钢厂风机常见故障及监测系统方案设计

董维磊（青岛钢铁集团有限公司,山东 青岛 266000）

钢厂风机常见故障及监测系统方案设计

董维磊
（青岛钢铁集团有限公司,山东 青岛 266000）

摘 要：钢铁行业生产中，风机设备是必不可少的配套设备，在整个生产中担负着至关重要的作用。以某钢铁厂除尘风机为例，众所周知除尘风机工作环境恶劣，设备一旦发生故障，将影响钢厂的正常生产，甚至引起人身安全。由此本文分析了风机设备的常见故障，在此基础上提出了在线设备状态监测的总体设计方案。

关键词：风机；故障；监测

0 引言

介绍了某钢炼铁厂出铁场除尘风机的结构、性能和故障机理等，分析了某钢铁厂除尘风机的结构、性能，在此基础上分析了常见故障，并提出了风机状态远程监测和故障诊断的总体结构方案。为相似的工程项目提供了参考。

1　 除尘风机基本结构

某钢铁厂一号高炉除尘风机设备主要由液力耦合器、电机、风机本体组成，液力耦合器是系统的传动机构，可实现无级调速。电机是风机系统的原动机，为风机设备提供动力支持。风机本体采用离心式风机，即流体通过叶轮后，获取了能量，能量来自于叶轮高速旋转时产生的离心力，流体动能提高后，被输送到出风口。风机的转子采用整锻结构，推力瓦则固定转子轴向位置，安装于前轴承座内，瓦块工作面上浇有巴氏合金，两边对称可承受两个方向的推力；径向轴瓦采用滑动轴瓦模式，其工作面上同样浇有巴氏合金，其内孔为二油叶型式，可保持转子稳定运行。

2　 风机常见故障分析

由于某钢铁厂除尘风机工作环境恶劣，且风机工作介质中含有大量矿渣、粉尘等，长时间运转对转子磨损较大，导致了叶轮结垢、掉片、疲劳裂纹等情况，使得风机出现较大振动。根据对该风机长时间的监测和维护发现该风机常见故障为转子不对中、弯曲、油膜涡动与油膜振荡、转轴裂纹、动静件摩擦、转子支承部件松动等等。对这些故障进行分析，有助于技术人员对设备的监测和维护，在一定程度上维护风机的稳定运行。

（1）风机转子不平衡、不对中。转子是风机的重要组成部分，转子不平衡包括转子部件缺损和转子系统的质量偏心，部件缺损一般是由转子受疲劳力的作用，零部件脱落、损坏、以及碎片飞出导致的转子不平衡；转子不对中出现的频率较高，转子不对中原因较多，大多是由于风机安装误差或风机沉降不均匀导致转子轴线平行位移，角度位移以及综合位移，从而使风机转子不对中，风机转子不对中直接影响着风机设备的稳定；（2） 油膜涡动与油膜振荡。由于油膜力学引起的油膜自激振动，导致油膜涡动和油膜振荡，风机在受载条件下，轴颈转速升高到一定值时，一旦受到外界干扰，轴颈便沿一近似椭圆的封闭轨迹涡动，不能回到初始位置，或沿一极不规则的扩散曲线振荡，这样就导致了轴承的稳定性能受到影响；（3）转子支承部件松动。风机转子支承系统联接松动可导致风机系统发生异常振动，当转子支承系统的承套与壳体配合过盈量不足或具有较大间隙时，轴承套受转子离心力的作用将在运行过程中沿着离心力方向发生周期性的移动，导致风机出现不稳定的运行和振动；（4）风机转子弯曲。一般风机转子弯曲是指临时性弯曲和弓形弯曲两种故障，转子的临时性弯曲是由于风机升速过快、加载太大等原因导致转轴的较大负荷，使转轴变形不均匀，从而产生临时性的弯曲。转子弓形弯曲是由于转子的材质不均匀、结构不合理等，发生的弯曲变形，或由于转子长期运行后热稳定性差等都是导致转子弓形弯曲的原因；（5）风机动静碰摩。在大型风机机械中，设计者往往把轴承间隙、密封间隙做的较小，这样机械的效率才能得到较大的提高。但是较小的间隙会导致静止部件与间隙的摩擦，从而造成转子不平衡、轴的挠曲、转子与静止部件热膨胀不一致、密封激励力作用以及转子对中不良等原因引起的振动，长久下来可导致严重的机械损伤，造成风机的损坏。

3　 监测系统设计方案

根据机械风机的特点及常见故障分析，监测系统需要监测的信号较大，需采用多信息相结合，监测风机的转速、风压、振动、电流等等信号。监测系统对采集的信号进行处理，可随时发现风机的叶片磨损、转子不平衡、不对中、油膜震荡等故障。提醒维护人员风机发生故障，对风机设备进行维修处理。

（1）监测系统结构。监测系统的实时在线监测子系统由信号采集模块和信息通信处理模块构成，系统的信号采集模块通过单片机数据采集实现对风机机械数据的实时采集、处理、传输等功能；数据通信处理模块将采集来的信号进行远程传输，从而实现信号的远程监测和故障诊断。监测系统的故障诊断部分由数据库模块、信号分析模块和智能诊断模块组成，系统的数据模块实现数据的保存，对系统的历史数据、样本数据进行分析诊断，并能够实现对外的数据访问；系统信号分析模块可通过对信号数据的分析得知风机设备的状态，对设备进行有效的分析判断，为实现对信息的全方位的研究，模块将采集来的信号进行时域、频域趋势等分析，从而达到最佳的分析效果；系统的智能诊断模块融合数据的现代智能算法对监测系统的数据进行智能算法诊断，并从数据库中提取数据特征进行故障诊断从而实现系统的故障诊断功能，便于检修维护人员对风机设备的检修和维护。（2）监测系统功能。风机故障监测系统所实现的功能可分为实时在线监测功能和智能诊断功能。实时在线监测功能实现对风机各主要信号进行实时的采集、显示和存储；并且当在线信号超出正常值时，可实现报警功能；能够将监测到的数据通过客户端进行远程传输，使得检修维护人员能够实时监测到风机现场信号。

智能诊断部分具有数据的自学习功能，通过对数据分析、训练、学习实现对数据的分析诊断，并能够不断完善诊断效果，提高故障的分析能力，能够将诊断结论和故障数据存入系统数据库，通过对数据库对故障进行管理分析，提高风机故障的分析诊断能力。

4　 结论

本文听通过对某钢铁厂除尘风机的基本结构，提出了风机的常见故障、并对常见故障进行了分析，在此基础上提出了风机设备的故障诊断系统的设计方案。分析了故障诊断系统的结构和系统各部分实现的功能，系统应用以来可实现对风机的运行状态进行监测，有效提高风机的可靠性。

参考文献：

[1]虞和济,韩庆大等.设备故障诊断工程[M].北京：冶金工业出版社,2001.

[2]崔宁博.设备诊断技术--振动分析及其应用[M].天津：南开大学出版社,1998.

[3]曾永龙.冶金除尘风机状态监测与故障诊断系统研究[D].武汉：武汉科技大学,2008.

作者简介:董维磊（1987-），助理工程师，主要从事机械设备状态监测工作。