鋒速達通風降溫系統(tǒng)
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養(yǎng)殖風機廠通風機應用頻譜分析法檢測診斷風機故障實例燃油燃氣鍋
1概述
風機由于運行工況惡劣、設備負荷設計冗余度偏低，以及轉動部件的潤滑可靠性差等原因，使其故障率往往居高不下，這樣就為裝置的安全穩(wěn)定生產造成了極大的隱患，所以應當在設備運行期間對各個重點部位進行狀態(tài)檢測，掌握運行狀況，根據(jù)生產需要制訂預測性維修計劃，明確設備維修范圍和工作量，使企業(yè)有效地減少維修費用[1]。
2實例分析
2.1設備簡介
某廠風機機組是為輔助鍋爐提供助燃的壓力空氣。這臺設備運行情況的好壞，將直接影響該廠全套裝置安全平穩(wěn)運行。機組由兩臺獨立的對置安裝的風機組成，分別使用汽輪機和電機進行驅動。以下對設備作一下簡要說明。
2.1.1基本參數(shù)
軸功率:400kW
吸入壓力:常壓
排出壓力:5200Pa
排出溫度:20～45ºC
吸入/排出流量:1593m³/min
2.1.2結構簡介
如圖1和圖2所示，該風機采用懸臂式結構,使用兩個獨立的軸承座支承轉子。風機側軸承座為轉子定位端，汽（電）機側為轉子自由端，這樣，轉子熱膨脹就是以風機側軸承座為零點向兩端發(fā)生。兩支承軸承型號為22222CK+H322為錐孔雙列向心球面滾子軸承，具有承受一定的軸向力。該軸承在轉子軸上的軸向定位形式是依靠帶有外錐面的軸套H322和22222CK軸承的錐面內孔的相互配合，將鎖母壓緊，使軸承內圈產生軸向位移，使H322軸套錐面發(fā)生徑向變形，（H322軸套上的軸向溝槽就是使徑向變形更容易產生），從而達到緊固的目的。軸承座前后油封采用迷宮型油擋，其油擋半徑間隙0.06～0.10㎜。
2.1.3儀表監(jiān)控工程
該風機不使用在線的振動監(jiān)控儀表監(jiān)控工程，僅在兩端軸承座上裝有溫度計以監(jiān)測軸承溫度。
2.2問題的提出
在該機組運行期間，發(fā)現(xiàn)風機軸承處的振動強度明顯增大，振動的速度值超過10㎜/s。遂進行停車處理。對設備檢查時發(fā)現(xiàn)：定位側軸承座上半體出現(xiàn)兩條尚未貫穿的軸向裂紋。由于缺乏備件，當時對軸承座進行了簡單的加固處理，用夾具以及底部焊接在基礎上的4條M18的錨螺栓將軸承座加固。經過上述處理后，振動強度有所下降。在接下來的幾天中，由于錨螺栓因振動而導致螺母松動，使振動強度又有所回升。在此期間，只要重新緊固錨螺栓。振動的強度就會有一定程度的下降。問題的關鍵是：究竟是什么原因使轉子振動強度增加，并且能夠達到如此高的峰值，導致軸承座損壞。只有找到引起振動的主要因素，然后進行針對性的整改，才能從根本上解決這個設備故障。
2.3故障原因分析
以風機定位端軸承座垂直方向的頻譜圖（見圖3）為例進行分析。
首先判斷是否為軸承本身的組件發(fā)生故障，這樣必須確認該軸承故障的特征頻率：
風機轉子的正常轉速為1490r/min，這樣，其振動的1倍頻（即工頻）為f工＝1490/60=24.8333Hz，其2倍頻為49.6666Hz。由表1計算出對應的軸承故障特征頻率，見表2。
由圖3的振動頻譜中沒有發(fā)現(xiàn)22222CK軸承的故障特征頻率所表現(xiàn)的峰值，這樣，可以排除因軸承滾動體、內外圈滑道缺陷造成的振動。但不能排除因內圈內孔相對于轉子偏心等軸承損傷故障導致振動的可能。根據(jù)圖3振動頻譜圖分析可以初步得出以下判斷。
（1）振動的主流頻率是工頻以及工頻的高次諧波。
（2）軸承組件的特征頻率基本上沒有表現(xiàn)，可以在很大程度上排除由于軸承滾動體碎裂、內外圈滑道出現(xiàn)剝落、保持架嚴重磨損等軸承損壞原因導致的轉子振動。由于能夠引起工頻振動的原因很多，如轉子不平衡，部件松動，軸頸與軸承不對中等，必須使用其他判據(jù)來輔助判斷。
（3）目前的判斷可以排除的可能性是轉子不對中引起的故障。原因：在各個測振點的各個方向上的頻譜圖中振動的2倍頻成分含量都比較低，且2倍頻的諧波成分也不具有峰值。如果轉子對中存在問題，那么自由側的軸承座（離電機較近）的振動強度理論上應稍高于定位側，而實測數(shù)據(jù)正好相反。
表1軸承故障特征頻率[4]
振動原因特征軸承構造引起的振動滾動體傳輸振動Zƒc軸彎曲或軸裝偏Zƒc±ƒ0滾動體直徑不一致ƒc 或 nƒc±ƒ0軸承不同心引起的振動兩軸承不對中0.5ƒ0軸承支座裝配松動內圈內徑圓度誤差2ƒc軸頸劃傷或進入異物軸承損傷引起的振動內圈偏心內圈點蝕nƒ0nZƒInZƒi±ƒ0nZƒi±ƒc外圈點蝕nZƒ0內圈剝落ZƒI外圈剝落Zƒc滾動體剝落Zƒb
表中：Z——滾動體數(shù)；ƒ0————轉子的工頻（Hz）；ƒI————內圈頻率（Hz）；ƒc————外圈頻率（Hz）；ƒb————滾動體頻率（Hz）；n——正整數(shù)。
前言
隨著經濟的發(fā)展，環(huán)境保護要求的提高，電力及石油、天然氣等能源供求關系的變化，近年來燃油燃氣鍋爐使用得越來越多。而燃油燃氣鍋爐房的設計關系到人民生命和國家財產的安全，也是能否保證鍋爐正常運行的關鍵。在鍋爐房設計中除了鍋爐房的位置、容量等要滿足有關規(guī)范要求外，其通風工程的設計也是一個重要內容。但由于現(xiàn)有的規(guī)范和手冊中涉及通風的內容不多，也沒有具體的給出設計計算方法，給設計帶來一定的困難。本文就這方面問題，結合筆者的工程經驗，作一些分析、計算和討論，提出自己的觀點，供大家參考。
1 燃油燃氣鍋爐房通風工程設計原則
1.1 根據(jù)《鍋爐房設計規(guī)范》（GB50041-92）第13.3.2條規(guī)定：鍋爐間、凝結水箱間、水泵油泵間等余熱，宜采用有組織的自然通風排除，當自然通風不能滿足要求時，應設置機械通風。鍋爐房內的余熱主要來自鍋爐本體、汽水管道、煙道、水箱等排熱損失。這就涉及到鍋爐房內各房間夏季要保持多少溫度較合適的問題，而溫度的高低決定了采用何種通風方式及通風量的大小。雖然現(xiàn)在的燃油燃氣鍋爐自動化程度較高，操作人員大多時間在設有空調的控制室內，但其他房間的溫度也不宜太高，所以通風量的大小首先應從消除余熱來考慮。
1.2 按照《鍋爐房設計規(guī)范》（GB50041-92）第13.3.6至13.3.8條規(guī)定：設在其它建筑物內的燃氣鍋爐間應有每小時不少于3次的換氣量，換氣量中不包括鍋爐燃燒用風量。燃氣調壓間等有操作危險的房間，應有每小時不少于3次的換氣量，當自然通風不能滿足要求時，應設置機械通風裝置，并應有每小時換氣不少于8次的事故通風裝置。燃油泵房和貯存閃點小于45℃的易燃油品的地下油庫，除了用自然通風外，燃油泵房應有每小時換氣次數(shù)10次的機械通風裝置，油庫應有每小時換氣6次的機械通風裝置。以上三條均是為了保證排除各房間內空氣中易燃易爆油氣而規(guī)定設置的最小通風量。
1.3 鍋爐間、油泵油箱間、燃氣調壓間一般采用水噴霧或氣體滅火工程。如采用氣體滅火裝置，則一旦發(fā)生火災，啟動滅火工程工作，同時要關閉通風工程及出入這些房間風道上的閥門。確定火熄滅后，再啟動通風工程，排除殘留氣體，為保證滅火后能從室內下部地帶排除殘留廢氣，房間的換氣次數(shù)不少于4次/h，并于房間下部設置通風口。這就從消防方面規(guī)定了通風工程風量。
1.4 燃油燃氣鍋爐運行時，需要有充足的空氣才能保證燃料的充分燃燒。而各種燃料所需的空氣量是不同的，所以要通過計算確定所需的通風量。
以上是燃油燃氣鍋爐房通風工程設計時要考慮的幾個方面，下面重點討論通風量的確定方法。
2 燃油燃氣鍋爐房通風量的確定
為了敘述的方便，下面以燃油鍋爐房為例，且以 0#柴油為燃料作具體計算。至于燃氣鍋爐房及各種其它燃料，可根據(jù)有關資料，參照下面的方法類推。
2.1 燃料燃燒空氣需要量和產生的煙氣量
a.空氣需要量：根據(jù)有關資料，每kg燃料完全燃燒所需要的空氣量為：
V=αV0=α(+2)
式中：α——過量空氣系數(shù)，一般取1.2；
Q——燃料的低位發(fā)熱量，對0#柴油為42 900kJ/kg；
V0——1kg燃料完全燃燒所需要的理論空氣量。則有：
V0=+2=+2=10.71 (m3/kg)
所以每kg燃料完全燃燒所需要的空氣量為:
Va=1.2V0=1.2×10.71=12.85 (m3/kg)
b.產生煙氣量：每kg燃料燃燒產生的煙氣量為
Vy=VRO2+V0N2+V0H2O+1.0161(α-1)V0
式中：
VRO2=0.01866(Cy+0.375Sy)=1.6 (m3/kg)
V0N2=0.79V0+0.008Ny=8.46 (m3/kg)
V0H2O=0.111Hy+0.0124Wy+0/0161V0=1.67 (m3/kg)
�。▽�0#柴油，Cy=85.6，Sy=0.25，Ny=0.04，Hy=13.5，Wy=0）
則每kg燃料燃燒產生的煙氣量為:
Vy=1.6+8.46+1.67+1.0161×（1.2-1）×10.71
=13.906 (m3/kg)
c.以筆者設計的某鍋爐房為例，設置2臺2t/h的燃油鍋爐，其鍋爐間面積約150m2，層高6m，每臺鍋爐耗油量為140kg/h。則2臺鍋爐全部滿負荷運行時所需要的空氣量為：
Va×140×2=12.85×140×2=3 598 (m3/h)
換氣次數(shù)為4次/h（不考慮不同狀態(tài)下的修正，以下同），所產生的煙氣量為
Vy×140×2=13.906×140×2=3 895 (m3/h)
煙氣量是鍋爐房煙道、煙囪設計的依據(jù)。
d .常用燃料燃燒空氣需要量和產生的煙氣量見下表1：
2.2 排除鍋爐房內余熱所需的通風量
a.鍋爐間內余熱計算
鍋爐間的余熱主要來自鍋爐本體、汽水管道及煙道等排熱損失。對于目前普遍使用的進口或國產燃油燃氣鍋爐，通過鍋爐的熱平衡分析，可知其排熱損失約為2%。對于上述2臺2t/h的鍋爐房，其余熱量為：
Q= Q×140×2×2%/4.18=42 900×140×2×2%/4.18=57 473(kcal/h)=67 (kW)
b.排除余熱所需要的通風量
假如鍋爐房溫度夏季保持在40℃左右，則余熱中一部分通過房間圍護結構傳到室外，其余由通風帶走。由于圍護結構傳熱量經過計算可知，相對較小，可忽略不計，故排除余熱所需通風量為：
V=
式中：Q —鍋爐房內余熱量，由上面計算可得；
t —室外通風計算溫度，南京地區(qū)為32℃；
ρ 、c —空氣的密度、比熱。
將有關數(shù)值代入上式，可得
V==23 172 (m3/h)
2.3 經過以上計算，對2臺2t/h的鍋爐房，要保持鍋爐間內溫度在40℃以下，則需要約26次/h的通風量，而為了保證2臺鍋爐滿負荷運行時燃料的充分燃燒，則需要的空氣量約為4次/h。而目前鍋爐房設計中，通風量一般只有6~10次/h，送風量一般為通風量的50%~90%，這樣很難滿足上述要求，所以大多數(shù)鍋爐房內溫度較高。尤其是在夏季容量較大的地下鍋爐房，由于無法進行自然通風，機械通風量又較小時，其溫度可達50℃以上，而且往往燃燒所需的空氣量得不到保證。
3 結束語
3.1 燃油燃氣鍋爐房通風工程設計時，首先要計算排除鍋爐房內余熱所需要的通風量，再計算鍋爐燃燒所需要的空氣量。由于燃燒所需要的空氣量是由燃燒器從鍋爐房抽走的，所以在選用鍋爐房送通風機型號時送（補）風機的風量即為排除余熱所需要的通風量，而通風機的風量為上述兩者之差。
3.2 根據(jù)以上送、通風量，校核是否滿足有關規(guī)范要求的排除易燃易爆油氣所需的換氣次數(shù)。
3.3 所有安裝在有易燃易爆危險房間內的通風裝置應有防爆措施。
3.4 確定送、通風量時還要考慮到對鍋爐房內外空氣壓差的影響，因為鍋爐房內保持正壓或負壓關系到燃燒器的調節(jié)和煙道、煙囪的設計。
參考文獻
1 燃油燃氣鍋爐房設計手冊，機械工業(yè)出版社
2 鍋爐房設計規(guī)范（GB52041-92），中國計劃出版社
3 民用建筑暖通空調設計技術措施，中國建筑工業(yè)出版社，1996
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