風機葉輪鉚釘斷裂脫落故障診斷實踐

程英輝，李向前

（河鋼股份有限公司承德分公司，河北承德 067002）

前言

冶金企業設備的可靠性是保證生產安全、經濟、高效運行的基礎。近年來，精密診斷技術逐步應用在各行各業的設備管理中，在冶金企業設備管理中也起到了重要的作用，使冶金設備實現了由預防性維修逐步向預知性維修過渡，形成一套集定期檢修、狀態檢修、改進型檢修和故障檢修為一體的檢修模式。精密診斷技術采用先進的故障診斷技術對設備進行精密檢測，提前發現問題，為解決設備隱患贏得時間并提供科學依據。

1 轉爐一次除塵風機概況

轉爐一次除塵風機采用的是TLT型轉爐煤氣鼓風機，該風機為單級單吸雙支撐結構，由撓性膜片聯軸器與電動機直聯傳動，采用滑動潤滑，由潤滑系統強制供油潤滑，機殼采用鋼板焊接，由水平中分面分成上、下兩部分，中分面法蘭經機械精加工而成，并在機殼兩側板軸處設置了氮水密封，確保煤氣不外漏。葉輪為焊接葉輪，材質采用高強度材料，進口圈和周盤均為優質鍛件與葉輪組鉚接而成，滿足了高速旋轉和周期性升降運轉對葉輪的強度要求，其基本參數為：進口流量240 000 m3/h，進口溫度50 ℃，進口壓力-20 000 Pa，出口壓力8 800 Pa。風機額定轉速為1 480 r/min，采用高壓變頻技術控制電機轉速。根據轉爐冶煉周期及節能要求調節風機轉速，轉速一般在800～1 300 r/min之間運行，例如在吹氧冶煉時間，要求風機轉速為1 300 r/min，在冶煉輔助時間（加鐵水、加輔料、出爐渣、出鋼水等），要求風機轉速為800 r/min或1 000 r/min。

2 故障診斷分析及處理

2.1 故障診斷分析

轉爐一次除塵風機為雙支撐軸瓦安裝形式，主要由葉輪、軸瓦、機殼等部件組成，其產生振動、發熱、異音等的主要原因是其主要部件在裝配中因加工誤差或裝配不到位以及運行過程中磨損所產生的，常見的風機故障類型［1］見表1。

表1 常見的風機故障類型

轉爐一次除塵風機的介質為含水和粉塵的煤氣，長時間運行會對葉輪磨損的同時還黏附一層顆粒物，通過檢測風機前、后軸瓦振動速度值，當增大到一定程度時對葉輪進行清洗、做現場動平衡，每次對風機現場動平衡檢驗后，兩端軸瓦水平振動速度值均在0.5 mm/s（風機運行轉速1 350 r/min）以下。2023 年2 月23 日現場平衡校驗后風機運行正常，到2023 年5 月29 日，該風機負荷端水平振動達到4.13 mm/s，風機振動較大，通過頻譜分析，失衡為主要故障。后對風機進行了現場動平衡校驗，風機振動有所降低，但未到理想狀態，隨后對風機進行振動信號采集并通過故障診斷技術對風機進行故障判斷。

2023 年5 月30 日，對風機進行故障診斷，在800 r/min 和1 200 r/min 轉速下進行振動數據采集（見表2），結合時域和頻域波形，對振動數據進行分析。

表2 風機負荷端和自由端軸瓦振動數據

（1）風機在800 r/min 運行時，加速度時域波形（見圖1）和速度時域波形（見圖2），峭度指標分別達到9.7 和9.61，判斷風機在運行過程中存在大的沖擊。［2］

圖1 風機負荷端加速度時域波形（轉速800 r/min）

圖2 風機負荷端速度時域波形（轉速800 r/min）

風機在1 200 r/min運行時，加速度時域波形（見圖3）和速度時域波形（見圖4），峭度指標分別達到2.83和2.6，風機負荷端速度頻域波形在運行過程中未看到沖擊現象。

圖3 風機負荷端加速度時域波形（轉速1 200 r/min）

圖4 風機負荷端速度時域波形（轉速1 200 r/min）

（2）風機在800 r/min 運行時，速度頻域波形（見圖5）中有高頻率幅值出現，主要頻譜峰值見表3。

圖5 風機負荷端速度頻域波形（轉速800 r/min）

表3 風機負荷端速度主要頻譜峰值

風機在1 200 r/min 運行時，速度頻域波形（見圖6）出現了20 Hz、40 Hz、60 Hz、80 Hz、100 Hz。

圖6 風機負荷端速度頻域波形（轉速1 200 r/min）

結合以上風機經常出現的振動類型、風機精密點檢數據及風機實際情況分析如下。

（1）在轉爐爐役期間，5月28日對軸瓦進行解體檢查以及風機軸系對中，可以排除軸瓦和不對中的故障。

（2）根據5 月30 日采集的數據，風機轉速為800 r/min 運行時，振動加速度偏大，存在沖擊現象；在轉速為1 200 r/min時，雖然振動速度值增大，但振動加速度值減小，從時域波形未看到沖擊現象，從頻域波形分析風機運行故障主要為失衡、松動和不對中故障。

（3）轉子失衡故障隨著轉速的升高表現更明顯，也就是說風機轉速在1 200 r/min 時表現的主要為失衡故障；轉速在800 r/min 時轉子的不平衡質量不足以影響設備整體運行。

（4）選取轉速在800 r/min 的振動數據進行分析，風機在800 r/min 時負荷端軸瓦沖擊較大，且出現高頻率幅值及以12.5 Hz 調制的邊頻。根據風機各部件故障特征，可以排除風機安裝故障，極有可能是葉輪部件松動故障。

2.2 檢查情況及原因分析

2023 年6 月2 日，對風機進行揭蓋檢查，發現風機葉輪有1/3的鉚釘帽已被磨掉。

風機葉輪已使用5 年，且從風機葉輪磨損狀況看，葉輪鉚釘安裝不存在問題，是風機輸送的煤氣中含有大量水和粉塵，造成葉輪黏灰或磨損。

對葉輪進行出廠修理，更換了所有鉚釘，回裝后風機運行平穩，振動數據見表4。

表4 檢修后風機負荷端和自由端軸瓦振動數據

3 結論

通過分析該風機葉輪鉚釘斷裂脫落故障得到以下結論。

（1）風機在無故障或故障較小的情況下，高轉速運轉會很平穩。若在高轉速運行不平穩時，要在不同轉速下進行狀態監測和故障診斷分析。

（2）轉子不平衡、不對中、軸瓦松動等故障會在高轉速下表現較明顯，而葉輪鉚釘斷裂脫落故障，先從低轉速表現出來（因受其它故障影響較?。?，隨著故障劣化，逐漸會在高轉速顯現。

（3）要注重典型案例分析和積累。通過定期和不定期收集監測設備運行數據只是基礎，更重要的是對大量振動數據和頻域及時域波形圖進行分析，找到故障信息，分析出設備的故障原因和部位，把典型案例作為故障診斷的輔助手段才能達到精密點檢的最終目的。

風機葉輪在上線運行后期，輸送煤氣介質的葉輪鉚釘斷裂存在重大安全風險，為了杜絕該事故發生，應修訂風機點檢標準并嚴格執行，增加對葉輪鉚釘及葉片磨損檢查內容及周期。強化精密點檢，每次動平衡校驗后在800 r/min 和1 200 r/min 的轉速下對風機開展狀態監測和故障診斷，掌握其發展趨勢和規律。

了解風機的各種振動原因及振動特征，并采用精密診斷技術對風機進行狀態監測和故障診斷分析是非常必要的，不僅能判斷風機的故障原因和故障位置，為檢修項目和檢修方案的制定提供理論依據，還能避免發生大的安全事故。