鋒速達通風降溫系統(tǒng)
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養(yǎng)殖風機廠通風機應(yīng)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(shè)備負荷設(shè)計冗余度偏低，以及轉(zhuǎn)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(chǎn)造成了極大的隱患，所以應(yīng)當在設(shè)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(chǎn)需要制訂預(yù)測性維修計劃，明確設(shè)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(shè)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(shè)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(qū)動。以下對設(shè)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(jié)構(gòu)簡介
如圖1和圖2所示，該風機采用懸臂式結(jié)構(gòu),使用兩個獨立的軸承座支承轉(zhuǎn)子。風機側(cè)軸承座為轉(zhuǎn)子定位端，汽（電）機側(cè)為轉(zhuǎn)子自由端，這樣，轉(zhuǎn)子熱膨脹就是以風機側(cè)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(zhuǎn)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(nèi)孔的相互配合，將鎖母壓緊，使軸承內(nèi)圈產(chǎn)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(chǎn)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(shè)備檢查時發(fā)現(xiàn)：定位側(cè)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(chǔ)上的4條M18的錨螺栓將軸承座加固。經(jīng)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(dǎo)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(guān)鍵是：究竟是什么原因使轉(zhuǎn)子振動強度增加，并且能夠達到如此高的峰值，導(dǎo)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(shè)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(zhuǎn)子的正常轉(zhuǎn)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(yīng)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(nèi)外圈滑道缺陷造成的振動。但不能排除因內(nèi)圈內(nèi)孔相對于轉(zhuǎn)子偏心等軸承損傷故障導(dǎo)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(nèi)外圈滑道出現(xiàn)剝落、保持架嚴重磨損等軸承損壞原因?qū)е碌霓D(zhuǎn)子振動。由于能夠引起工頻振動的原因很多，如轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)子對中存在問題，那么自由側(cè)的軸承座（離電機較近）的振動強度理論上應(yīng)稍高于定位側(cè)，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(gòu)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(nèi)圈內(nèi)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(nèi)圈偏心內(nèi)圈點蝕nƒ0nZƒInZƒi±ƒ0nZƒi±ƒc外圈點蝕nZƒ0內(nèi)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(zhuǎn)子的工頻（Hz）；ƒI————內(nèi)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(jīng)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(guān)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(shè)計關(guān)系到人民生命和國家財產(chǎn)的安全，也是能否保證鍋爐正常運行的關(guān)鍵。在鍋爐房設(shè)計中除了鍋爐房的位置、容量等要滿足有關(guān)規(guī)范要求外，其通風工程的設(shè)計也是一個重要內(nèi)容。但由于現(xiàn)有的規(guī)范和手冊中涉及通風的內(nèi)容不多，也沒有具體的給出設(shè)計計算方法，給設(shè)計帶來一定的困難。本文就這方面問題，結(jié)合筆者的工程經(jīng)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(shè)計原則
1.1 根據(jù)《鍋爐房設(shè)計規(guī)范》（GB50041-92）第13.3.2條規(guī)定：鍋爐間、凝結(jié)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(yīng)設(shè)置機械通風。鍋爐房內(nèi)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(nèi)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(shè)有空調(diào)的控制室內(nèi)，但其他房間的溫度也不宜太高，所以通風量的大小首先應(yīng)從消除余熱來考慮。
1.2 按照《鍋爐房設(shè)計規(guī)范》（GB50041-92）第13.3.6至13.3.8條規(guī)定：設(shè)在其它建筑物內(nèi)的燃氣鍋爐間應(yīng)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(diào)壓間等有操作危險的房間，應(yīng)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(yīng)設(shè)置機械通風裝置，并應(yīng)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(yīng)有每小時換氣次數(shù)10次的機械通風裝置，油庫應(yīng)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(nèi)空氣中易燃易爆油氣而規(guī)定設(shè)置的最小通風量。
1.3 鍋爐間、油泵油箱間、燃氣調(diào)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(zāi)，啟動滅火工程工作，同時要關(guān)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(nèi)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(shè)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(shè)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(guān)資料，參照下面的方法類推。
2.1 燃料燃燒空氣需要量和產(chǎn)生的煙氣量
a.空氣需要量：根據(jù)有關(guān)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(chǎn)生煙氣量：每kg燃料燃燒產(chǎn)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)
（對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(chǎn)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(shè)計的某鍋爐房為例，設(shè)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(chǎn)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(shè)計的依據(jù)。
d .常用燃料燃燒空氣需要量和產(chǎn)生的煙氣量見下表1：
2.2 排除鍋爐房內(nèi)余熱所需的通風量
a.鍋爐間內(nèi)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(chǎn)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(jié)構(gòu)傳到室外，其余由通風帶走。由于圍護結(jié)構(gòu)傳熱量經(jīng)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(nèi)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(guān)數(shù)值代入上式，可得
V==23 172 (m3/h)
2.3 經(jīng)過以上計算，對2臺2t/h的鍋爐房，要保持鍋爐間內(nèi)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(shè)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(nèi)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(jié)束語
3.1 燃油燃氣鍋爐房通風工程設(shè)計時，首先要計算排除鍋爐房內(nèi)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(guān)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(nèi)的通風裝置應(yīng)有防爆措施。
3.4 確定送、通風量時還要考慮到對鍋爐房內(nèi)外空氣壓差的影響，因為鍋爐房內(nèi)保持正壓或負壓關(guān)系到燃燒器的調(diào)節(jié)和煙道、煙囪的設(shè)計。
參考文獻
1 燃油燃氣鍋爐房設(shè)計手冊，機械工業(yè)出版社
2 鍋爐房設(shè)計規(guī)范（GB52041-92），中國計劃出版社
3 民用建筑暖通空調(diào)設(shè)計技術(shù)措施，中國建筑工業(yè)出版社，1996
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