循環(huán)水冷卻塔風(fēng)機故障的原因分析及改造

1、循環(huán)水冷卻塔風(fēng)機故障的原因分析及改造 曹翠芝 丁文峰/勝利油田分公司石油化工總廠摘要：通過對引起循環(huán)水冷卻塔風(fēng)機維修次數(shù)多、運行周期短的原因調(diào)查分析，確定了引起故障的因素，制定出對風(fēng)機的改進措施。通過對風(fēng)機進行相應(yīng)的技術(shù)改造，取得了良好的效果，并對遺留問題進行了分析研究。關(guān)鍵詞：冷卻塔風(fēng)機；故障；原因分析；改造中圖分類號：TH43 文獻標識碼：B文章編號：1006-8155（2008）04-0071-04Analysis on Frequent Failure in the Cooling Tower Fan with Circulating Water and Its Transformat

2、ionAbstract: 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 ach

3、ieved 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)機橫流式冷卻塔。塔頂配備4臺LF85A通風(fēng)機，每臺設(shè)計流量為262×104m3/h，轉(zhuǎn)速149r/min ，風(fēng)機主要由電機、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

4、冷卻水用量增大，風(fēng)機使用率較高，風(fēng)機運行中故障發(fā)生越來越頻繁，配件損壞、更換較多，維修費用較高，影響涼水塔長周期穩(wěn)定運行。作為全廠循環(huán)水系統(tǒng)的主要冷卻設(shè)備，風(fēng)機運行狀況的好壞，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)機運行狀況分析1.1 風(fēng)機故障維修情況表1為4臺風(fēng)機2002年2004年11月的設(shè)備維修記錄統(tǒng)計。表1 風(fēng)機維修記錄 風(fēng)機編號2002年2003年2004年（前11個月）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更換機械密封1套、聯(lián)軸器金屬疊片1套更換機械密封1套、聯(lián)軸器金屬疊片1套更換傳動齒輪1套、軸

5、承1副、電機1臺T3201-3更換機械密封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更換機械密封1套、聯(lián)軸器金屬疊片1套更換機械密封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)機維修頻繁，配件更換較多，導(dǎo)致了較高的運行維護成本。維修期間風(fēng)機需要停運，影響了總廠循環(huán)水質(zhì)量。1.2 風(fēng)機故障基本原因分類收稿日期：2008-01-10 東營市 257061 總結(jié)風(fēng)機故障現(xiàn)象及原因，有其規(guī)律可循，風(fēng)機故障按其原因分類，如表2和表3所示。表2 風(fēng)機機械故障原因分類1故障分類主要原因設(shè)計原因 設(shè)計不當，動態(tài)特性不良

6、，運行時發(fā)生強迫振動或自激振動 結(jié)構(gòu)不合理，應(yīng)力集中 設(shè)計工作轉(zhuǎn)速接近或落入臨界轉(zhuǎn)速區(qū) 熱膨脹量計算不準，導(dǎo)致熱態(tài)對中不良制造原因 零部件加工制造不良，精度不夠 零件材質(zhì)不良，強度不夠，制造缺陷 轉(zhuǎn)子動平衡不符合技術(shù)要求安裝、維修 機械安裝不當，零部件錯位，預(yù)負荷大 軸系對中不良 機器幾何參數(shù)（如配合間隙、過盈量及相對位置）調(diào)整不當 管道應(yīng)力大，機器在工作狀態(tài)下改變了動態(tài)特性和安裝精度 轉(zhuǎn)子長期放置不當，改變了動平衡精度 未按規(guī)程檢修，破壞了機器原有的配合性質(zhì)和精度操作運行 工藝參數(shù)（如介質(zhì)的溫度、壓力、流量、負荷等）偏離設(shè)計值，機器運行工況不正常 機器在超轉(zhuǎn)速、超負荷下運行，改變了機器的工作

7、特性 運行點接近或落入臨界轉(zhuǎn)速區(qū) 潤滑或冷卻不良 轉(zhuǎn)子局部損壞或結(jié)垢 啟停機或升降速過程操作不當，暖機不夠，熱膨脹不均勻或在臨界區(qū)停留時間過久機器劣化 長期運行，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 零部件磨損、點蝕或腐蝕等 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 機器基礎(chǔ)沉降不均勻，機器殼體變形表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)頻率相同不對中當兩根旋轉(zhuǎn)軸用聯(lián)軸器聯(lián)接有偏移時，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

8、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)機葉輪中，每當流體通過渦旋殼體時發(fā)生壓力變動，如壓力發(fā)生機構(gòu)產(chǎn)生異常時，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上，運行時在動靜葉片間因葉輪和擴壓器、噴嘴等干擾而發(fā)生的振動高頻空穴作用在流體機械中，由于局部壓力下降而產(chǎn)生氣泡，到達高壓部分時氣泡破裂，通常會發(fā)生隨機的高頻振動和噪聲流體振動在流體機械中，由于壓力發(fā)生機構(gòu)和密封件的異常而發(fā)生的種渦流，也會產(chǎn)生隨機的高頻振動和噪聲1.3 風(fēng)機狀態(tài)檢測及

9、失效原因分析為確定風(fēng)機各部件發(fā)生損壞故障的具體原因，對風(fēng)機在運行過程中的狀態(tài)進行了監(jiān)測，結(jié)果如表4所示。表4 循環(huán)水風(fēng)機振動測量數(shù)據(jù) mm/s 風(fēng)機編號減速器電機軸承徑向軸向水平方向垂直方向T3201-116.3255.2216.7353.552T3201-218.8405.1176.9893.842T3201-315.5455.6317.1543.452T3201-412.6009.4177.3153.575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，最高達18.84mm/s（允許振動標準最高為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

10、卻塔風(fēng)機振動現(xiàn)象進行分析，確定風(fēng)機故障的主要原因為（1）安裝維修 風(fēng)機安裝偏差，零部件錯位，預(yù)負荷大； 軸系對中不良； 風(fēng)機幾何參數(shù)（如配合間隙、過盈量及相對位置）調(diào)整不當； 檢修過程不符合風(fēng)機要求的配合性質(zhì)和精度。（2）設(shè)備運行工況 長期運行，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； 變速齒輪等零部件磨損、點蝕或腐蝕； 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； 冷卻塔設(shè)計剛性不足。通過以上分析可以看出，風(fēng)機安裝維修過程和設(shè)備劣化兩方面存在的問題，是引起風(fēng)機轉(zhuǎn)子不平衡和不對中的直接原因，導(dǎo)致運行過程中振動過大，造成風(fēng)機故障頻發(fā)、部件損壞。另外，部分部件的材質(zhì)

11、不良導(dǎo)致強度不夠，風(fēng)機運行工況不正常導(dǎo)致潤滑不良，啟、停機或升降速過程操作不當?shù)?，也是?dǎo)致風(fēng)機不能安全平穩(wěn)運行的因素。2 技術(shù)改造措施1 對風(fēng)機部分參數(shù)進行技術(shù)改造（表5）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)螺旋角接觸強度安全系數(shù)彎曲強度安全系數(shù)原主動斜齒輪19713°5023.81.42.7原被動斜齒輪67713°5023.833.2新主動斜齒輪19811°1727.881.42.7新被動斜齒輪57811°1727.883.13.3 將Y315L1-4W 160kW電機改為YB2315L2-6W 132KkW電機

12、。 改進風(fēng)機葉片安裝角。風(fēng)機葉片安裝角由8°更改為14°。 將風(fēng)機聯(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，延長了疊片的使用壽命。 對冷卻塔進行改造。冷卻塔原球形填料由于使用年限長、損壞嚴重，對水溫的冷卻達不到理想效果，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，溫差可達到810，從而提高了冷卻效果，降低了風(fēng)機的有效運行時數(shù)。 對1#、2#、4#風(fēng)機進行了變頻改造，風(fēng)機由原來的剛性啟動變?yōu)槿嵝詥樱苊饬藛訒r對變速齒輪的瞬

13、間強力沖擊，同時根據(jù)水溫能夠自動調(diào)節(jié)風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，達到優(yōu)化運行工況及節(jié)能雙贏的目的。 將變速箱潤滑油由原來的100#機械油改為100#空氣壓縮機油，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)機傳動機構(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。 在設(shè)備安裝調(diào)試方面，由于該設(shè)備跨度較長（電機與變速箱相距5m），對齒輪的安裝精度要求較高。在風(fēng)機的改造安裝過程中，使用專業(yè)測量工具，嚴把每道質(zhì)量關(guān)，確保每一處配合間隙、同心度等均在設(shè)計允許范圍之內(nèi)，保證電機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)機振動的不良因素。3 技術(shù)

14、改造效果 （1）改造前、后風(fēng)機故障維修時數(shù)統(tǒng)計。表6 改造前、后風(fēng)機故障維修時數(shù)對比表 h 風(fēng)機編號T3201/1T3201/2T3201/3T3201/4改造前2002年3623847533682003年4815635044832004年12011086962905改造后2005年00002006年00790從表6看出，技術(shù)改造后，4臺風(fēng)機的平穩(wěn)運行周期時數(shù)有了很大提高。（2）改造前、后風(fēng)機的維修頻率對比。表7 技術(shù)改造前3年和改造后2年風(fēng)機維修次數(shù)統(tǒng)計表風(fēng)機編號維修次數(shù)改造前改造后20022003200420052006T3201-122200T3201-221300T3201-32130

15、1T3201-413200從表7看出，技術(shù)改造后，4臺風(fēng)機接近零維修。（3）改造前、后風(fēng)機的振動狀況對比。表8 改造前、后風(fēng)機（以T3201-2為例）振動測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計表測量值風(fēng)機電機軸承徑向軸向水平徑向垂直軸向改造前（平均值）18.8405.1176.9893.842改造后（平均值）2.5262.2072.5091.260通過對改造前后風(fēng)機（以T3201-2為例）的振動測量數(shù)據(jù)的對比，可以看出風(fēng)機的振動狀況得到了很大的改善。（4）改造前、后風(fēng)機的性能對比。表9 改造前、后風(fēng)機性能對比表 性 能風(fēng)量/（m3/h）全壓/ Pa轉(zhuǎn)速/（r/min）改造前262×104151149改造后250×104142116從表9中數(shù)據(jù)看出，經(jīng)改造后雖然風(fēng)機轉(zhuǎn)速降低，但由于風(fēng)機葉片的角度增大，風(fēng)量基本不變，風(fēng)機的性能下降較少。同時對冷卻塔進行了改造，風(fēng)機冷卻性能完全能夠滿足生產(chǎn)運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、提高運行周期的同時實現(xiàn)了節(jié)能降耗。實施技術(shù)改造后2年來的統(tǒng)計表明，除3#風(fēng)機的聯(lián)軸器金屬疊片因材質(zhì)問題更換過外，其余配件均未進行過維修，僅此一項年節(jié)約維修費、材料費10多萬元。由于1#、2#、4#風(fēng)機進行了變頻改造，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)機的技術(shù)改造，降低了運行維修成本，達到了冷