凉水塔风机振动超标的故障解决措施

2015-10-21赵海燕

建筑工程技术与设计 2015年19期

关键词：联轴器传动轴减速机

赵海燕

【摘要】凉水塔在运行过程中振动逐步加大，且出现不同工况，不同振动现象，导致减速箱及联轴节易损件更换频繁，给生产带较大影响，本人根据在实践中对凉水塔风机进行维护和检修，浅谈解决故障的一些措施。

【关键词】联轴器、传动轴、动力分析、临界转速、减速机、齿轮啮合、风叶。

中石化济南炼化第一循环水场凉水塔风机，现有四台为保定螺旋桨制造厂的产品，其传动机构如下图所示。

图1：风机传动机构示意图

驱动电机功率160 KW，转速为1490 rpm，输出转速为149 rpm，风叶直径为8.53 m，传动轴采用φ159碳钢无缝管制成，长3650 mm。

通过多次对风机的检修，传动轴、减速机和风叶是引起风机振动的最主要的三个因素，现将振动原因及改进措施介绍如下：

一、传动轴引起振动原因分析

以1#风机为例，2010年5月该风机因振动太大（18mm/s），对其进行检修，开始将检修重点放在了联轴器不对中上，但反复用双表找正法校核后均没能使振动减少，后更换传动轴，振动下降到3mm/s。

（一）为检测振动原因，启动风机后，对输入轴轴承测点水平方向和垂直方向利用离线诊断仪器进行数据采集，分析后如图所示：

从图2和图3分析可知，除存在输入轴工频外，还存在明显的2倍，3倍的转速频率，而且峰值较高，占主要频率，是影響风机振动的主要原因。从图形可见，并没有出现由于齿轮啮合不良引起的齿轮啮合频率，也未出现由于轴承内外圈不良或滚珠原因出现的高频故障频率，因此，可以排除是由于减速箱内齿轮啮合不好和轴承损坏原因引起的振动。根据频谱图2倍频及3倍频出现较多现象，基本可以断定是驱动机、减速机地脚螺栓或连接螺栓松动和联轴器不对中引起。经过检查，驱动机、减速机地脚螺栓未有松动，叶片卡箍连接螺栓也未有松动。后利用进口激光找正仪进行校核，并且对长连轴做弯曲度检查，发现最大弯曲度在中间部位且超标0.25mm（标准为0.12mm）。

（二）下面来分析扰力来源

①如果传动轴的质心与几何轴心之间存在一偏心距e，传动轴在高速运转下，不平衡量将产生周期性的干扰力和干扰力矩，而风机传动轴的工作转速与临界转速相距不远，即作用在传动轴上的干扰力和干扰力矩的频率接近于传动轴的固有频率，因而易引起传动轴的振动。

②若传动轴存在弯曲，即实际轴心线与理论轴心线之间存在较大偏差时，也将引必传动轴的振动。

③制造误差：由于风机传动轴是由空心钢管与联接法兰对焊在一起，输入轴轴心线与联接法兰端面垂直度及法兰中心线极易产生偏差，这类制造上有缺陷的传动轴与电机和齿轮箱相联后，就会产生小的静力变形，最终导致机组的振动。

④对中误差：在安装过程中，如果对中不好，把紧联轴器后，将会在传动轴中引起很大的应力，严惩影响机组的正常运行，导致振动。

（三）解决措施

之所以造成传动轴临界转速与工作转速相近，与传动轴的挠度过大有直接关系，由于循环水场湿度大，温度高，易造成腐蚀，腐蚀是造成传动轴刚性下降，挠度增大的根本原因，壁厚由原来的δ=5mm，降到δ=2.3 mm。因此，最根本的解决办法是更换传动轴。

二、减速箱内轴承及齿轮原因造成振动

3#风机在2011年8月12号出现件数及振动超标，同样采取频谱仪分析，经分析发现出现齿轮啮合不良而出现的齿轮啮合频率，打开减速机，发现输出轴轴承损坏，导致中间齿轮与输出齿轮磨损严重。更换齿轮、轴承后，运行良好。造成减速机振动增大，寿命减短的主要原因是齿轮的磨损，如何来提高齿轮运行的稳定性来处长齿轮的寿命，我们从装配上做了进一步改进。

（一）轴承游隙的调整

减速机的轴承型式：①输入轴：7316和7315；②中间轴：两上7320；③输出轴：7324和2007128

均为单列圆锥滚子轴承，该结构轴承游隙的调整需考虑两个因素：

①技术规程要求的轴承游隙，查得数据分别是：

输入轴：0.05—0.1 mm；中间轴：0.08—0.15 mm；输出轴：0.12—0.18 mm；

②考虑在实际工作温度下，设备的变形量

现计算如下：轴的材质为40Cr；膨胀系数为α=11.7×10-6/℃

壳体：材质为铸铁；膨胀系数为α=/℃

Δt最大温差取60℃

输入轴长ι=150 mm，输出及中间轴为ι=300 mm

先计算出输入轴：

C伸长量=α轴·ι轴·Δt-α壳ι壳·Δt=（α轴-α壳）·ι·Δt

=（11.7×10-6-10.0×10-6）×150×60≈0.01 mm

同样计算输出及中间轴：

C伸长量=α轴·ι轴·Δt-α壳ι壳·Δt=（α轴-α壳）·ι·Δt

=（11.7×10-6-10.0×10-6）×300×60≈0.03 mm

因输出及中间轴结构为轴越伸长，导致游隙越小，能过①②数据对比，中间轴取0.11—0.18 mm，输出轴取0.15—0.21 mm

下面我们来进行一下对比：单位：mm

名称计算结果说明书要求

输入轴 0.04—0.09 0.08—0.15

中间轴 0.11—0.18 0.20—0.30

输出轴 0.15—0.21 0.30—0.40

由以上计算可得，说明书所给的间隙明显偏大，在保证油膜形成的前提下，让轴承游隙进一步缩小，增强了转子运行稳定性，并且在F-1001D、E、F等风机的检修中成功得以实践，振速约下降了1 mm/s。

（二）确保齿轮啮合间隙和接触面积

啮合间隙和接触面积是影响齿轮传动装置工作质量的最重要的两个因素：

①保证适当的齿侧间隙：在齿轮装配时，非工作齿面间应留有一定的间隙，以便贮存润滑油，补偿齿轮和齿轮箱在工作时的热变形和弹性而引起的尺寸变化，以及补偿齿轮的加工误差和安装误差等，否则齿轮在传动中可能卡死或烧伤，应当保证：一级锥齿轮侧隙0.25—0.32mm；二级余齿轮侧隙：0.15—0.25mm；

②保证齿轮啮合的接触面积

接触面积的大小和位置是说明齿轮制造和装配质量的一个重要指标，若接触面积大，位置正确，这说明齿轮的制造和装配质量高，在工作时，载荷分布会均匀，磨损也均匀，否则会加速齿轮的磨损，严惩的造成齿的断裂，一般要求：接触面积：按齿高方向>40%，按齿长方向>60%。需要强调一点的，作为一级锥齿轮，存在大、小端，在齿轮承受载荷运行时，小端的变形量要大于大端，因此，在无负荷的情况下，用涂色法检查接触面积时，应使接触色迹偏向于轮齿的小端会更恰当，运行时，才能保证轮齿在全长上接触。

（三）、叶片原因引起的振动。

（一）风叶组的不平衡现象日渐突出。

由于腐蚀所造成的平衡块的脱落或重量减轻；风叶表面附着物增厚等因素都会破坏风叶的平衡。

措施：定期进行风叶清理及平衡校验。

（二）叶片紧固螺栓的松动。

风机在运行中，气流由下而上流动，并作用于叶片，叶片在气流的作用下会产生一定的摆动，所以它容易造成紧固螺栓的松动。螺栓一旦松动不仅会造成风叶摆动进一步增大，还会造成风叶角度的改变，从而使上升气流产生紊乱，如果角度变大，还会造成机组负荷的增大，最终导致机组的振动加剧。

措施：定期对风叶的紧固螺栓及风叶角度进行检查和调整，防止事态扩大。

（三）注意保持风叶与筒壁的间距。

风机在工作过程中，在风筒内会形成一定的负压，风筒在内外压差的作用下，风筒会向内收缩，如果间距调整过小，易引起风叶与风筒的摩擦，甚至是碰撞，严惩影响机组运行的稳定性。

措施：一般要求间距控制在20—40 mm。

总结

（一）传动轴应定期对其腐蚀情况、动平衡、直线度进行检查，现场安装时应严格对中。