馬學(xué)營(yíng)

摘 要：曝氣鼓風(fēng)機(jī)，主要作用是在鼓風(fēng)機(jī)的出口接管道至曝氣池，為活性污泥微生物提供所需的溶解氧，以保障微生物代謝過(guò)程中的需氧量。風(fēng)機(jī)因機(jī)體振動(dòng)超標(biāo)、檢修電機(jī)等問題頻繁檢修，不僅加大了檢修工作量，增加了檢修費(fèi)用，也對(duì)生產(chǎn)的正常運(yùn)行帶來(lái)了極大的隱患。本文簡(jiǎn)要分析總結(jié)了中國(guó)石化集團(tuán)公司催化劑有限公司齊魯分公司供排水車間生化崗位離心式多級(jí)曝氣鼓風(fēng)機(jī)軸承振動(dòng)超標(biāo)、維修頻繁的原因分析及處理措施，以更好的促進(jìn)生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：多級(jí)；振動(dòng)；原因分析；預(yù)偏

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.007

1 前言

齊魯分公司供排水車間生化崗位的關(guān)鍵設(shè)備——曝氣鼓風(fēng)機(jī)，主要作用是在鼓風(fēng)機(jī)的出口接管道至曝氣池，為活性污泥微生物提供所需的溶解氧，以保障微生物代謝過(guò)程中的需氧量。鼓風(fēng)機(jī)類型是“華鼓”C-110.7多級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)，于2012年6月22日在公司生化裝置投入使用，共有3臺(tái)。投入運(yùn)行的前兩年，風(fēng)機(jī)因機(jī)體振動(dòng)超標(biāo)、檢修電機(jī)等問題頻繁檢修，先后共檢修12次，不僅加大了檢修工作量，增加了檢修費(fèi)用，也對(duì)生產(chǎn)的正常運(yùn)行帶來(lái)了極大的隱患。為此，我們機(jī)修車間檢修人員對(duì)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行及檢修狀況進(jìn)行了細(xì)致的跟蹤分析，并積極與生產(chǎn)車間技術(shù)人員及操作人員進(jìn)行探討，對(duì)機(jī)體振動(dòng)原因仔細(xì)查找并在設(shè)備運(yùn)行操作及檢修中進(jìn)行處理?，F(xiàn)在，設(shè)備的機(jī)體振動(dòng)超標(biāo)、電機(jī)檢修頻繁等狀況已消除，運(yùn)行狀況良好，在2015年僅在2月份檢修過(guò)一次。為此，本文對(duì)設(shè)備的振動(dòng)超標(biāo)原因進(jìn)行分析總結(jié)，以更好的促進(jìn)生產(chǎn)。

2 “華鼓”C-110.7多級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)簡(jiǎn)介

“華鼓”C-110.7多級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)系上海華鼓鼓風(fēng)機(jī)有限公司生產(chǎn)，其特點(diǎn)是多級(jí)、單吸入、雙支撐結(jié)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)安裝在同一底座上，除了連接動(dòng)力的主軸外，無(wú)其他的外部轉(zhuǎn)動(dòng)部件，是把原動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w壓力能的一種旋轉(zhuǎn)葉片機(jī)械（見圖1）。其原理是當(dāng)氣體通過(guò)進(jìn)氣室均勻地進(jìn)入葉輪后，在旋轉(zhuǎn)的葉片中受離心力作用以及擴(kuò)壓段的擴(kuò)壓作用下，使其大部分機(jī)械能轉(zhuǎn)變成氣體壓力能，如此氣體經(jīng)過(guò)幾級(jí)連續(xù)壓縮，獲得所需要的壓力。

3 風(fēng)機(jī)振動(dòng)原因分析

風(fēng)機(jī)自投入運(yùn)行一年半以來(lái)一直運(yùn)行比較正常，用振動(dòng)檢測(cè)儀測(cè)量?jī)奢S承箱體的水平和垂直兩處檢測(cè)點(diǎn)，其徑向及軸向振動(dòng)值均在2.7～3.5mm/s之間.。但自2014年3月份以來(lái)，檢修比較頻繁，使檢修工作量劇增，如下表1所示：

由表1檢修數(shù)據(jù)可以看出，風(fēng)機(jī)在運(yùn)行到一年半的時(shí)間后開始了頻繁的檢修。尤其是更換排氣端軸承，最短的間隔周期只有9天。更換軸承的原因是軸承座處振速超標(biāo)。鼓風(fēng)機(jī)廠家要求的振動(dòng)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)是每個(gè)軸承座在水平、垂直方向的徑向、軸向的振速值都要≤6.3mm/s，因此在軸承振速超標(biāo)后我們就進(jìn)行更換。但是我們更換的振速超標(biāo)軸承大多數(shù)情況下看不出有損壞的地方，軸承振速超標(biāo)應(yīng)該不是軸承損壞，而是有別的原因，我們對(duì)其進(jìn)行了跟蹤分析處理：

3.1 聯(lián)軸器對(duì)中不良，同軸度超差容易引起風(fēng)機(jī)振動(dòng)

通常，我們使用的單級(jí)離心式風(fēng)機(jī)，采用彈性圓柱銷聯(lián)軸器傳動(dòng)時(shí)同軸度徑向偏差應(yīng)≤0.08mm，軸向偏差應(yīng)≤0.06mm。而這三臺(tái)曝氣鼓風(fēng)機(jī)為多級(jí)離心式風(fēng)機(jī)，氣體經(jīng)過(guò)幾級(jí)連續(xù)壓縮后導(dǎo)致風(fēng)機(jī)排氣端溫度超過(guò)室溫，產(chǎn)生熱膨脹。廠家要求風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行中，溫度升高至穩(wěn)定狀態(tài)后同軸度偏差應(yīng)≤0.05mm。因此對(duì)多級(jí)風(fēng)機(jī)冷態(tài)找正時(shí)需計(jì)算溫升補(bǔ)償量，然后對(duì)軸系進(jìn)行正確的預(yù)偏，以保證風(fēng)機(jī)運(yùn)行后熱態(tài)時(shí)的同軸度。

我們檢修人員在風(fēng)機(jī)剛開始運(yùn)行的一年半多的時(shí)間里，風(fēng)機(jī)及電機(jī)檢修后都用設(shè)備原來(lái)的墊片厚度，找正后風(fēng)機(jī)運(yùn)行良好。但之后由于頻繁檢修我們懷疑是對(duì)軸系的預(yù)偏誤差較大，于是對(duì)風(fēng)機(jī)的熱膨脹量進(jìn)行了重新計(jì)算調(diào)整并找正。過(guò)程如下：

3.1.1 測(cè)量計(jì)算熱偏移的數(shù)據(jù)（參考圖1）

A=軸的中心線到風(fēng)機(jī)底座的的高度為720mm；

B=風(fēng)機(jī)兩個(gè)螺栓之間的距離820㎜；

C=風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)端地腳螺栓孔到電機(jī)驅(qū)動(dòng)端地腳螺栓孔之間的距離840㎜；

D=電機(jī)兩地腳螺栓孔之間的距離510㎜；

COE=鑄鐵的熱膨脹系數(shù)為0.000006”/℃

T（△t）=進(jìn)氣機(jī)殼與排氣機(jī)殼之間的溫度變化約為60℃（由測(cè)溫儀測(cè)量）。

3.1.2 計(jì)算補(bǔ)償量并找正（參考圖2）

E=出口端溫度上升引起的熱膨脹量

=A×（△t）×0.000006=720 ×60 ×0.000006=0.26mm

F=電機(jī)前底腳補(bǔ)償值

=（C/B）×E=（840/820） ×0.26=0.27mm（負(fù)值）

G= 電機(jī)后底腳補(bǔ)償值

=﹝（C+D）/B﹞×E=（840+510）/820×0.26=0.43mm（負(fù)值）

注：（1）驅(qū)動(dòng)端在進(jìn)氣口一側(cè)時(shí)，進(jìn)行冷機(jī)補(bǔ)償必須使用使電機(jī)軸線比風(fēng)機(jī)軸線低一些；

（2）風(fēng)機(jī)冷態(tài)時(shí)軸線位置為“0”，F(xiàn)，G的標(biāo)準(zhǔn)控制在十幾分之幾毫米以內(nèi)。

根據(jù)此計(jì)算數(shù)據(jù)我們又進(jìn)行了找正，之后設(shè)備軸承還是振速較高。于是我們與生產(chǎn)廠家進(jìn)行了聯(lián)系，對(duì)找正問題進(jìn)行了探討。

3.1.3 按廠家所給經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行找正

據(jù)風(fēng)機(jī)廠家的技術(shù)人員介紹經(jīng)驗(yàn)：冷機(jī)補(bǔ)償時(shí)聯(lián)軸器徑向偏差和軸向偏差都約為0.10mm，如圖3所示，即：e=0.10mm，S=0.10mm。

由經(jīng)驗(yàn)值e=0.10mm，S=0.10mm可推出G、F的數(shù)值：

測(cè)量L1為310mm——支點(diǎn)A到聯(lián)軸器測(cè)量平面間的距離，mm；（如圖4所示）

測(cè)量L2為820mm——支點(diǎn)B到聯(lián)軸器測(cè)量平面間的距離，mm；

測(cè)量d為240mm ——聯(lián)軸器的計(jì)算直徑（百分表測(cè)量頭回轉(zhuǎn)直徑），mm。

根據(jù)找正計(jì)算公式可得：

F=L1×s/d+e

=310×（-0.10）/240+（-0.10） =（-0.13）+（-0.10） =-0.23mm

G=L2×s/d+e

=820×（-0.10）/240+（-0.10） =（-0.34）+（-0.10） =-0.44mm

由此可見，此值與先前計(jì)算的補(bǔ)償量相差極小，但我們還是對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行了重新找正。找正后軸承振速與先前相近，還是較高。為此，我們重新想辦法。

3.1.4 熱態(tài)找正

我們?cè)趯?duì)風(fēng)機(jī)及電機(jī)冷態(tài)找正后，又增加了一道程序，讓設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)，等一切溫度正常后再次找正，即熱態(tài)找正。其中2014年7月22日對(duì)1號(hào)風(fēng)機(jī)熱態(tài)找正數(shù)據(jù)達(dá)到了徑向偏差為0.005mm，軸向偏差為0.01mm，已經(jīng)接近理想數(shù)值，但軸承還是使用時(shí)間不長(zhǎng)后就振動(dòng)超標(biāo)了。

因此我們判斷聯(lián)軸器對(duì)中不良不是引起振動(dòng)的主要原因。

3.2 曝氣部分阻力過(guò)大，使風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況點(diǎn)接近了“喘振區(qū)”

事實(shí)證明，這是風(fēng)機(jī)振速超標(biāo)的主要原因。因?yàn)樵?014年9月中旬生物池清理污泥后，風(fēng)機(jī)的軸承振速降了下來(lái)，只有1.5mm/s左右。

3.2.1 “喘振”現(xiàn)象簡(jiǎn)介

具有駝峰型特性的風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)負(fù)荷減小，負(fù)載流量下降到某一定值時(shí)，出現(xiàn)工作不穩(wěn)定現(xiàn)象。這時(shí)流量忽多忽少，一會(huì)兒向負(fù)載排氣，一會(huì)兒又從負(fù)載吸氣，發(fā)出如同哮喘病人“喘氣”的噪聲，同時(shí)伴隨著強(qiáng)烈振動(dòng)，這種現(xiàn)象稱之為喘振。

3.2.2 “喘振”產(chǎn)生的原因分析

“喘振”的產(chǎn)生有內(nèi)因及外因兩方面的因素，內(nèi)因是風(fēng)機(jī)本身由于流量很小時(shí)，氣流進(jìn)入葉片的方向角βl與葉片安裝角βlA差值變大，即沖角i=β1A-βl增加，引起葉道中嚴(yán)重的氣流脫離，損失增加，風(fēng)機(jī)的效率很快下降，甚至無(wú)法向管網(wǎng)中輸氣。外因是管網(wǎng)系統(tǒng)的，若管網(wǎng)阻力系數(shù)很大（即性能曲線比較陡），管網(wǎng)性能曲線很容易與風(fēng)機(jī)性能曲線的左下部相交，而產(chǎn)生喘振。

圖5給出了具有駝峰型特性的離心風(fēng)機(jī)的特性曲線。

圖中，曲線1是離心風(fēng)機(jī)在某一轉(zhuǎn)速下的特性曲線，代表出口絕壓P2與入口絕壓P1之比與風(fēng)機(jī)流量之間的關(guān)系，是一個(gè)駝峰曲線，駝峰點(diǎn)M處的流量為Qm。曲線2是管路特性曲線，正常工作點(diǎn)為A?？梢钥闯?，在駝峰點(diǎn)右側(cè)，工作時(shí)穩(wěn)定的。因?yàn)槿魏闻既灰蛩卦斐傻墓ぷ鼽c(diǎn)波動(dòng)（例如流量增加），對(duì)于風(fēng)機(jī)特性曲線1而言，壓力會(huì)減小，而對(duì)于管路特性曲線2而言，壓力會(huì)增加，這兩個(gè)相互矛盾的結(jié)果最終會(huì)使工作點(diǎn)返回到原來(lái)的位置，在駝峰點(diǎn)M的左側(cè)，這種情況正好相反，任何偶然因素造成的工作點(diǎn)波動(dòng)將使沿風(fēng)機(jī)特性曲線1上的壓力變化趨勢(shì)與沿管路特性曲線2上的壓力變化趨勢(shì)具有完全的一致性，其結(jié)果加劇了工作點(diǎn)的偏移，使之不能返回到原來(lái)的工作點(diǎn)上，風(fēng)機(jī)的工作出現(xiàn)不穩(wěn)定情況。

因此，駝峰點(diǎn)M右側(cè)的區(qū)域?yàn)榉€(wěn)定工作區(qū)域，駝峰點(diǎn)M左側(cè)的區(qū)域?yàn)椴环€(wěn)定工作區(qū)域。管網(wǎng)阻力增加會(huì)使處于駝峰右側(cè)的工作點(diǎn)向駝峰點(diǎn)靠近，工作點(diǎn)越靠近駝峰點(diǎn)M，越會(huì)出現(xiàn)工作不穩(wěn)定的可能性。

3.2.3 處理措施及效果

（1）降低生物池的污泥濃度。因?yàn)楣娘L(fēng)機(jī)的負(fù)荷越大，發(fā)生喘振的幾率越大。在公司安排對(duì)生物池污泥進(jìn)行了清理后，振動(dòng)恢復(fù)正常值，就驗(yàn)證了這點(diǎn)。因此，我們認(rèn)為，在滿足工藝基本要求的情況下，盡量降低生物池的污泥濃度，減少耗氧量，以使鼓風(fēng)機(jī)的工作負(fù)荷降低，離開喘振區(qū)域及工作不穩(wěn)定區(qū)域。

（2）保證整個(gè)管路的通暢，經(jīng)常對(duì)進(jìn)口風(fēng)道過(guò)濾網(wǎng)、曝氣頭進(jìn)行了檢查，以避免堵塞，降低整個(gè)管路的阻力。

采取以上兩種措施進(jìn)行處理后，三臺(tái)設(shè)備的振速都降了下來(lái)，在1.5mm/s～2.0mm/s，比設(shè)備剛開車運(yùn)行時(shí)還小，噪聲也明顯減小。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)半年多的頻繁檢修及原因分析、處理，幾臺(tái)曝氣風(fēng)機(jī)終于能安穩(wěn)運(yùn)行。現(xiàn)在單臺(tái)風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)周期已由最短的9天時(shí)間延長(zhǎng)到8個(gè)月（具體運(yùn)轉(zhuǎn)周期還需進(jìn)一步繼續(xù)觀察），操作人員和檢修人員的工作量都大大降低，同時(shí)也大幅降低了檢修費(fèi)用，確保了生化裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。