循環(huán)水冷卻塔風(fēng)機(jī)故障的原因分析及改造

1、循環(huán)水冷卻塔風(fēng)機(jī)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(guò)對(duì)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(duì)風(fēng)機(jī)的改進(jìn)措施。通過(guò)對(duì)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(duì)遺留問(wèn)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；改造中圖分類號(hào)：TH43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：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(jī)橫流式冷卻塔。塔頂配備4臺(tái)LF85A通風(fēng)機(jī)，每臺(tái)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(dòng)軸、減速器、葉片、輪轂、擋風(fēng)板等部件組成。減速器為二級(jí)齒輪傳動(dòng)；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(dòng)軸為單根傳動(dòng)；聯(lián)軸器采用金屬疊片撓性聯(lián)軸器。1997年投用以來(lái)，隨著

4、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(lái)越頻繁，配件損壞、更換較多，維修費(fèi)用較高，影響涼水塔長(zhǎng)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(tái)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(hào)2002年2003年2004年（前11個(gè)月）T3201-1更換傳動(dòng)齒輪1套、軸承1副更換傳動(dòng)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(dòng)齒輪1套、軸

5、承1副、電機(jī)1臺(tái)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(dòng)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(dòng)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(tái)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)故障基本原因分類收稿日期：2008-01-10 東營(yíng)市 257061 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 設(shè)計(jì)不當(dāng)，動(dòng)態(tài)特性不良

6、，運(yùn)行時(shí)發(fā)生強(qiáng)迫振動(dòng)或自激振動(dòng) 結(jié)構(gòu)不合理，應(yīng)力集中 設(shè)計(jì)工作轉(zhuǎn)速接近或落入臨界轉(zhuǎn)速區(qū) 熱膨脹量計(jì)算不準(zhǔn)，導(dǎo)致熱態(tài)對(duì)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(qiáng)度不夠，制造缺陷 轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡不符合技術(shù)要求安裝、維修 機(jī)械安裝不當(dāng)，零部件錯(cuò)位，預(yù)負(fù)荷大 軸系對(duì)中不良 機(jī)器幾何參數(shù)（如配合間隙、過(guò)盈量及相對(duì)位置）調(diào)整不當(dāng) 管道應(yīng)力大，機(jī)器在工作狀態(tài)下改變了動(dòng)態(tài)特性和安裝精度 轉(zhuǎn)子長(zhǎng)期放置不當(dāng)，改變了動(dòng)平衡精度 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 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 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

7、特性 運(yùn)行點(diǎn)接近或落入臨界轉(zhuǎn)速區(qū) 潤(rùn)滑或冷卻不良 轉(zhuǎn)子局部損壞或結(jié)垢 啟停機(jī)或升降速過(guò)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(guò)久機(jī)器劣化 長(zhǎng)期運(yùn)行，轉(zhuǎn)子撓度增大或動(dòng)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(diǎn)蝕或腐蝕等 配合面受力劣化，產(chǎn)生過(guò)盈不足或松動(dòng)等，破壞了配合性質(zhì)和精度 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(dòng)類型及其特征2頻帶區(qū)域主要異常振動(dòng)原因異常振動(dòng)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(dòng)頻率一般與旋轉(zhuǎn)頻率相同不對(duì)中當(dāng)兩根旋轉(zhuǎn)軸用聯(lián)軸器聯(lián)接有偏移時(shí)，振動(dòng)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(dòng)，一般發(fā)生

8、旋轉(zhuǎn)頻率的高次成分松動(dòng)因基礎(chǔ)螺栓松動(dòng)或軸承磨損而引起的振動(dòng)，一般發(fā)生旋轉(zhuǎn)頻率的高次成分油膜振蕩在滑動(dòng)軸承做強(qiáng)制潤(rùn)滑的旋轉(zhuǎn)體中產(chǎn)生，振動(dòng)頻率為旋轉(zhuǎn)頻率的1/2倍左右中頻壓力脈動(dòng)發(fā)生在水泵、風(fēng)機(jī)葉輪中，每當(dāng)流體通過(guò)渦旋殼體時(shí)發(fā)生壓力變動(dòng)，如壓力發(fā)生機(jī)構(gòu)產(chǎn)生異常時(shí)，則壓力脈動(dòng)發(fā)生變化干擾振動(dòng)多發(fā)生在軸流式或離心式壓縮機(jī)上，運(yùn)行時(shí)在動(dòng)靜葉片間因葉輪和擴(kuò)壓器、噴嘴等干擾而發(fā)生的振動(dòng)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(huì)發(fā)生隨機(jī)的高頻振動(dòng)和噪聲流體振動(dòng)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(huì)產(chǎn)生隨機(jī)的高頻振動(dòng)和噪聲1.3 風(fēng)機(jī)狀態(tài)檢測(cè)及

9、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(duì)風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的狀態(tài)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，結(jié)果如表4所示。表4 循環(huán)水風(fēng)機(jī)振動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù) mm/s 風(fēng)機(jī)編號(hào)減速器電機(jī)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(cè)表明，振動(dòng)主要集中在低頻區(qū)域。監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)減速器輸入軸徑向垂直方向振動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)超標(biāo)，最高達(dá)18.84mm/s（允許振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)最高為6.3 mm/s），并且發(fā)現(xiàn)塔有輕微顫動(dòng)現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)引起冷

10、卻塔風(fēng)機(jī)振動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行分析，確定風(fēng)機(jī)故障的主要原因?yàn)椋?）安裝維修 風(fēng)機(jī)安裝偏差，零部件錯(cuò)位，預(yù)負(fù)荷大； 軸系對(duì)中不良； 風(fēng)機(jī)幾何參數(shù)（如配合間隙、過(guò)盈量及相對(duì)位置）調(diào)整不當(dāng)； 檢修過(guò)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 長(zhǎng)期運(yùn)行，轉(zhuǎn)子撓度增大或動(dòng)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(diǎn)蝕或腐蝕； 配合面受力劣化，產(chǎn)生過(guò)盈不足或松動(dòng)等，破壞了配合性質(zhì)和精度； 冷卻塔設(shè)計(jì)剛性不足。通過(guò)以上分析可以看出，風(fēng)機(jī)安裝維修過(guò)程和設(shè)備劣化兩方面存在的問(wèn)題，是引起風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡和不對(duì)中的直接原因，導(dǎo)致運(yùn)行過(guò)程中振動(dòng)過(guò)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)

11、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(rùn)滑不良，啟、停機(jī)或升降速過(guò)程操作不當(dāng)?shù)?，也是?dǎo)致風(fēng)機(jī)不能安全平穩(wěn)運(yùn)行的因素。2 技術(shù)改造措施1 對(duì)風(fēng)機(jī)部分參數(shù)進(jìn)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(dòng)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)度安全系數(shù)彎曲強(qiáng)度安全系數(shù)原主動(dòng)斜齒輪19713°5023.81.42.7原被動(dòng)斜齒輪67713°5023.833.2新主動(dòng)斜齒輪19811°1727.881.42.7新被動(dòng)斜齒輪57811°1727.883.13.3 將Y315L1-4W 160kW電機(jī)改為YB2315L2-6W 132KkW電機(jī)

12、。 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°。 將風(fēng)機(jī)聯(lián)軸器金屬疊片由原來(lái)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(zhǎng)了疊片的使用壽命。 對(duì)冷卻塔進(jìn)行改造。冷卻塔原球形填料由于使用年限長(zhǎng)、損壞嚴(yán)重，對(duì)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(guò)將原淋水填料、噴頭、收水器全部更換，采用薄膜填料和開(kāi)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810，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)。 對(duì)1#、2#、4#風(fēng)機(jī)進(jìn)行了變頻改造，風(fēng)機(jī)由原來(lái)的剛性啟動(dòng)變?yōu)槿嵝詥?dòng)，避免了啟動(dòng)時(shí)對(duì)變速齒輪的瞬

13、間強(qiáng)力沖擊，同時(shí)根據(jù)水溫能夠自動(dòng)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。 將變速箱潤(rùn)滑油由原來(lái)的100#機(jī)械油改為100#空氣壓縮機(jī)油，提高了潤(rùn)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(dòng)機(jī)構(gòu)的潤(rùn)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(zhǎng)（電機(jī)與變速箱相距5m），對(duì)齒輪的安裝精度要求較高。在風(fēng)機(jī)的改造安裝過(guò)程中，使用專業(yè)測(cè)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(guò)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(dòng)的不良因素。3 技術(shù)

14、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(duì)比表 h 風(fēng)機(jī)編號(hào)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(tái)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(duì)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(hào)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(tái)風(fēng)機(jī)接近零維修。（3）改造前、后風(fēng)機(jī)的振動(dòng)狀況對(duì)比。表8 改造前、后風(fēng)機(jī)（以T3201-2為例）振動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表測(cè)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）18.8405.1176.9893.842改造后（平均值）2.5262.2072.5091.260通過(guò)對(duì)改造前后風(fēng)機(jī)（以T3201-2為例）的振動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)的對(duì)比，可以看出風(fēng)機(jī)的振動(dòng)狀況得到了很大的改善。（4）改造前、后風(fēng)機(jī)的性能對(duì)比。表9 改造前、后風(fēng)機(jī)性能對(duì)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(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(duì)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(duì)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(lái)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(wèn)題更換過(guò)外，其余配件均未進(jìn)行過(guò)維修，僅此一項(xiàng)年節(jié)約維修費(fèi)、材料費(fèi)10多萬(wàn)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(wàn)kW·h。4 結(jié)論與討論通過(guò)對(duì)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