窑头风机的一种故障分析与处理

窑头风机的一种故障分析与处理

A Example of Fault Analysis and Treatment of Kiln Hood Fans

董小明

在新型干法水泥生产线中，窑头风机多选用4-73模型的风机，这类风机以其性能高而著称，但机翼型叶片在运行中频频出现问题。本文将讨论这类风机的运行故障及解决方案，在介绍风机结构和振动测试方法的同时，通过实例论述解决故障的方法。

风机；振动测量方法；振动特征；叶片

1 风机系统的组成和相关参数

这类风机多是单悬臂结构，风机选用高压电机拖动，电压为6kV和10kV两种，转速为736r/min和960r/min两种，联轴器选用柱销式（尼龙棒）弹性联轴器（见图1）。

2 振动的测量方法

风机的振动用振动分析仪测量（窑头风机一般的分析仪都能满足要求），在轴上合适的位置测量相位（转速），根据振动标准设置振动传感器位置，测量单位选用位移（μm），见图2。

测量过程中首先调理传感器信号，其次通过A/D转换，通过USB接口进入计算机，再在计算机上标定、计算与显示，最后从计算机上读出分析需要的振动数值。对进入计算机的数据分析可参考文献[1]。

3 风机振动特征

某水泥厂有台窑头排风机（风机系统的组成如前所述），运行中振动大，无法继续运行，用常规的方法多次尝试都没能解决。后采用前述测量方法，对风机进行了振动测量与处理。测量的初始振动值如下：

图1 风机系统

图2 风机系统及测点

振动速度值1:

驱动侧：∥12.8mm/s ⊥1.7mm/s →4.6mm/s

自由侧：∥11.2mm/s ⊥2.8mm/s →7.1mm/s

振动位移值：

驱动侧水平振动值 自由侧水平振动值

500（508）∠141 409（415）∠309

492（502）∠141 399（421）∠309

493（498）∠141 403（432）∠381

503（501）∠140 407（414）∠309

通过现场平衡后，风机的振动如下：

振动速度值2：

驱动侧：∥8.8mm/s ⊥1.1mm/s →4.1mm/s

自由侧：∥8.2mm/s ⊥1.2mm/s →6.1mm/s

振动位移值：

驱动侧水平振动值 自由侧水平振动值

339（352）∠108 311（300）∠271

352（340）∠108 300（305）∠272

341（350）∠108 309（299）∠271

331（358）∠108 314（298）∠273

在做现场动平衡的过程中，在振动的一个周期内，振动的时域图以余弦图形为主，振动的频域图以工频为主。看似是不平衡故障，但现场动平衡达到上述值后，再也无法降低振动值，只能观察一段时间再处理。

当风机运行5d后，风机的振动增大。在中午11点时振动值3：

自由侧：∥20.6mm/s ⊥3.2mm/s →7.8mm/s

在下午15点时振动值4：

驱动侧：∥6.2mm/s ⊥2.1mm/s →3.1mm/s

自由侧：∥11.8mm/s ⊥2.2mm/s →6.7mm/s

重新调整安装数据后振动值5：

驱动侧：∥9.8mm/s ⊥1.2mm/s →3.6mm/s

依据《乡（镇）土地利用总体规划制图规范》要求，对完成数据链接的地图工程，首先需要人工进行注记整饰、图廓制作以及图面要素的缩编；然后，将整饰完成的各乡镇的乡级土地利用总体规划图批量输出，即运用Python语言调用Export Map模块实现多个地图工程的批量输出。在编写语言过程中，必选参数是地图文档的名称和路径以及输出文件的名称，输出存储的图片格式通常为JPEG。运用Python语言如下：

自由侧：∥12.4mm/s ⊥5.2mm/s →8.5mm/s

从上面的几组数据看，风机的振动超出振动标准的要求值[2]，风机无法再继续运行，且非不平衡故障。

4 振动分析与处理（图3）

从振动的频谱图看，振动以工频为主，这就排除了非线性振动的因素，即说明振动不是由轴承和松动引起的；频谱图中没有高频振动，所以振动不是由对中不良引起的；从频谱图上看是典型的不平衡特征。

图3 叶片磨损

对风机系统做现场动平衡后，风机的振动值为振动值2（振动值2是上述的振动速度值，下同），振动值虽然小了，但还是大于长期运行的振动值。

观察几天后振动开始变大（振动值3），但是过了几小时后振动又变小（振动值4），从上面的数据中可以看出，振动不稳定，振动的幅值和相位都在变化。在现场对对中、轴承游隙和风机进口做了检查，其后振动变为振动值5。

虽然做了这样那样的处理，风机的振动值还是大，只能怀疑风机转子出现故障，当打开上机壳检查时发现叶片在进出口处有磨损存在，在进口处有大小不等的缝隙，在出口处有大小不等的小孔（图3）。由此判断风机的真正故障是：磨损显现出叶片的空腔，叶片的空腔进灰造成转子不平衡。转子的振动大小随叶片的进灰量大小变化，振动表现为不平衡，但是通过现场动平衡又解决不了风机振动大的问题。

风机返厂维修，维修后风机的振动值满足长期运行的要求。其振动值如下：

振动值6：

驱动侧：∥2.7mm/s ⊥1.9mm/s →1.5 mm/s

自由侧：∥2.9mm/s ⊥2.1mm/s →1.6mm/s

注：（1）∥表示水平振动，⊥表示垂直振动，→表示轴向振动；（2）352（340）∠108表示通频振动为352μm，式工频振动为340μm，振动相位为108°。

5 故障的解决方案

5.1 现场处理

对于磨损不太严重的叶轮，首先在叶片的非工作面开小孔，将叶片中的灰尘清理出来；其次将各个小孔堵上，使其既不能影响气流的流动也不会再进去灰尘，用电焊将磨损的缝隙堵上；最后做现场动平衡。

这种处理方法的缺点是：由于叶片已经长时间磨损，叶片工作面的钢板厚度已经很薄，运行不久后就有可能出现新的磨损；再者受工作环境的限制和各叶片的差异，电焊堵孔不会很彻底，如有疏漏运行一段时间后就会产生新振动，但可以坚持一段时间。

5.2 返厂第一种方法

根据叶片的尺寸先加工工装，用工装加工一个“U”型钢板套，将“U”型套套在叶片的进口处，用电焊加固；在叶片出口处，根据磨损情况的尺寸加固一块长方形的钢板，以封堵进出口处缝隙和小孔。这样的处理由于在局部改变了气流流向，可能会引起风机气动性能的微小变化。

5.3 返厂第二种方法

对磨损严重的叶轮，若前后盘磨损不太严重，厚度变化不大，可更换叶片；若前后盘磨损严重，需加工新叶轮，从根本上解决问题。但不管哪种处理，都要做动平衡。

6 故障处理总结

（1）这类故障很难发现。机翼型叶片的加工发生了变化，上世纪时叶片由一块钢板一次冲压成型，但近几年，叶片是用两块钢板，在进口处放入一根钢棍，然后焊接成型。叶片在使用中随着磨损的加剧，在进口处会形成很小缝隙（而不是洞），这在现场很难发现。

（2）这类故障的判断。在频谱图中一倍频振幅大，是不平衡，但随进入叶片夹层中灰尘量的多少，振动时大时小，相位也不断变化，很难判断是不平衡，每次起停时，进灰量都发生变化，所以每次起停振动不一样。

（3）这类故障振动先大后小。随着磨损孔的加大，进灰量也不断加大，风机振动会剧烈增加，在现场有振坏轴承座的，也有把地脚螺栓拔出来的。但是由于轴承座强度的不同，当磨损孔大到一定程度，各个叶片的进灰量趋于相等，这时风机振动会下降，振动值稳定在一个定值附近，但振动值一定高于长期安全运行值。这类振动仅仅用现场动平衡的方法，不能解决振动大的问题。

（4）这类振动的确认。这类振动不稳定，忽大忽小，但每次开机相位是同一值，相位变化不大，所以和非线性振动无关。振动会随时间变化，但和热应力及热变形无关，这是该故障的特征之一。

7 结语

机翼型叶片以其效率高、噪声小为优势，高效风机都选用这类叶片。但在应用中，叶片夹缝进灰给风机的安全运行带来困难。实际应用表明：首先，同类型的风机选用单板叶片，其效率不会低于机翼型叶片的1.5%；其次，当单板叶片有磨损时，在现场处理很方便；再者，单板叶片的使用寿命比机翼型叶片长一倍；第四，风机噪声在水泥线现场比其他设备小。总而言之，在和设计院技术交接时，窑头风机、窑尾风机最好选用同类型的单板叶片风机。

[1]杨建刚.旋转机械振动分析与工程应用[M].北京:中国电力出版社, 2007年.

[2]崔建学,等.振动标准的解读及其在干法水泥生产线中的应用[J].水泥技术.2012,（3）.

[3]崔建学,康多祥.离心压缩机数据采集软件的设计与实现[J].流体机械[J].2001,（6）.

[4]崔建学.风机设计与计算机[M].西安:西北大学出版社,1995.

[5]崔建学,徐飞,刘浩.振动分析仪现场应用探讨[J].工程师.1997,（1）.

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2012-12-17； 编辑：赵 莲