南宁市兆冠环保科技有限公司

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南宁兆冠环保公司—广西溴类灭藻剂的新研究现状

2020-08-04 12:33:01  1217次浏览 次浏览
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循环水冷却塔风机故障的原因分析及改造

摘要:通过对引起循环水冷却塔风机维修次数多、运行周期短的原因调查分析,确定了引起故障的因素,制定出对风机的改进措施。通过对风机进行相应的技术改造,取得了良好的效果,并对遗留问题进行了分析研究。

关键词:冷却塔风机;故障;原因分析;改造

Analysis on Frequent Failure in the Cooling Tower Fan with Circulating Water and Its Transformation

Abstract: The factors for causing frequent failure in the cooling tower fan with circulating water and the improvement measures are determined by analyzing the reasons for frequent maintenance and short-run cycle. Through the relevant technical transformation for fan, the good result has been achieved and the remaining issues have been analyzed.

Key words: cooling tower fan; failure; reason analysis; transformation

0 引言

我厂循环水冷却装置,采用风机横流式冷却塔。塔顶配备4台LF85A通风机,每台设计流量为262×104m3/h,转速149r/min ,风机主要由电机、传动轴、减速器、叶片、轮毂、挡风板等部件组成。减速器为二级齿轮传动;叶片由直径为8.5m的高强度环氧玻璃钢模压而成;传动轴为单根传动;联轴器采用金属叠片挠性联轴器。1997年投用以来,随着冷却水用量增大,风机使用率较高,风机运行中故障发生越来越频繁,配件损坏、更换较多,维修费用较高,影响凉水塔长周期稳定运行。作为全厂循环水系统的主要冷却设备,风机运行状况的好坏,直接影响到炼厂各生产装置换热设备的工艺生产条件和产品质量。

1 风机运行状况分析

1.1 风机故障维修情况

表1为4台风机2002年~2004年11月的设备维修记录统计。

表1 风机维修记录

风机编号 2002年 2003年 2004年(前11个月)

T3201-1 更换传动齿轮1套、轴承1副 更换传动齿轮1套、轴承1副 齿轮箱解体重新组装

T3201-2 更换机械密封1套、联轴器金属叠片1套 更换机械密封1套、联轴器金属叠片1套 更换传动齿轮1套、轴承1副、电机1台

T3201-3 更换机械密封1套、联轴器金属叠片1套 更换传动齿轮1套、轴承1副 齿轮箱解体重新组装

T3201-4 更换机械密封1套、联轴器金属叠片1套 更换机械密封1套、联轴器金属叠片1套 更换传动齿轮1套、轴承1副、联轴器金属叠片1套

由表1看出, 3年内4台风机维修频繁,配件更换较多,导致了较高的运行维护成本。维修期间风机需要停运,影响了总厂循环水质量。

1.2 风机故障基本原因分类

总结风机故障现象及原因,有其规律可循,风机故障按其原因分类,如表2和表3所示。

表2 风机机械故障原因分类[1]

故障分类 主要原因

设计原因 ① 设计不当,动态特性不良,运行时发生强迫振动或自激振动

② 结构不合理,应力集中

③ 设计工作转速接近或落入临界转速区

④ 热膨胀量计算不准,导致热态对中不良

制造原因 ① 零部件加工制造不良,精度不够

② 零件材质不良,强度不够,制造缺陷

③ 转子动平衡不符合技术要求

安装、维修 ① 机械安装不当,零部件错位,预负荷大

② 轴系对中不良

③ 机器几何参数(如配合间隙、过盈量及相对位置)调整不当

④ 管道应力大,机器在工作状态下改变了动态特性和安装精度

⑤ 转子长期放置不当,改变了动平衡精度

⑥ 未按规程检修,破坏了机器原有的配合性质和精度

操作运行 ① 工艺参数(如介质的温度、压力、流量、负荷等)偏离设计值,机器运行工况不正常

② 机器在超转速、超负荷下运行,改变了机器的工作特性

③ 运行点接近或落入临界转速区

④ 润滑或冷却不良

⑤ 转子局部损坏或结垢

⑥ 启停机或升降速过程操作不当,暖机不够,热膨胀不均匀或在临界区停留时间过久

机器劣化 ① 长期运行,转子挠度增大或动平衡劣化

② 转子局部损坏、脱落或产生裂纹

③ 零部件磨损、点蚀或腐蚀等

④ 配合面受力劣化,产生过盈不足或松动等,破坏了配合性质和精度

⑤ 机器基础沉降不均匀,机器壳体变形

表3 转子系统的异常振动类型及其特征[2]

频带区域 主要异常

振动原因 异常振动的特征

低频 不平衡 由于旋转体轴心周围的质量分布不均,振动频率一般与旋转频率相同

不对中 当两根旋转轴用联轴器联接有偏移时,振动频率一般为旋转频率或高频

轴弯曲 因旋转轴自身的弯曲变形而引起的振动,一般发生旋转频率的高次成分

松动 因基础螺栓松动或轴承磨损而引起的振动,一般发生旋转频率的高次成分

油膜振荡 在滑动轴承做强制润滑的旋转体中产生,振动频率为旋转频率的1/2倍左右

中频 压力脉动 发生在水泵、风机叶轮中,每当流体通过涡旋壳体时发生压力变动,如压力发生机构产生异常时,则压力脉动发生变化

干扰振动 多发生在轴流式或离心式压缩机上,运行时在动静叶片间因叶轮和扩压器、喷嘴等干扰而发生的振动

高频 空穴作用 在流体机械中,由于局部压力下降而产生气泡,到达高压部分时气泡破裂,通常会发生随机的高频振动和噪声

流体振动 在流体机械中,由于压力发生机构和密封件的异常而发生的-种涡流,

也会产生随机的高频振动和噪声

1.3 风机状态检测及失效原因分析

为确定风机各部件发生损坏故障的具体原因,对风机在运行过程中的状态进行了监测,结果如表4所示。

表4 循环水风机振动测量数据

mm/s

风机编号 减速器 电机轴承

径向 轴向 水平方向 垂直方向

T3201-1 16.325 5.221 6.735 3.552

T3201-2 18.840 5.117 6.989 3.842

T3201-3 15.545 5.631 7.154 3.452

T3201-4 12.600 9.417 7.315 3.575

检测表明,振动主要集中在低频区域。监测发现减速器输入轴径向垂直方向振动测量数据超标,达18.84mm/s(允许振动标准为6.3 mm/s),并且发现塔有轻微颤动现象。

通过对引起冷却塔风机振动现象进行分析,确定风机故障的主要原因为

(1)安装维修

① 风机安装偏差,零部件错位,预负荷大;

② 轴系对中不良;

③ 风机几何参数(如配合间隙、过盈量及相对位置)调整不当;

④ 检修过程不符合风机要求的配合性质和精度。

(2)设备运行工况

① 长期运行,转子挠度增大或动平衡劣化,转子局部损坏、脱落或产生裂纹;

② 变速齿轮等零部件磨损、点蚀或腐蚀;

③ 配合面受力劣化,产生过盈不足或松动等,破坏了配合性质和精度;

④ 冷却塔设计刚性不足。

通过以上分析可以看出,风机安装维修过程和设备劣化两方面存在的问题,是引起风机转子不平衡和不对中的直接原因,导致运行过程中振动过大,造成风机故障频发、部件损坏。另外,部分部件的材质不良导致强度不够,风机运行工况不正常导致润滑不良,启、停机或升降速过程操作不当等,也是导致风机不能平稳运行的因素。

2 技术改造措施

⑴ 对风机部分参数进行技术改造(表5)

①更换减速器的斜齿轮,改变减速器的传动比。

表5 齿轮改造参数变化表

参数

齿数 模数 螺旋角 接触强度系数 弯曲强度系数

原主动斜齿轮 19 7 13°50′23.8″ 1.4 2.7

原被动斜齿轮 67 7 13°50′23.8″ 3 3.2

新主动斜齿轮 19 8 11°17′27.88″ 1.4 2.7

新被动斜齿轮 57 8 11°17′27.88″ 3.1 3.3

② 将Y315L1-4W 160kW电机改为YB2315L2-6W 132KkW电机。

③ 改进风机叶片安装角。风机叶片安装角由8°更改为14°。

⑵ 将风机联轴器金属叠片由原来的圆形更换为八角形,使其弹性及硬度都有了很大的提高,承受剪切扭力增强,延长了叠片的使用寿命。

⑶ 对冷却塔进行改造。冷却塔原球形填料由于使用年限长、损坏严重,对水温的冷却达不到理想效果,不能满足生产工艺要求。通过将原淋水填料、喷头、收水器全部更换,采用薄膜填料和开孔弓形板填料混装的形式,材质采用PVC,改造后在原处理量不变的情况下,温差可达到8~10℃,从而提高了冷却效果,降低了风机的有效运行时数。

⑷ 对1#、2#、4#风机进行了变频改造,风机由原来的刚性启动变为柔性启动,避免了启动时对变速齿轮的瞬间强力冲击,同时根据水温能够自动调节风机的转速,达到优化运行工况及节能双赢的目的。

⑸ 将变速箱润滑油由原来的100#机械油改为100#空气压缩机油,提高了润滑油的防锈、抗氧化、极压抗磨的能力,从而改善了风机传动机构的润滑条件,避免了油质乳化或有杂质等原因引起的齿轮损坏。

⑹ 在设备安装调试方面,由于该设备跨度较长(电机与变速箱相距5m),对齿轮的安装精度要求较高。在风机的改造安装过程中,使用专业测量工具,严把每道质量关,确保每一处配合间隙、同心度等均在设计允许范围之内,保证电机轴和减速箱轴的同轴度。避免了安装过程中轴不同心、串轴、齿轮啮合不良、叶片高度差超出要求等容易引起风机振动的不良因素。

3 技术改造效果

(1)改造前、后风机故障维修时数统计。

表6 改造前、后风机故障维修时数对比表

h

风机编号

T3201/1 T3201/2 T3201/3 T3201/4

改造前 2002年 362 384 753 368

2003年 481 563 504 483

2004年 1201 1086 962 905

改造后 2005年 0 0 0 0

2006年 0 0 79 0

从表6看出,技术改造后,4台风机的平稳运行周期时数有了很大提高。

(2)改造前、后风机的维修频率对比。

表7 技术改造前3年和改造后2年风机维修次数统计表

风机编号 维修次数

改造前 改造后

2002 2003 2004 2005 2006

T3201-1 2 2 2 0 0

T3201-2 2 1 3 0 0

T3201-3 2 1 3 0 1

T3201-4 1 3 2 0 0

从表7看出,技术改造后,4台风机接近零维修。

(3)改造前、后风机的振动状况对比。

表8 改造前、后风机(以T3201-2为例)振动测量数据统计表

测量值

风机 电机轴承

径向 轴向 水平径向 垂直轴向

改造前(平均值) 18.840 5.117 6.989 3.842

改造后(平均值) 2.526 2.207 2.509 1.260

通过对改造前后风机(以T3201-2为例)的振动测量数据的对比,可以看出风机的振动状况得到了很大的改善。

(4)改造前、后风机的性能对比。

表9 改造前、后风机性能对比表

性 能

风量/(m3/h) 全压/ Pa 转速/(r/min)

改造前 262×104 151 149

改造后 250×104 142 116

从表9中数据看出,经改造后虽然风机转速降低,但由于风机叶片的角度增大,风量基本不变,风机的性能下降较少。同时对冷却塔进行了改造,风机冷却性能完全能够满足生产运行中对水温的冷却要求,满足了生产需要。

(5)在改善工作环境、提高运行周期的同时实现了节能降耗。

实施技术改造后2年来的统计表明,除3#风机的联轴器金属叠片因材质问题更换过外,其余配件均未进行过维修,仅此一项年节约维修费、材料费10多万元。由于1#、2#、4#风机进行了变频改造,每月可节约用电约1.8万kW•h。

4 结论与讨论

通过对风机的技术改造,降低了运行维修成本,达到了冷却塔长周期稳定运行的目的,并取得了一定的经济效益。但就冷却塔目前运行状态看,仍存在冷却塔振动问题,其原因:一是由于风机轴的跨度较大,叶片较长,在长周期运转后,会发生变形损伤,需要定期对其进行动平衡试验及校直;二是冷却塔风机基础刚性不足,也是引起风机振动的不确定因素之一;三是风机上无监控报警装置,无法对风机的转速与振动进行动态监测。

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