涼水塔風機安全運轉因素

時間：2022-10-05 18:07:10 建筑畢業(yè)論文我要投稿

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涼水塔風機安全運轉因素

　　涼水塔風機安全運轉因素

　　摘要：本文主要論述風機電機底板撕裂和風機風葉緊固螺栓斷裂兩個方面故障產生的原因及采取的措施。

　　關鍵字：電機底板裂紋、聯(lián)軸節(jié)改進、螺栓斷裂、預防措施

　　引言

　　一般化工廠涼水塔風機均為軸流風機，其結構是由電機-軸-支撐軸承-減速機以及風葉組成，減速機為三級齒輪傳動減速，電機轉數(shù)1500rpm左右，風葉轉數(shù)100rpm左右。

　　涼水塔風機擔負著整個廠循環(huán)冷卻水的冷卻任務，該風機若不能安全運轉，將直接影響整個廠的經濟效益。

　　下面以遼陽石化烯烴廠的涼水塔風機為例，就影響風機安全運轉的因素逐一進行分析。

　　一、電機底板撕裂

　　烯烴廠的涼水塔軸流風機共8臺，是國外進口設備，單臺設備能力為2.7×106NM/H，電機輸出功率210KW，風機輸出功率170KW，減速機為二級齒輪傳動減速，電機轉數(shù)1475rpm，風葉轉數(shù)132rpm。

　　在90年至93年5月前的時間里，風機的電機底板經常出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象，撕裂的部位在底板螺栓孔周圍，最長的裂紋約為120毫米。

　　裂紋的存在，使電機的運行處于不安全狀態(tài)，直接影響風機的對中，惡化減速機齒輪的傳動，大大降低了風機的使用壽命。

　　為解決電機底板裂紋這一隱患，我們對裂紋的產生原因做了現(xiàn)場調查，依據(jù)調查結果，得知電機底板裂紋產生的重要原因是，當風機運轉不正常時，因齒輪或傳動軸某部位出現(xiàn)缺陷或故障時，風機的輸入功率將增大，即電機輸出的功率將大于正常運行時的功率，由此使輸出轉動力矩增大。

　　在風機的振動報警聯(lián)鎖自停裝置失靈的情況下，由于電機轉動的力矩增大而電機聯(lián)軸節(jié)處的蛇形彈簧卡不被扭斷，因而使底板在強外力作用下發(fā)生位移，導致局部斷裂，借此來緩解外力的作用。

　　電機與聯(lián)軸節(jié)之間聯(lián)接傳動的為蛇形彈簧卡，此卡起安全保護及傳動作用，如果在電機負荷增大至一定限度時，此卡由于不能承受此時的扭矩而被扭斷，電機與風機脫離，則電機空轉，底板撕裂現(xiàn)象將不會發(fā)生。

　　在未改進前，裝配時用兩套蛇形卡，電機超負荷運轉時，也不易扭斷，造成電機底板撕裂。

　　現(xiàn)去掉一套，經計算(見后)得知，一套蛇形卡正常運轉時所受的剪應力為39.1kg/cm2<<許用剪應力951.5kg/cm2，因此，采用一套蛇形彈簧卡的計劃是可行的。

　　經過幾年的生產實踐證明，聯(lián)軸節(jié)改進裝配方法后，即滿足了生產的需要，又對設備起到了一定的保護作用，消除了底板裂紋，取得了較大的經濟效益。

　　計算步驟：

　　電機扭矩：P電機=9545N電/n電=9545×210/1475=1359.5牛・米

　　其中：N電為電機輸出功率 n電為電機轉數(shù)

　　視蛇形彈簧卡為薄壁圓管，則其抗扭截面模量：

　　Wp=2πr2t=2×3 .14×842×8=354493(mm)3

　　其中r為彈簧卡半徑 t為彈簧卡厚度

　　正常運轉時剪應力：

　　τ= P電機/ Wp=(1359.5×1000)/ (354493×9.8)=39.1 kg/cm2

　　根據(jù)彈簧材料65Mn，工作溫度為100°C，查得σs(屈服應力)為1730 kg/cm2，根據(jù)許用剪應力和許用拉應力之間關系，則其許用剪應力為：[τ]=0.55[σs]=0.55×1730=951.5 kg/cm2

　　由此可知：τ<<[τ]

　　二、風機風葉緊固螺栓斷裂

　　風機自79年投入運行至93年，據(jù)資料記載，因風機風葉緊固U型螺栓斷裂造成設備惡性事故二起，設備故障停車7起。

　　螺栓斷裂使風葉失控飛出，嚴重地破壞了風機的動態(tài)平衡，減速機齒輪嚙合狀態(tài)急劇惡化，齒輪在極短的時間便出現(xiàn)打齒、折齒現(xiàn)象，風機振動加劇，對機座的水泥基礎梁產生了不同程度的破壞，整個傳動系統(tǒng)乃至驅動電機均受到不同程度的破壞和影響。

　　為保證設備安全運行，針對螺栓斷裂而發(fā)生的檢修進行系統(tǒng)的資料統(tǒng)計，據(jù)此分析U型螺栓斷裂情況如下：

　　1、螺栓斷裂處的分布規(guī)律

　　從所經歷的三次螺栓斷裂現(xiàn)場考察以及以往的資料記載，運轉是由于風葉端部螺栓的左側受力最大，斷裂多從此處發(fā)生。

　　2、螺栓斷裂產生的原因

　　(1)螺栓承載不均

　　風葉緊固螺栓為M36U型細牙螺栓，材質為38CrA，風葉每支重量約為150Kg，風葉長為3860mm，寬約為1200 mm。

　　以前螺栓為支點，利用杠桿平衡原理，計算出里側單個螺栓靜止時受力為496 Kg，由此可計算出螺栓預緊狀態(tài)下的應力σca=86.6 kg/cm2，查38 CrA螺栓許用應力[σ]=1930 kg/cm2，由此可知σca小于[σ]。

　　即使風阻力與重力等疊加所產生的應力也是遠小于螺栓的許用應力的，因此可得出38CrA材質的M36U型螺栓能夠滿足卡緊風葉的需要，使風葉正常運行。

　　但根據(jù)幾次螺栓斷裂情況來看，左側螺栓受力大于右側螺栓，因此其σca也將增大。

　　(2)螺栓質量差

　　根據(jù)資料記載，風機運轉初期風葉使用的為國外螺栓，材質為38CrA，效果較好，四年間僅斷過1次，未造成設備事故，其后開始使用國產40Cr材質螺栓，四年間斷裂7次，造成2次嚴重事故，改回38CrA后，四年僅發(fā)生一次斷裂現(xiàn)象，未造成大的損失。

　　(3)裝配不當

　　風葉為兩道U型螺栓固定，在固定風葉時，螺栓裝配兩端有時不能保持在同一水平面，偏差最大時為30 mm，由于偏差的存在，使緊固后的螺栓呈傾斜狀，螺栓受力狀態(tài)惡化。

　　(4)予緊力過大，造成螺栓工作時承載能力下降

　　在固定風葉緊固螺栓時，用長約1.5米的加長搬手擰緊螺栓，由于作業(yè)空間狹小，緊固很不方便，需3～4人合力推、拉國長搬手，另外由于風葉前后螺栓位置的差異，使兩螺栓所受緊力也不相等，為使風葉牢固，螺栓常常擰得非常緊，且由于作業(yè)空間的限制，搬手與螺栓面不垂直，故在緊固時螺母上升過程如同對螺栓套扣，嚴重的破壞了螺栓根部表面，使螺栓抗拉、抗剪強度下降。

　　(5)風葉轉動矩不等

　　風葉角度安裝偏差過大，也會使風機的動平衡不好，造成螺栓受力大于正常運時所受的力。

　　綜上所述因素加在一起，就導致了U型螺栓的斷裂。

　　3、采取的措施

　　(1)合理調配螺栓

　　為延長螺栓使用壽命，改善螺栓受力狀態(tài)，我們定期將里、外側U型螺栓對調，并使左、右端換位，從而延長了其使用壽命。

　　(2)加強螺栓材質及加工質量的檢查

　　(3)保證螺栓的安裝質量

　　安裝時，盡量使螺栓兩端面高度差為零，先緊短、后緊長，消除螺栓的傾斜現(xiàn)象，改善螺栓的受力狀況。

　　(4)限制予緊力，提高螺栓的承載能力

　　在緊固風葉時，采用力矩搬手。

　　(5)正確使用風葉，嚴格控制風葉角度