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滅藻劑、緩蝕阻垢劑、冷凝器除垢劑、換熱器除垢劑、空調(diào)除垢劑、鍋爐除垢劑、中央空調(diào)管道清洗、冷凝器清洗、重型空氣預(yù)熱器管路清洗、中央空調(diào)、蒸發(fā)式冷凝器、凝汽器、冷凝器、換熱器、鍋爐（包括導(dǎo)熱油爐）、大型化工企業(yè)的工藝管路清洗、鍋爐管道清洗、消泡劑、劑、滅藻劑、緩蝕劑、阻垢劑、清洗劑、除垢劑、緩蝕除垢劑、除垢緩蝕劑、阻垢緩蝕劑、氧化性滅藻劑、非氧化性滅藻劑

◆◆◆南寧市兆冠環(huán)保科技有限公司◆◆◆

循環(huán)水冷卻塔風(fēng)機(jī)故障的原因分析及改造

摘要：通過對引起循環(huán)水冷卻塔風(fēng)機(jī)維修次數(shù)多、運(yùn)行周期短的原因調(diào)查分析，確定了引起故障的因素，制定出對風(fēng)機(jī)的改進(jìn)措施。通過對風(fēng)機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)改造，取得了良好的效果，并對遺留問題進(jìn)行了分析研究。

關(guān)鍵詞：冷卻塔風(fēng)機(jī)；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

我廠循環(huán)水冷卻裝置，采用風(fēng)機(jī)橫流式冷卻塔。塔頂配備4臺LF85A通風(fēng)機(jī)，每臺設(shè)計(jì)流量為262×104m3/h，轉(zhuǎn)速149r/min ，風(fēng)機(jī)主要由電機(jī)、傳動軸、減速器、葉片、輪轂、擋風(fēng)板等部件組成。減速器為二級齒輪傳動；葉片由直徑為8.5m的高強(qiáng)度環(huán)氧玻璃鋼模壓而成；傳動軸為單根傳動；聯(lián)軸器采用金屬疊片撓性聯(lián)軸器。1997年投用以來，隨著冷卻水用量增大，風(fēng)機(jī)使用率較高，風(fēng)機(jī)運(yùn)行中故障發(fā)生越來越頻繁，配件損壞、更換較多，維修費(fèi)用較高，影響涼水塔長周期穩(wěn)定運(yùn)行。作為全廠循環(huán)水系統(tǒng)的主要冷卻設(shè)備，風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀況的好壞，直接影響到煉廠各生產(chǎn)裝置換熱設(shè)備的工藝生產(chǎn)條件和產(chǎn)品質(zhì)量。

1 風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀況分析

1.1 風(fēng)機(jī)故障維修情況

表1為4臺風(fēng)機(jī)2002年～2004年11月的設(shè)備維修記錄統(tǒng)計(jì)。

表1 風(fēng)機(jī)維修記錄

風(fēng)機(jī)編號 2002年 2003年 2004年（前11個(gè)月）

T3201-1 更換傳動齒輪1套、軸承1副 更換傳動齒輪1套、軸承1副 齒輪箱解體重新組裝

T3201-2 更換機(jī)械密封1套、聯(lián)軸器金屬疊片1套 更換機(jī)械密封1套、聯(lián)軸器金屬疊片1套 更換傳動齒輪1套、軸承1副、電機(jī)1臺

T3201-3 更換機(jī)械密封1套、聯(lián)軸器金屬疊片1套 更換傳動齒輪1套、軸承1副 齒輪箱解體重新組裝

T3201-4 更換機(jī)械密封1套、聯(lián)軸器金屬疊片1套 更換機(jī)械密封1套、聯(lián)軸器金屬疊片1套 更換傳動齒輪1套、軸承1副、聯(lián)軸器金屬疊片1套

由表1看出， 3年內(nèi)4臺風(fēng)機(jī)維修頻繁，配件更換較多，導(dǎo)致了較高的運(yùn)行維護(hù)成本。維修期間風(fēng)機(jī)需要停運(yùn)，影響了總廠循環(huán)水質(zhì)量。

1.2 風(fēng)機(jī)故障基本原因分類

總結(jié)風(fēng)機(jī)故障現(xiàn)象及原因，有其規(guī)律可循，風(fēng)機(jī)故障按其原因分類，如表2和表3所示。

表2 風(fēng)機(jī)機(jī)械故障原因分類[1]

故障分類 主要原因

設(shè)計(jì)原因 ① 設(shè)計(jì)不當(dāng)，動態(tài)特性不良，運(yùn)行時(shí)發(fā)生強(qiáng)迫振動或自激振動

② 結(jié)構(gòu)不合理，應(yīng)力集中

③ 設(shè)計(jì)工作轉(zhuǎn)速接近或落入臨界轉(zhuǎn)速區(qū)

④ 熱膨脹量計(jì)算不準(zhǔn)，導(dǎo)致熱態(tài)對中不良

制造原因 ① 零部件加工制造不良，精度不夠

② 零件材質(zhì)不良，強(qiáng)度不夠，制造缺陷

③ 轉(zhuǎn)子動平衡不符合技術(shù)要求

安裝、維修 ① 機(jī)械安裝不當(dāng)，零部件錯(cuò)位，預(yù)負(fù)荷大

② 軸系對中不良

③ 機(jī)器幾何參數(shù)（如配合間隙、過盈量及相對位置）調(diào)整不當(dāng)

④ 管道應(yīng)力大，機(jī)器在工作狀態(tài)下改變了動態(tài)特性和安裝精度

⑤ 轉(zhuǎn)子長期放置不當(dāng)，改變了動平衡精度

⑥ 未按規(guī)程檢修，破壞了機(jī)器原有的配合性質(zhì)和精度

操作運(yùn)行 ① 工藝參數(shù)（如介質(zhì)的溫度、壓力、流量、負(fù)荷等）偏離設(shè)計(jì)值，機(jī)器運(yùn)行工況不正常

② 機(jī)器在超轉(zhuǎn)速、超負(fù)荷下運(yùn)行，改變了機(jī)器的工作特性

③ 運(yùn)行點(diǎn)接近或落入臨界轉(zhuǎn)速區(qū)

④ 潤滑或冷卻不良

⑤ 轉(zhuǎn)子局部損壞或結(jié)垢

⑥ 啟停機(jī)或升降速過程操作不當(dāng)，暖機(jī)不夠，熱膨脹不均勻或在臨界區(qū)停留時(shí)間過久

機(jī)器劣化 ① 長期運(yùn)行，轉(zhuǎn)子撓度增大或動平衡劣化

② 轉(zhuǎn)子局部損壞、脫落或產(chǎn)生裂紋

③ 零部件磨損、點(diǎn)蝕或腐蝕等

④ 配合面受力劣化，產(chǎn)生過盈不足或松動等，破壞了配合性質(zhì)和精度

⑤ 機(jī)器基礎(chǔ)沉降不均勻，機(jī)器殼體變形

表3 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的異常振動類型及其特征[2]

頻帶區(qū)域 主要異常

振動原因 異常振動的特征

低頻 不平衡 由于旋轉(zhuǎn)體軸心周圍的質(zhì)量分布不均，振動頻率一般與旋轉(zhuǎn)頻率相同

不對中 當(dāng)兩根旋轉(zhuǎn)軸用聯(lián)軸器聯(lián)接有偏移時(shí)，振動頻率一般為旋轉(zhuǎn)頻率或高頻

軸彎曲 因旋轉(zhuǎn)軸自身的彎曲變形而引起的振動，一般發(fā)生旋轉(zhuǎn)頻率的高次成分

松動 因基礎(chǔ)螺栓松動或軸承磨損而引起的振動，一般發(fā)生旋轉(zhuǎn)頻率的高次成分

油膜振蕩 在滑動軸承做強(qiáng)制潤滑的旋轉(zhuǎn)體中產(chǎn)生，振動頻率為旋轉(zhuǎn)頻率的1/2倍左右

中頻 壓力脈動 發(fā)生在水泵、風(fēng)機(jī)葉輪中，每當(dāng)流體通過渦旋殼體時(shí)發(fā)生壓力變動，如壓力發(fā)生機(jī)構(gòu)產(chǎn)生異常時(shí)，則壓力脈動發(fā)生變化

干擾振動 多發(fā)生在軸流式或離心式壓縮機(jī)上，運(yùn)行時(shí)在動靜葉片間因葉輪和擴(kuò)壓器、噴嘴等干擾而發(fā)生的振動

高頻 空穴作用 在流體機(jī)械中，由于局部壓力下降而產(chǎn)生氣泡，到達(dá)高壓部分時(shí)氣泡破裂，通常會發(fā)生隨機(jī)的高頻振動和噪聲

流體振動 在流體機(jī)械中，由于壓力發(fā)生機(jī)構(gòu)和密封件的異常而發(fā)生的－種渦流，

也會產(chǎn)生隨機(jī)的高頻振動和噪聲

1.3 風(fēng)機(jī)狀態(tài)檢測及失效原因分析

為確定風(fēng)機(jī)各部件發(fā)生損壞故障的具體原因，對風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中的狀態(tài)進(jìn)行了監(jiān)測，結(jié)果如表4所示。

表4 循環(huán)水風(fēng)機(jī)振動測量數(shù)據(jù)

mm/s

風(fēng)機(jī)編號 減速器 電機(jī)軸承

徑向 軸向 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

檢測表明，振動主要集中在低頻區(qū)域。監(jiān)測發(fā)現(xiàn)減速器輸入軸徑向垂直方向振動測量數(shù)據(jù)超標(biāo)，達(dá)18.84mm/s（允許振動標(biāo)準(zhǔn)為6.3 mm/s），并且發(fā)現(xiàn)塔有輕微顫動現(xiàn)象。

通過對引起冷卻塔風(fēng)機(jī)振動現(xiàn)象進(jìn)行分析，確定風(fēng)機(jī)故障的主要原因?yàn)?

（1）安裝維修

① 風(fēng)機(jī)安裝偏差，零部件錯(cuò)位，預(yù)負(fù)荷大；

② 軸系對中不良；

③ 風(fēng)機(jī)幾何參數(shù)（如配合間隙、過盈量及相對位置）調(diào)整不當(dāng)；

④ 檢修過程不符合風(fēng)機(jī)要求的配合性質(zhì)和精度。

（2）設(shè)備運(yùn)行工況

① 長期運(yùn)行，轉(zhuǎn)子撓度增大或動平衡劣化，轉(zhuǎn)子局部損壞、脫落或產(chǎn)生裂紋；

② 變速齒輪等零部件磨損、點(diǎn)蝕或腐蝕；

③ 配合面受力劣化，產(chǎn)生過盈不足或松動等，破壞了配合性質(zhì)和精度；

④ 冷卻塔設(shè)計(jì)剛性不足。

通過以上分析可以看出，風(fēng)機(jī)安裝維修過程和設(shè)備劣化兩方面存在的問題，是引起風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡和不對中的直接原因，導(dǎo)致運(yùn)行過程中振動過大，造成風(fēng)機(jī)故障頻發(fā)、部件損壞。另外，部分部件的材質(zhì)不良導(dǎo)致強(qiáng)度不夠，風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況不正常導(dǎo)致潤滑不良，啟、停機(jī)或升降速過程操作不當(dāng)?shù)龋彩菍?dǎo)致風(fēng)機(jī)不能平穩(wěn)運(yùn)行的因素。

2 技術(shù)改造措施

⑴ 對風(fēng)機(jī)部分參數(shù)進(jìn)行技術(shù)改造（表5）

①更換減速器的斜齒輪，改變減速器的傳動比。

表5 齒輪改造參數(shù)變化表

參數(shù)

齒數(shù) 模數(shù) 螺旋角 接觸強(qiáng)度系數(shù) 彎曲強(qiáng)度系數(shù)

原主動斜齒輪 19 7 13°50′23.8″ 1.4 2.7

原被動斜齒輪 67 7 13°50′23.8″ 3 3.2

新主動斜齒輪 19 8 11°17′27.88″ 1.4 2.7

新被動斜齒輪 57 8 11°17′27.88″ 3.1 3.3

② 將Y315L1-4W 160kW電機(jī)改為YB2315L2-6W 132KkW電機(jī)。

③ 改進(jìn)風(fēng)機(jī)葉片安裝角。風(fēng)機(jī)葉片安裝角由8°更改為14°。

⑵ 將風(fēng)機(jī)聯(lián)軸器金屬疊片由原來的圓形更換為八角形，使其彈性及硬度都有了很大的提高，承受剪切扭力增強(qiáng)，延長了疊片的使用壽命。

⑶ 對冷卻塔進(jìn)行改造。冷卻塔原球形填料由于使用年限長、損壞嚴(yán)重，對水溫的冷卻達(dá)不到理想效果，不能滿足生產(chǎn)工藝要求。通過將原淋水填料、噴頭、收水器全部更換，采用薄膜填料和開孔弓形板填料混裝的形式，材質(zhì)采用PVC，改造后在原處理量不變的情況下，溫差可達(dá)到8～10℃，從而提高了冷卻效果，降低了風(fēng)機(jī)的有效運(yùn)行時(shí)數(shù)。

⑷ 對1#、2#、4#風(fēng)機(jī)進(jìn)行了變頻改造，風(fēng)機(jī)由原來的剛性啟動變?yōu)槿嵝詥?，避免了啟動時(shí)對變速齒輪的瞬間強(qiáng)力沖擊，同時(shí)根據(jù)水溫能夠自動調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到優(yōu)化運(yùn)行工況及節(jié)能雙贏的目的。

⑸ 將變速箱潤滑油由原來的100#機(jī)械油改為100#空氣壓縮機(jī)油，提高了潤滑油的防銹、抗氧化、極壓抗磨的能力，從而改善了風(fēng)機(jī)傳動機(jī)構(gòu)的潤滑條件，避免了油質(zhì)乳化或有雜質(zhì)等原因引起的齒輪損壞。

⑹ 在設(shè)備安裝調(diào)試方面，由于該設(shè)備跨度較長（電機(jī)與變速箱相距5m），對齒輪的安裝精度要求較高。在風(fēng)機(jī)的改造安裝過程中，使用專業(yè)測量工具，嚴(yán)把每道質(zhì)量關(guān)，確保每一處配合間隙、同心度等均在設(shè)計(jì)允許范圍之內(nèi)，保證電機(jī)軸和減速箱軸的同軸度。避免了安裝過程中軸不同心、串軸、齒輪嚙合不良、葉片高度差超出要求等容易引起風(fēng)機(jī)振動的不良因素。

3 技術(shù)改造效果

（1）改造前、后風(fēng)機(jī)故障維修時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)。

表6 改造前、后風(fēng)機(jī)故障維修時(shí)數(shù)對比表

h

風(fēng)機(jī)編號

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

從表6看出，技術(shù)改造后，4臺風(fēng)機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行周期時(shí)數(shù)有了很大提高。

（2）改造前、后風(fēng)機(jī)的維修頻率對比。

表7 技術(shù)改造前3年和改造后2年風(fēng)機(jī)維修次數(shù)統(tǒng)計(jì)表

風(fēng)機(jī)編號 維修次數(shù)

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

從表7看出，技術(shù)改造后，4臺風(fēng)機(jī)接近零維修。

（3）改造前、后風(fēng)機(jī)的振動狀況對比。

表8 改造前、后風(fēng)機(jī)（以T3201-2為例）振動測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

測量值

風(fēng)機(jī) 電機(jī)軸承

徑向 軸向 水平徑向 垂直軸向

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

通過對改造前后風(fēng)機(jī)（以T3201-2為例）的振動測量數(shù)據(jù)的對比，可以看出風(fēng)機(jī)的振動狀況得到了很大的改善。

（4）改造前、后風(fēng)機(jī)的性能對比。

表9 改造前、后風(fēng)機(jī)性能對比表

性 能

風(fēng)量/（m3/h） 全壓/ Pa 轉(zhuǎn)速/（r/min）

改造前 262×104 151 149

改造后 250×104 142 116

從表9中數(shù)據(jù)看出，經(jīng)改造后雖然風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，但由于風(fēng)機(jī)葉片的角度增大，風(fēng)量基本不變，風(fēng)機(jī)的性能下降較少。同時(shí)對冷卻塔進(jìn)行了改造，風(fēng)機(jī)冷卻性能完全能夠滿足生產(chǎn)運(yùn)行中對水溫的冷卻要求，滿足了生產(chǎn)需要。

（5）在改善工作環(huán)境、提高運(yùn)行周期的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗。

實(shí)施技術(shù)改造后2年來的統(tǒng)計(jì)表明，除3#風(fēng)機(jī)的聯(lián)軸器金屬疊片因材質(zhì)問題更換過外，其余配件均未進(jìn)行過維修，僅此一項(xiàng)年節(jié)約維修費(fèi)、材料費(fèi)10多萬元。由于1#、2#、4#風(fēng)機(jī)進(jìn)行了變頻改造，每月可節(jié)約用電約1.8萬kW•h。

4 結(jié)論與討論

通過對風(fēng)機(jī)的技術(shù)改造，降低了運(yùn)行維修成本，達(dá)到了冷卻塔長周期穩(wěn)定運(yùn)行的目的，并取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。但就冷卻塔目前運(yùn)行狀態(tài)看，仍存在冷卻塔振動問題，其原因：一是由于風(fēng)機(jī)軸的跨度較大，葉片較長，在長周期運(yùn)轉(zhuǎn)后，會發(fā)生變形損傷，需要定期對其進(jìn)行動平衡試驗(yàn)及校直；二是冷卻塔風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)剛性不足，也是引起風(fēng)機(jī)振動的不確定因素之一；三是風(fēng)機(jī)上無監(jiān)控報(bào)警裝置，無法對風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與振動進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測。