转炉煤气离心风机转子动平衡修复技术要点.pdf

2024 年第 1 期总 第 269 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER转炉煤气离心风机转子动平衡修复技术要点王国君，肖任情（湖南华菱涟源钢铁有限公司能源总厂，湖南娄底 417009）【摘要】离心风机是一种高效、节能的气体输送设备，在钢铁企业广泛应用于各类煤气的加压和输送。由于转炉煤气介质含尘、含水量大，风机转子动平衡易遭其破坏，导致转炉煤气离心风机工况劣化，因此，掌握离心风机转子动平衡修复技术，可快速准确完成对转子动平衡修复，使其达到允许的平衡精度等级，将风机机械振动降至允许的范围内。介绍了转炉煤气离心风机悬臂式转子动平衡修复前、修复校正过程以及动平衡校正合格后的注意事项和技术要点，为提高动平衡修复效果和类似转子的动平衡修复提供借鉴经验。【关键词】转炉煤气；离心风机；悬臂式转子；动平衡修复【中图分类号】TH432 【文献标志码】B【文章编号】1006-6764（2024）01-0024-03 【开放科学（资源服务）标识码（OSID）】Technical Points of Rotor Dynamic Balancing Repair for Converter Gas Centrifugal FanWANG Guojun,XIAO Renqing(The Energy Plant of Valin Lianyuan Iron and Steel Co.,Ltd.,Loudi,Hunan 417009,China)【Abstract】Centrifugal fan is a kind of high-efficiency and energy-saving gas conveying equipment,which is widely used in iron and steel enterprises for pressurizing and conveying all kinds of gases.Because the converter gas medium contains dust and water,the rotor dynamic balance is easy to be damaged,resulting in converter gas centrifugal fan working conditions deterioration,therefore,the mastery of centrifugal fan rotor dynamic balance repair technology is of great use to achieve the permissible level of balance accuracy,and the fan mechanical vibration will be reduced to the permissible range as well.This article introduces the precautions and technical points before repairing the dynamic balance of the cantilever rotor of the converter gas centrifugal fan,the process of repairing and calibrating,as well as the precautions and technical points after passing the dynamic balance calibration,which provides reference experience for the improvement of dynamic balance repair effect and the dynamic balance repair of similar rotors.【Keywords】converter gas;centrifugal fan;cantilever rotor;dynamic balancing repair前言离心风机作为一种高效、节能的气体输送设备，广泛应用于钢铁企业煤气的加压和输送。转炉炼钢生产过程中的副产品煤气，含有一定量的粉尘，通过电除尘系统处理后进入转炉煤气离心风机的煤气仍残留部分粉尘、冷凝水等酸性腐蚀介质，此时的粉尘颗粒小、成分复杂、不均匀堆积、腐蚀性强，且粉尘与风机转子黏结强度高，易形成硬度较大的块状、絮状物，导致转子动不平衡量过大，再加之电化学腐蚀、冲击腐蚀和应力腐蚀严重，导致离心风机振动经常偏高1。由振动带来的一系列设备问题，如转子变形、转子轴弯曲、转子轴磨损、风机地脚螺栓松动等，又会进一步增加动不平衡量，形成恶性循环，严重时能造成破坏性事故。涟钢转炉煤气加压站用于一炼轧转炉煤气的回收加压，选用3台煤气离心风机，2个备用转子。由于一炼轧至转炉加压站的管道距离较短，粉尘较多，运行期间长则月余短则一周，转子就会出现积灰腐蚀、振动超标的现象。振动主要体现在离心风机轴承座轴向振动和径向振动，其中轴向振动明显异常，静不平衡和力偶不平衡同时存在，需要进行平衡修正。通过平衡校正的工艺修复措施可改变转子的质量分布，使各质心的离心惯性力相互平衡，将风机振动控制在允许的范围内。振动超标时需对加压机进行检修，更换备用转子，同步下线转子，由专业动平衡修复厂家对转子进行动平衡修复。由于修复需要24 h内返厂，时间紧、难度大，且年度总修复数量也较多，因此，明确转子动平衡修复技术要点，可避免出现线下转子动平衡数据合格，而上线后振动超标的“假动平衡”现象，或者转子反复校正调试，动不平衡量依然不合格等情况。1 转子简介离心风机额定工作转速2 970 r/min，风机传动方式为D型联轴器连接，传动方式示意图见图1，运行方式为变频调速。该转子采用单级悬臂式结构，转子的结构和基本尺寸见图2，轴瓦形式为剖开式椭 圆 滑 动 轴 承，转 子 总 重 M 为 690 kg，叶 轮 重 490 kg，叶轮材质为Q460，叶轮直径D为1 220 mm，叶轮宽b为110 mm，轴承跨距为820 mm，转子总长L为1 640 mm。2 动平衡修复前注意事项转子下线前，需对离心风机轴承振动进行分析判断，排除联轴器对中偏差大、地脚螺栓松动等原因，确认振动的主要原因是由于转子的动平衡被破坏造成的。转子转运过程应做好固定措施和遮雨、防潮、防锈措施，储存地点应干燥通风，转子储存离地有一定高度，转运、储存过程中需避免主轴弯曲变形。转子动平衡修复前首先用高压水枪、角磨机等设备清理转子附着的粉尘、锈蚀等杂物，严禁用火焰切割设备对转子进行清理。清理后对转子主轴径向圆跳动进行测量，径向圆跳动应0.02 mm，以防止主轴弯曲变形，校正后出现假动平衡现象。检查传动轴各轴瓦及支承位置是否存在磨损，叶轮、联轴器是否松动。同时再对叶轮叶片进行仔细检查，对可能出现的轻微裂纹进行补焊，若有较长裂纹或裂纹数量较多，则转子只能报废处置。3 动平衡修复技术要点3.1 平衡面的选择动平衡的修复校正是在垂直于主轴中心线的平面上进行，此平面称为校正平面。通常情况下，带有外伸端的悬臂转子，转子轮盘的质量约占整个转子质量的1/2。由于轴段回转体具有均匀对称的特点，一般情况下轴的不平衡量相对于轮盘带叶片的不平衡量要小得多，因此，轴不平衡量可以忽略不计，主要不平衡量集中在轮盘转动平面上，平衡校正面宜选在外伸端的轮盘左右两个平衡面上2（即图2所示的左校正平面和右校正平面）。这样做一方面是便于对转子添加或去除重量，另一方面也能最大程度增加校正半径，减少校正配重。3.2 校正质量叶轮前盘厚度为8 mm，后盘厚度为12 mm，如去重较多则会对叶轮强度有影响，因此，仅当叶轮需要的校正质量很少时，才允许在不平衡的偏重方向上避开焊缝位置用砂轮或角磨机磨削，减少配重量，且被磨削表面不得出现局部退火现象，磨削面与叶轮原始面光滑过渡，不得出现凸棱、毛刺。磨削深度不得使轮盘厚度小于原厚度的75%，并可以适当扩大打磨区域。当叶轮前盘厚度6 mm，后盘厚度9 mm时，则不再允许对轮盘进行打磨去重。图1 风机传动方式（D型联轴器连接）图2 转子的结构和基本尺寸242024 年第 1 期总 第 269 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER由于一炼轧至转炉加压站的管道距离较短，粉尘较多，运行期间长则月余短则一周，转子就会出现积灰腐蚀、振动超标的现象。振动主要体现在离心风机轴承座轴向振动和径向振动，其中轴向振动明显异常，静不平衡和力偶不平衡同时存在，需要进行平衡修正。通过平衡校正的工艺修复措施可改变转子的质量分布，使各质心的离心惯性力相互平衡，将风机振动控制在允许的范围内。振动超标时需对加压机进行检修，更换备用转子，同步下线转子，由专业动平衡修复厂家对转子进行动平衡修复。由于修复需要24 h内返厂，时间紧、难度大，且年度总修复数量也较多，因此，明确转子动平衡修复技术要点，可避免出现线下转子动平衡数据合格，而上线后振动超标的“假动平衡”现象，或者转子反复校正调试，动不平衡量依然不合格等情况。1 转子简介离心风机额定工作转速2 970 r/min，风机传动方式为D型联轴器连接，传动方式示意图见图1，运行方式为变频调速。该转子采用单级悬臂式结构，转子的结构和基本尺寸见图2，轴瓦形式为剖开式椭 圆 滑 动 轴 承，转 子 总 重 M 为 690 kg，叶 轮 重 490 kg，叶轮材质为Q460，叶轮直径D为1 220 mm，叶轮宽b为110 mm，轴承跨距为820 mm，转子总长L为1 640 mm。2 动平衡修复前注意事项转子下线前，需对离心风机轴承振动进行分析判断，排除联轴器对中偏差大、地脚螺栓松动等原因，确认振动的主要原因是由于转子的动平衡被破坏造成的。转子转运过程应做好固定措施和遮雨、防潮、防锈措施，储存地点应干燥通风，转子储存离地有一定高度，转运、储存过程中需避免主轴弯曲变形。转子动平衡修复前首先用高压水枪、角磨机等设备清理转子附着的粉尘、锈蚀等杂物，严禁用火焰切割设备对转子进行清理。清理后对转子主轴径向圆跳动进行测量，径向圆跳动应0.02 mm，以防止主轴弯曲变形，校正后出现假动平衡现象。检查传动轴各轴瓦及支承位置是否存在磨损，叶轮、联轴器是否松动。同时再对叶轮叶片进行仔细检查，对可能出现的轻微裂纹进行补焊，若有较长裂纹或裂纹数量较多，则转子只能报废处置。3 动平衡修复技术要点3.1 平衡面的选择动平衡的修复校正是在垂直于主轴中心线的平面上进行，此平面称为校正平面。通常情况下，带有外伸端的悬臂转子，转子轮盘的质量约占整个转子质量的1/2。由于轴段回转体具有均匀对称的特点，一般情况下轴的不平衡量相对于轮盘带叶片的不平衡量要小得多，因此，轴不平衡量可以忽略不计，主要不平衡量集中在轮盘转动平面上，平衡校正面宜选在外伸端的轮盘左右两个平衡面上2（即图2所示的左校正平面和右校正平面）。这样做一方面是便于对转子添加或去除重量，另一方面也能最大程度增加校正半径，减少校正配重。3.2 校正质量叶轮前盘厚度为8 mm，后盘厚度为12 mm，如去重较多则会对叶轮强度有影响，因此，仅当叶轮需要的校正质量很少时，才允许在不平衡的偏重方向上避开焊缝位置用砂轮或角磨机磨削，减少配重量，且被磨削表面不得出现局部退火现象，磨削面与叶轮原始面光滑过渡，不得出现凸棱、毛刺。磨削深度不得使轮盘厚度小于原厚度的75%，并可以适当扩大打磨区域。当叶轮前盘厚度6 mm，后盘厚度9 mm时，则不再允许对轮盘进行打磨去重。图1 风机传动方式（D型联轴器连接）图2 转子的结构和基本尺寸252024 年第 1 期总 第 269 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER正常进行动平衡修复校正时，通常使用的方式为焊接平衡块校正。配重块的材质应与被焊母材相同，即使用低合金Q460钢板，且厚度不得大于被焊母材的厚度，即左校正面配重块厚度8 mm，右校正面配重块厚度6，因此，此类转子可归于盘类转子，可对叶轮积灰进行清理后，在一个平面上做动平衡，即静平衡校正。为了提高整个转子的平衡精度，在叶轮安装之前对轴、叶轮应单独进行一次平衡校正。把轴和叶轮作为单独的刚性轴和单级叶轮，分别采用刚性转子的平衡技术进行动平衡校正，避免把轴的不平衡量引入到转子叶轮中来。各部件的不平衡度均应小于转子总成的不平衡度，新采购回来的转子，转子总成的各部件在上线前已经进行了分别动平衡及整体平衡，转子上线后重新动平衡修复可以不拆卸叶轮、轴、半联轴器，进行整体动平衡校正。若转子更换或拆卸过叶轮、联轴器或其他较大零部件，后未进行过动平衡校正，动平衡校正前应当提前告知动平衡修复单位。3.4 动平衡的精度等级选择机械振动 恒态（刚性）转子平衡品质要求第 1 部分：规范与平衡允差的检验（GB/T 9239.12006）规定了各类设备的平衡精度等级，其中离心风机类设备平衡精度等级应不低于G 6.3。风机转子出厂动平衡精度等级达到了G 1.0，残余不平衡量在1 g左右，综合考虑平衡精度要求、经济性及实际情况，动平衡修复校正最终选择精度等级为G 2.5。3.5 动平衡转速的选择转子平衡校正时转速的选择要合理，如果转速过高，则平衡机的启动功率、操作时间、润滑保养均要比低速时要求高。如果低速平衡能满足转子的使用和技术要求，则不建议选用高速平衡。在保证精度的前提下，尽可能在低速做平衡校正，能延长平衡机的使用寿命。但如果设备的传感器灵敏度较低，为了放大离心力产生的不平衡信号，则需要适当提高转子的转速，从而得到更加精确的数据3。3.6 允许不平衡质量的计算允许不平衡质量的计算公式为：Mper=M G 602 r n10式中：Mper允许不平衡质量，g；M转子的质量，kg；G转子的平衡精度等级，mm/s；r转子的校正半径，mm；n离心风机的额定转速，r/min。Mper=M G 602 r n 103=690 2.5 602 3.14 610 2 970 103=9.1 g因转子是双面校正动平衡，故分配到每个校正面的允许不平衡质量为4.55 g。若做单面静平衡，则Mper值就是该转子的允许不平衡质量。4 动平衡修复注意事项（1）转子平衡精度等级、风机额定转速、转子校正半径、叶轮材质等参数需再次确定，并对转子自身质量进行称量，对转子允许不平衡质量进行计算。（2）平衡前，校验员须检查动平衡机基础是否牢固、平稳，且读数灵敏，并检查转子上的联轴器、键、叶轮扣紧螺母等零件是否固定牢靠，用百分表校准主轴、叶轮、联轴器的跳动是否在合理的范围内。（3）启动动平衡机前应确保叶轮周边安全，旋转方向无作业人员，防止转子旋转后，灰尘、铁锈等杂物飞出伤人。（下转第47页）262024 年第 1 期总 第 269 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER了新的泵壳、叶轮和转子的设计方案，最后确定为 2台水泵并联运行，并将 2台水泵的总流量提高至 2 600 m/h左右，新水泵采用单级双吸方式，流量为1 250 m/h，扬程为194 m，功率为1 000 kW。4 效果水泵改造前、后首钢股份公司2#高炉2#联合泵站并联运行的2台水泵运行参数见表1，高压冷却水系统的运行参数见表2。由表2可见，改造后2台水泵运行的总功率比改造前3台水泵运行的总功率降低了189 kW，每年可节约电费约86万元。改造前、后节电率为8.9%。5 结语首钢股份公司2#高炉2#联合泵站高压冷却水系统节能改造后，能耗大幅降低，节电率达8.9%，达到了节能的目的，经济效益和社会效益显著，为泵站系统节能改造提供了宝贵经验。参 考 文 献 1 严煦世，范瑾初.给水工程（第 4 版）M.北京：中国建筑工业出版社，1999.2 姜乃昌.水泵及水泵站（第4版）M.北京：中国建筑工业出版社，1998.3 刘殿魁.离心泵内具有射流-尾迹模型的三元流动计算 J.工程热物理学报，1986（1）：45-554 沈阳水泵研究所，中国农机院.叶片泵设计手册 M.北京：机械工业出版社，19835 黄传奇，徐辅萍，姚青，等.机泵运行工 M.北京：中国建筑工业出版社，2005.收稿日期：2023-07-11作者简介：高江华（1981-），男，大学本科，工程师，现从事污水处理、污水深度处理（双膜法）以及高炉炼钢热轧等系统水处理工作。表1 改造前、后水泵运行参数对比项目改造前改造后功率/kW6191 000流量/（m/h）1 0001 250扬程/m191194表2 改造前、后高压冷却水系统运行参数对比项目改造前改造后运行数量/台32最大流量/（m/h）2 2002 500系统运行压力/MPa1.911.96总功率/kW2 1161 927（上接第26页）（4）试重质量大小要合适，配重块尽量加在原始不平衡的反方向，既要引起一定的振动变化，又不能引起过大的振动变化。（5）启动动平衡机，应缓慢加速至平衡转速。通过试加配重，平衡机自动算出转子初始不平衡量及相应的相位坐标，记录该数值和坐标，并在叶轮相应位置处用记号笔标记出来。重复操作2次，观察数据是否稳定。根据试验得出的数据，确定轴的各部件连接紧密，无窜动发生，数据基本无变化，取第一次的数值即可。（6）如校验员怀疑平衡机测量数据的准确性，可以更换其他试加配重质量或调整配重相位角度，重复校验。5 结束语通过对转子进行静、动平衡的修复校正，可减小转炉煤气离心风机的振动，提高风机工作的稳定性及可靠性。明确风机转子动平衡修复的注意事项和技术要求及要点，可为钢铁企业技术人员和动平衡修复人员提供指导，使其快速、准确地完成转子动平衡修复，提高平衡精度，减少动平衡修复和离心风机的检修工作量，延长转炉煤气风机检修周期，降低转炉煤气的拒收率，为企业的正常生产和能源利用保驾护航。参 考 文 献 1 彭建鄂，闫孟秋.转炉煤气鼓风机叶轮的应力腐蚀及对策 J.风机技术，2008（3）：47-50.2 杨培德，邓勇.单级叶轮悬臂转子的平衡校正和转子动态性能的一些问题 J.试验机与材料试验，1985（5）：20-26+65.3 李世针，徐宏峰，韩宁.刚性转子动平衡转速的选择 J.机械工程师，2020（8）：113-114.收稿日期：2023-08-17作者简介：王国君（1986-），男，大学本科，助理工程师，现从事燃气设备管理工作。47