 恒態(tài)（剛性）轉(zhuǎn)子平衡品質(zhì)要求第 1 部分：規(guī)范與平衡允差的檢驗》（GB∕T 9239.1—2006），如果盤狀轉(zhuǎn)子的支撐間距足夠大且旋轉(zhuǎn)時盤狀部位的軸向跳動很小，即可以忽略偶不平衡（動平衡），進行單面（靜）平衡校正。同時《石油、石化和天然氣工業(yè)用離心泵》（API STD 610—2021）中對高速泵旋轉(zhuǎn)零部件動平衡的要求是當(dāng)被平衡零部件的外徑與其寬度的比值為6 或更大時，允許只在一個平面上做動平衡。對于上線運行時間較短的新轉(zhuǎn)子，由于葉輪只發(fā)生了輕微的腐蝕，轉(zhuǎn)子也沒有發(fā)生撓曲變形，轉(zhuǎn)子的不平衡量很小。轉(zhuǎn)子直徑D與兩校正面的距離b之比，D∕b=11.09，比值＞6，因此，此類轉(zhuǎn)子可歸于盤類轉(zhuǎn)子，可對葉輪積灰進行清理后，在一個平面上做動平衡，即靜平衡校正。

為了提高整個轉(zhuǎn)子的平衡精度，在葉輪安裝之前對軸、葉輪應(yīng)單獨進行一次平衡校正。把軸和葉輪作為單獨的剛性軸和單級葉輪，分別采用剛性轉(zhuǎn)子的平衡技術(shù)進行動平衡校正，避免把軸的不平衡量引入到轉(zhuǎn)子葉輪中來。各部件的不平衡度均應(yīng)小于轉(zhuǎn)子總成的不平衡度，新采購回來的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子總成的各部件在上線前已經(jīng)進行了分別動平衡及整體平衡，轉(zhuǎn)子上線后重新動平衡修復(fù)可以不拆卸葉輪、軸、半聯(lián)軸器，進行整體動平衡校正。

若轉(zhuǎn)子更換或拆卸過葉輪、聯(lián)軸器或其他較大零部件，后未進行過動平衡校正，動平衡校正前應(yīng)當(dāng)提前告知動平衡修復(fù)單位。

3.4 動平衡的精度等級選擇

《機械振動 恒態(tài)（剛性）轉(zhuǎn)子平衡品質(zhì)要求第 1部分：規(guī)范與平衡允差的檢驗》（GB∕T 9239.1—2006）規(guī)定了各類設(shè)備的平衡精度等級，其中離心風(fēng)機類設(shè)備平衡精度等級應(yīng)不低于G 6.3。

風(fēng)機轉(zhuǎn)子出廠動平衡精度等級達到了G 1.0，殘余不平衡量在1 g 左右，綜合考慮平衡精度要求、經(jīng)濟性及實際情況，動平衡修復(fù)校正最終選擇精度等級為G 2.5。

3.5 動平衡轉(zhuǎn)速的選擇

轉(zhuǎn)子平衡校正時轉(zhuǎn)速的選擇要合理，如果轉(zhuǎn)速過高，則平衡機的啟動功率、操作時間、潤滑保養(yǎng)均要比低速時要求高。如果低速平衡能滿足轉(zhuǎn)子的使用和技術(shù)要求，則不建議選用高速平衡。在保證精度的前提下，盡可能在低速做平衡校正，能延長平衡機的使用壽命。但如果設(shè)備的傳感器靈敏度較低，為了放大離心力產(chǎn)生的不平衡信號，則需要適當(dāng)提高轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，從而得到更加精確的數(shù)據(jù)［3］。

3.6 允許不平衡質(zhì)量的計算

允許不平衡質(zhì)量的計算公式為：

式中：Mper—允許不平衡質(zhì)量，g；

M—轉(zhuǎn)子的質(zhì)量，kg；

G—轉(zhuǎn)子的平衡精度等級，mm∕s；

r—轉(zhuǎn)子的校正半徑，mm；

n—離心風(fēng)機的額定轉(zhuǎn)速，r∕min。

因轉(zhuǎn)子是雙面校正動平衡，故分配到每個校正面的允許不平衡質(zhì)量為4.55 g。若做單面靜平衡，則Mper值就是該轉(zhuǎn)子的允許不平衡質(zhì)量。

4 動平衡修復(fù)注意事項

（1）轉(zhuǎn)子平衡精度等級、風(fēng)機額定轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子校正半徑、葉輪材質(zhì)等參數(shù)需再次確定，并對轉(zhuǎn)子自身質(zhì)量進行稱量，對轉(zhuǎn)子允許不平衡質(zhì)量進行計算。

（2）平衡前，校驗員須檢查動平衡機基礎(chǔ)是否牢固、平穩(wěn)，且讀數(shù)靈敏，并檢查轉(zhuǎn)子上的聯(lián)軸器、鍵、葉輪扣緊螺母等零件是否固定牢靠，用百分表校準(zhǔn)主軸、葉輪、聯(lián)軸器的跳動是否在合理的范圍內(nèi)。

（3）啟動動平衡機前應(yīng)確保葉輪周邊安全，旋轉(zhuǎn)方向無作業(yè)人員，防止轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后，灰塵、鐵銹等雜物飛出傷人。

（4）試重質(zhì)量大小要合適，配重塊盡量加在原始不平衡的反方向，既要引起一定的振動變化，又不能引起過大的振動變化。

（5）啟動動平衡機，應(yīng)緩慢加速至平衡轉(zhuǎn)速。通過試加配重，平衡機自動算出轉(zhuǎn)子初始不平衡量及相應(yīng)的相位坐標(biāo)，記錄該數(shù)值和坐標(biāo)，并在葉輪相應(yīng)位置處用記號筆標(biāo)記出來。重復(fù)操作2 次，觀察數(shù)據(jù)是否穩(wěn)定。根據(jù)試驗得出的數(shù)據(jù)，確定軸的各部件連接緊密，無竄動發(fā)生，數(shù)據(jù)基本無變化，取第一次的數(shù)值即可。

（6）如校驗員懷疑平衡機測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，可以更換其他試加配重質(zhì)量或調(diào)整配重相位角度，重復(fù)校驗。

5 結(jié)束語

通過對轉(zhuǎn)子進行靜、動平衡的修復(fù)校正，可減小轉(zhuǎn)爐煤氣離心風(fēng)機的振動，提高風(fēng)機工作的穩(wěn)定性及可靠性。明確風(fēng)機轉(zhuǎn)子動平衡修復(fù)的注意事項和技術(shù)要求及要點，可為鋼鐵企業(yè)技術(shù)人員和動平衡修復(fù)人員提供指導(dǎo)，使其快速、準(zhǔn)確地完成轉(zhuǎn)子動平衡修復(fù)，提高平衡精度，減少動平衡修復(fù)和離心風(fēng)機的檢修工作量，延長轉(zhuǎn)爐煤氣風(fēng)機檢修周期，降低轉(zhuǎn)爐煤氣的拒收率，為企業(yè)的正常生產(chǎn)和能源利用保駕護航。