【關(guān)鍵詞】冷卻塔風機 故障 分析 處理過程
一、前言
河南安陽鋼鐵集團公司制氧廠1#23500機組循環(huán)水冷卻塔采用兩臺GFNL-1750×2組合，系逆流式機力抽風冷卻塔，塔體為鋼筋骨架玻璃鋼結(jié)構(gòu)。塔頂配備2臺風機，風機主要由電動機、聯(lián)軸器、傳動軸、減速器、輪轂、葉片、塔外油標等部件組成。其中減速器為二級齒輪傳動，減速器安裝底座為鋼架結(jié)構(gòu)，風機輪轂材質(zhì)為碳鋼結(jié)構(gòu)，葉片為采用鋁合金材質(zhì)的薄板型結(jié)構(gòu)，通過帶有法蘭的碳鋼管用螺栓與輪轂聯(lián)接在一起，輪轂和減速器之間采用錐軸聯(lián)接，安裝、拆卸方便，葉輪由6片角度可調(diào)的葉片組成，可以適應(yīng)不同的風量要求；聯(lián)軸器采用雙排鏈鏈條聯(lián)軸器，鏈條外面裝有鋁合金外罩，內(nèi)部裝潤滑脂，傳動軸為單根軸傳動，在傳動軸兩端裝有萬向軸承，允許兩軸有較大的安裝偏差，適用于高溫、高濕條件下，而且傳動過程中振動小、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，減少了對鋼結(jié)構(gòu)塔體穩(wěn)定性的影響。循環(huán)熱水從水泵輸送至配水系統(tǒng)，通過三濺式噴嘴，噴濺成小水滴后均勻分布在淋水填料上，小顆粒狀和霧狀的熱水在淋水填料中與進入塔內(nèi)的冷空氣進行逆向接觸，風機由電動機驅(qū)動，通過減速器帶動風機旋轉(zhuǎn)，在風筒中產(chǎn)生空氣抽力，使空氣從冷卻塔兩側(cè)的進風口進入塔內(nèi)，經(jīng)過淋水填料、配水系統(tǒng)、收水器，從高的風筒向高空排出，從而通過蒸發(fā)、傳導(dǎo)、輻射來散熱，達到了降低水溫的效果。風機作為該套機組循環(huán)水系統(tǒng)的主要冷卻設(shè)備，其運行狀況的好壞，直接影響到該機組生產(chǎn)設(shè)備穩(wěn)定運行。冷卻塔風機結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
圖1 冷卻塔風機結(jié)構(gòu)
1.風筒 2.葉片 3.減速器底座 4.輪轂 5.減速器 6、8.鏈式聯(lián)軸器 7.傳動軸 9.電動機 10.電動機底座 11.冷卻塔頂部
1.玻璃鋼冷卻塔設(shè)計參數(shù)
型號：GFNL-1750×2；
冷卻水量：1750m3/h；
進塔水溫：42℃；
出塔水溫：32℃；
濕球溫度：28℃；
干球溫度：31.5℃；
溫差：10℃；
大氣壓力：1.0×105 Pa；
風量：1.35×106m3/h；
葉輪直徑：F6000mm；
葉輪安裝角度：8°～15°。
2.風機減速器電動機設(shè)計參數(shù)
型號：BLJ--W6；
功率：75kW；
輸出轉(zhuǎn)速：165r/min；
速比：6.8；
重量：600kg。
3.電動機設(shè)計參數(shù)
型號：Y315S-6；
功率：75kW；
電壓：380V；
電流：139.6A；
轉(zhuǎn)速：989r/min。
二、故障情況
2013年7月24日00:20分左右，水泵操作人員在值班室聽到從冷卻塔處傳來兩聲巨響，馬上到就地查看，發(fā)現(xiàn)控制柜上顯示2#風機電流（50A）比平時低 (正常運行時電流為58A左右)，懷疑2#風機出了問題，馬上到冷卻塔頂部檢查，發(fā)現(xiàn)2#風機已經(jīng)停運，但電動機仍然在轉(zhuǎn)動，操作人員立即到控制柜旁停運2#風機，并通知配電室切斷電動機電源。檢修人員趕到現(xiàn)場后對故障現(xiàn)場進行仔細檢查，發(fā)現(xiàn)風機的一個葉片從近根部斷裂，落在2#風機北側(cè)25m外的地上，斷裂處的橫斷面薄厚不均勻，腐蝕程度不一樣，其它5個葉片不同程度的發(fā)生彎曲并嚴重變形，傳動軸與電動機及風機聯(lián)軸器鋁合金外罩碎裂，聯(lián)接聯(lián)軸器的鏈條斷裂脫落，減速器加油管從近減速器根部斷裂，減速器中的油全部流入大水池中，在風筒四周布滿劃痕，部分地方被劃穿。如下圖2所示。
圖2 事故現(xiàn)場
三、故障原因分析
該風機從2004年投產(chǎn)運行到現(xiàn)在，已經(jīng)將近9年時間，在運行過程中每隔半年左右，就要停機檢查聯(lián)軸器的潤滑及鏈條的磨損情況，視磨損情況更換鏈條及潤滑脂，半年前曾停機檢查過該風機運行情況，雖然有腐蝕，但各重要部件均運行良好，而且z*近點檢也未發(fā)現(xiàn)異常振動和噪音，轉(zhuǎn)動比較平穩(wěn)。由于碳鋼在潮濕的環(huán)境中腐蝕比較快，而且循環(huán)水中加有處理劑，在風機運行的過程中，處理劑隨水汽被帶到葉片的聯(lián)接管上，加劇了聯(lián)接管的腐蝕速度。通過觀察故障葉片連接管的橫斷面發(fā)現(xiàn)，腐蝕程度不均勻，薄的地方只有不到2mm，強度大大降低，在風機運行過程中葉片受到強大離心力作用，腐蝕較嚴重的位置承受不住離心力的作用而s*先被撕裂，隨著風機的運轉(zhuǎn)，裂口逐漸擴大，造成葉片端部與風筒接觸而產(chǎn)生碰撞，在碰撞過程中加快了裂口的斷裂速度，葉片端部下墜，碰到傳動軸，在巨大撞擊力的作用下，再次飛起來打到其他五個葉片上，使其他五個葉片產(chǎn)生不同程度變形，同時在離心力及慣性作用下飛出，此時風機仍然在運轉(zhuǎn)，在這種情況下，輪轂的平衡受到嚴重破壞，減速器振動急劇增大，底座振動加大，z*終導(dǎo)致減速器聯(lián)軸器聯(lián)接鏈條損壞，傳動軸與減速器脫開，減速器停運，而此時電動機仍然在運轉(zhuǎn)，由于負荷減小導(dǎo)致電流下降。
四、故障處理
1.第一次處理：整體更換風機
由于風機減速器和電動機上的聯(lián)軸節(jié)、鏈條、輪轂、葉片損壞比較嚴重，傳動軸存在變形的可能，均需要更換，減速器油管從根部斷裂，如果修復(fù)需要的時間比較長，那樣將會對生產(chǎn)造成更大的影響，為了將影響降低到z*小，決定整體更換一臺備用風機。備用風機外形設(shè)計采用了目前z*先進的翼形，氣動性能好。葉片由高強度玻璃鋼模壓制而成，具有強度高、重量輕、耐腐蝕等優(yōu)點。于是一邊拆卸損壞的風機，一邊按照安裝技術(shù)要求組裝好新風機，并按照風機出廠時的記號調(diào)整好風葉角度，傾斜角度在8°左右。在將舊風機吊下后，發(fā)現(xiàn)減速器底座銹蝕比較嚴重，兩塊墊鐵厚薄不均勻，已經(jīng)不能再用，又重新加工了兩塊墊鐵。將墊鐵放到底座上檢查水平度，發(fā)現(xiàn)底座東南側(cè)較低，再次加工墊鐵找平，將風機整體吊到底座上，然后找正電動機和減速器，在全部安裝工作完成后加上潤滑油開車試車。
試車情況:啟動后發(fā)現(xiàn)風機轉(zhuǎn)速非常慢，因為電動機還是原來的電動機，根據(jù)電動機轉(zhuǎn)速和減速器變速比（變速比為8.9）計算出風機的轉(zhuǎn)速為111r/min,而設(shè)計轉(zhuǎn)速為165 r/min，大概慢1/3，而且運行電流為50A，也比更換前正常運行時小 (更換前為58A左右)，循環(huán)水出塔溫度為33.7℃，高于停車前的31℃，而循環(huán)水設(shè)計的出塔溫度為32℃，這樣的轉(zhuǎn)速的產(chǎn)生的風量根本不能滿足生產(chǎn)的需要。
經(jīng)過并查看風機說明書，得知該風機應(yīng)配備四級電動機，電動機轉(zhuǎn)速為1 470r/min，根據(jù)速比計算,正好符合減速器設(shè)計轉(zhuǎn)速165 r/min，現(xiàn)在使用的電動機是六級電動機，電動機轉(zhuǎn)速為989 r/min。
針對這種情況分析有三種處理方法可能能夠解決問題：一種是更換電動機，另一種是更換減速器，第三種是調(diào)整葉片的角度，加大傾斜角，以達到增大風量的目地。根據(jù)實際情況，如果更換電動機，電動機底座部分需要重新加工，需要時間較長，更換減速器z*能徹底解決問題，但是相當于一次重新安裝，需要時間會更長，而調(diào)整葉片角度比較方便，而且用時較短，不會給生產(chǎn)造成太大的影響，決定調(diào)整葉片角度。
2.第二次處理：調(diào)整風葉角度
將風機停下來，把葉片傾斜角度調(diào)整到15℃，在將葉片角度調(diào)整完成后再次啟動試車，啟動后風機運行電流為61A，風機電動機底座垂直振動2.3mm/s,電動機水平2.4 mm/s，垂直1.7 mm/s，運行穩(wěn)定后，循環(huán)水出塔溫度為33.0℃,依然沒有達到設(shè)計的溫度。
3.第三次處理：更換經(jīng)過修復(fù)的減速器
為徹底解決問題，決定更換一臺原來已經(jīng)修復(fù)好的舊減速器，又將新的風機整體吊下來，將輪轂連同風葉一起拆卸下來，由于這臺減速器轉(zhuǎn)速較快，又將風葉角度調(diào)整到12°，裝到修復(fù)好的減速器上，再將風機整體裝到風機底座上，找正電動機和減速器，回裝后啟動試車，風機運行3h后，循環(huán)水出塔溫度為31.5℃，達到設(shè)計要求，能夠滿足生產(chǎn)需要，但此時各個測振點的振動值均比較高，再次進行了處理。
4.第四次處理：處理振動高問題
根據(jù)分析，引起振動高的可能原因主要有以下幾個方面：
1）風機減速器與電動機對中精度低、誤差大。2）風機葉片安裝角度不一致。
3）傳動軸彎曲或不平衡。
4）風機或電動機地腳螺栓松動。
5）風機基礎(chǔ)剛性不足。
6）風機葉片上面有雜物或磨損不均勻。
7）減速器軸承或齒輪磨損。
根據(jù)可能的原因，逐一分析排查，并重點對減速器與電動機對中情況進行檢查 ，經(jīng)過處理后再次啟動，各項振動值均降了下來。每次處理后各項運行參數(shù)如下表所示。
故障處理前后各項運行參數(shù)表
五、結(jié)語
通過這次故障處理，采取相應(yīng)預(yù)防措施，減少故障發(fā)生。
1）加強設(shè)備點檢，及時掌握風機的運行狀況，合理安排維護周期；
2）備件更換時s*先要查看技術(shù)資料，避免走彎路；
3）處理故障時盡可能查找引起故障的可能原因，做到全面排查；
4）嚴格按照操作規(guī)程進行操作。
參考文獻
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[3] 續(xù)魁昌.風機手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社， 2001.
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