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涼水塔風(fēng)機(jī)安全運轉(zhuǎn)因素
涼水塔風(fēng)機(jī)安全運轉(zhuǎn)因素
摘要：本文主要論述風(fēng)機(jī)電機(jī)底板撕裂和風(fēng)機(jī)風(fēng)葉緊固螺栓斷裂兩個方面故障產(chǎn)生的原因及采取的措施。
關(guān)鍵字：電機(jī)底板裂紋、聯(lián)軸節(jié)改進(jìn)、螺栓斷裂、預(yù)防措施
引言
一般化工廠涼水塔風(fēng)機(jī)均為軸流風(fēng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)是由電機(jī)-軸-支撐軸承-減速機(jī)以及風(fēng)葉組成，減速機(jī)為三級齒輪傳動減速，電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)1500rpm左右，風(fēng)葉轉(zhuǎn)數(shù)100rpm左右。
涼水塔風(fēng)機(jī)擔(dān)負(fù)著整個廠循環(huán)冷卻水的冷卻任務(wù)，該風(fēng)機(jī)若不能安全運轉(zhuǎn)，將直接影響整個廠的經(jīng)濟(jì)效益。
下面以遼陽石化烯烴廠的涼水塔風(fēng)機(jī)為例，就影響風(fēng)機(jī)安全運轉(zhuǎn)的因素逐一進(jìn)行分析。
一、電機(jī)底板撕裂
烯烴廠的涼水塔軸流風(fēng)機(jī)共8臺，是國外進(jìn)口設(shè)備，單臺設(shè)備能力為2.7×106NM/H，電機(jī)輸出功率210KW，風(fēng)機(jī)輸出功率170KW，減速機(jī)為二級齒輪傳動減速，電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)1475rpm，風(fēng)葉轉(zhuǎn)數(shù)132rpm。
在90年至93年5月前的時間里，風(fēng)機(jī)的電機(jī)底板經(jīng)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(jī)的運行處于不安全狀態(tài)，直接影響風(fēng)機(jī)的對中，惡化減速機(jī)齒輪的傳動，大大降低了風(fēng)機(jī)的使用壽命。
為解決電機(jī)底板裂紋這一隱患，我們對裂紋的產(chǎn)生原因做了現(xiàn)場調(diào)查，依據(jù)調(diào)查結(jié)果，得知電機(jī)底板裂紋產(chǎn)生的重要原因是，當(dāng)風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)不正常時，因齒輪或傳動軸某部位出現(xiàn)缺陷或故障時，風(fēng)機(jī)的輸入功率將增大，即電機(jī)輸出的功率將大于正常運行時的功率，由此使輸出轉(zhuǎn)動力矩增大。
在風(fēng)機(jī)的振動報警聯(lián)鎖自停裝置失靈的情況下，由于電機(jī)轉(zhuǎn)動的力矩增大而電機(jī)聯(lián)軸節(jié)處的蛇形彈簧卡不被扭斷，因而使底板在強(qiáng)外力作用下發(fā)生位移，導(dǎo)致局部斷裂，借此來緩解外力的作用。
電機(jī)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(hù)及傳動作用，如果在電機(jī)負(fù)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(jī)與風(fēng)機(jī)脫離，則電機(jī)空轉(zhuǎn)，底板撕裂現(xiàn)象將不會發(fā)生。
在未改進(jìn)前，裝配時用兩套蛇形卡，電機(jī)超負(fù)荷運轉(zhuǎn)時，也不易扭斷，造成電機(jī)底板撕裂。
現(xiàn)去掉一套，經(jīng)計算(見后)得知，一套蛇形卡正常運轉(zhuǎn)時所受的剪應(yīng)力為39.1kg/cm2<<許用剪應(yīng)力951.5kg/cm2，因此，采用一套蛇形彈簧卡的計劃是可行的。
經(jīng)過幾年的生產(chǎn)實踐證明，聯(lián)軸節(jié)改進(jìn)裝配方法后，即滿足了生產(chǎn)的需要，又對設(shè)備起到了一定的保護(hù)作用，消除了底板裂紋，取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。
計算步驟：
電機(jī)扭矩：P電機(jī)=9545N電/n電=9545×210/1475=1359.5牛・米
其中：N電為電機(jī)輸出功率 n電為電機(jī)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)時剪應(yīng)力：
τ= P電機(jī)/ 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(yīng)力)為1730 kg/cm2，根據(jù)許用剪應(yīng)力和許用拉應(yīng)力之間關(guān)系，則其許用剪應(yīng)力為：[τ]=0.55[σs]=0.55×1730=951.5 kg/cm2
由此可知：τ<<[τ]
二、風(fēng)機(jī)風(fēng)葉緊固螺栓斷裂
風(fēng)機(jī)自79年投入運行至93年，據(jù)資料記載，因風(fēng)機(jī)風(fēng)葉緊固U型螺栓斷裂造成設(shè)備惡性事故二起，設(shè)備故障停車7起。
螺栓斷裂使風(fēng)葉失控飛出，嚴(yán)重地破壞了風(fēng)機(jī)的動態(tài)平衡，減速機(jī)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(fēng)機(jī)振動加劇，對機(jī)座的水泥基礎(chǔ)梁產(chǎn)生了不同程度的破壞，整個傳動系統(tǒng)乃至驅(qū)動電機(jī)均受到不同程度的破壞和影響。
為保證設(shè)備安全運行，針對螺栓斷裂而發(fā)生的檢修進(jìn)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(jīng)歷的三次螺栓斷裂現(xiàn)場考察以及以往的資料記載，運轉(zhuǎn)是由于風(fēng)葉端部螺栓的左側(cè)受力最大，斷裂多從此處發(fā)生。
2、螺栓斷裂產(chǎn)生的原因
(1)螺栓承載不均
風(fēng)葉緊固螺栓為M36U型細(xì)牙螺栓，材質(zhì)為38CrA，風(fēng)葉每支重量約為150Kg，風(fēng)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(cè)單個螺栓靜止時受力為496 Kg，由此可計算出螺栓預(yù)緊狀態(tài)下的應(yīng)力σca=86.6 kg/cm2，查38 CrA螺栓許用應(yīng)力[σ]=1930 kg/cm2，由此可知σca小于[σ]。
即使風(fēng)阻力與重力等疊加所產(chǎn)生的應(yīng)力也是遠(yuǎn)小于螺栓的許用應(yīng)力的，因此可得出38CrA材質(zhì)的M36U型螺栓能夠滿足卡緊風(fēng)葉的需要，使風(fēng)葉正常運行。
但根據(jù)幾次螺栓斷裂情況來看，左側(cè)螺栓受力大于右側(cè)螺栓，因此其σca也將增大。
(2)螺栓質(zhì)量差
根據(jù)資料記載，風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)初期風(fēng)葉使用的為國外螺栓，材質(zhì)為38CrA，效果較好，四年間僅斷過1次，未造成設(shè)備事故，其后開始使用國產(chǎn)40Cr材質(zhì)螺栓，四年間斷裂7次，造成2次嚴(yán)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(dāng)
風(fēng)葉為兩道U型螺栓固定，在固定風(fēng)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(fēng)葉緊固螺栓時，用長約1.5米的加長搬手?jǐn)Q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(fēng)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(fēng)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(yán)重的破壞了螺栓根部表面，使螺栓抗拉、抗剪強(qiáng)度下降。
(5)風(fēng)葉轉(zhuǎn)動矩不等
風(fēng)葉角度安裝偏差過大，也會使風(fēng)機(jī)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(dǎo)致了U型螺栓的斷裂。
3、采取的措施
(1)合理調(diào)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(cè)U型螺栓對調(diào)，并使左、右端換位，從而延長了其使用壽命。
(2)加強(qiáng)螺栓材質(zhì)及加工質(zhì)量的檢查
(3)保證螺栓的安裝質(zhì)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(fēng)葉時，采用力矩搬手。
(5)正確使用風(fēng)葉，嚴(yán)格控制風(fēng)葉角度
通過對上述影響風(fēng)機(jī)正常運轉(zhuǎn)因素的分析，采取了相應(yīng)的預(yù)防措施，減少了風(fēng)機(jī)的故障率，使風(fēng)機(jī)能夠長周期的運轉(zhuǎn)。
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