1、引言
在目前鋼鐵產(chǎn)品殘酷的市場競爭中，所有鋼鐵企業(yè)都在尋求降低生產(chǎn)成本的措施，除采用高爐噴煤降低焦比，提高冶煉系數(shù)，增強(qiáng)生產(chǎn)能力外，提高高爐供風(fēng)系統(tǒng)的效率，也是重要措施之一。
較早的離心式高爐鼓
風(fēng)機(jī)，能量轉(zhuǎn)化效率較低，有的甚至只有65%左右。近年來，伴隨風(fēng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展，引進(jìn)了蘇爾壽軸流高效風(fēng)機(jī)技術(shù)，各鋼鐵企業(yè)在節(jié)能和技改中，已較多地采用了這種靜葉可調(diào)的軸流風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)的多變效率可達(dá)到90%以上，有效地降低了噸鐵能耗。由于設(shè)計(jì)人員及用戶對設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)等了解不足，容易出現(xiàn)一些問題。
2、設(shè)備簡介
酒鋼為一號高爐配套供風(fēng)的原英格索爾蘭的離心風(fēng)機(jī)由于效率低，在1998年一號高爐擴(kuò)容改造時(shí)拆除，重新安裝一臺由汽輪機(jī)拖動(dòng)的軸流鼓風(fēng)機(jī)組。汽輪機(jī)為由西門子制造的反動(dòng)凝汽式調(diào)速型T業(yè)汽輪機(jī)，型號為NK40/63-7，調(diào)速范圍3 800～4 168 r／mln，額定功率24 000 kW，配用WOODWARD505控制器：軸流風(fēng)機(jī)為由陜西鼓風(fēng)機(jī)廠引進(jìn)瑞士蘇爾壽技術(shù)制造的軸流、全靜葉可調(diào)風(fēng)機(jī)，型號AV80-14，正常軸功率18560 kW，排氣壓力0.46 MPa，年平均供風(fēng)量4081m3，mlrl；整臺機(jī)組的控制采用DCS集散控制系統(tǒng)，硬件為Hollywell產(chǎn)品，由蘭溪公司組態(tài)。
該機(jī)組于1998年12月正式投產(chǎn)運(yùn)行，投產(chǎn)至今已近6年。
3、故障分析與處理
3.1 熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)機(jī)組發(fā)生振動(dòng)現(xiàn)象：
該狀態(tài)曾發(fā)生過兩次，在機(jī)組停機(jī)4h后，重新啟動(dòng)，機(jī)組發(fā)生振動(dòng)。正常情況下，機(jī)組各軸瓦震動(dòng)指示從0～4 168 r/min，經(jīng)過三個(gè)臨界轉(zhuǎn)速1 160、1 800、2 700 r/min其值均不大于50微米，順利通過。但在運(yùn)行投產(chǎn)一年后，一次高爐休風(fēng)，停機(jī)4h后熱態(tài)啟動(dòng)，隨著機(jī)組轉(zhuǎn)速的上升，機(jī)組軸承振動(dòng)增加，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)1 500 t／min時(shí)，軸承振動(dòng)值達(dá)到55微米，特別是風(fēng)機(jī)側(cè)軸承，振動(dòng)較汽機(jī)側(cè)大，隨即打閘停機(jī)檢查，油溫、汽缸、風(fēng)缸膨脹等，均未發(fā)現(xiàn)異常。機(jī)組轉(zhuǎn)速回零后重新啟動(dòng)，振動(dòng)值較首次啟動(dòng)明顯減小，機(jī)組正常升速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速向高爐供風(fēng)（機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)沒有該現(xiàn)象）。
原因分析：
該機(jī)組集成控制水平較高，啟動(dòng)模式設(shè)定后可自動(dòng)按啟動(dòng)曲線升速達(dá)到空負(fù)荷轉(zhuǎn)速，而后根據(jù)生產(chǎn)需要手動(dòng)設(shè)定調(diào)整向高爐送風(fēng)。機(jī)組停機(jī)時(shí)的盤車為間歇性盤車，條件為轉(zhuǎn)速到零、潤滑油壓正常、頂升油壓正常，該機(jī)組正常熱態(tài)啟動(dòng)轉(zhuǎn)速從0升至額定轉(zhuǎn)速為7 min。機(jī)組建設(shè)投產(chǎn)初期，間歇性盤車為每30 s盤車油缸走一個(gè)行程，轉(zhuǎn)子翻轉(zhuǎn)15。，12min盤車一周。在機(jī)組運(yùn)行半年后一次停機(jī)后，在啟動(dòng)時(shí)發(fā)生了上述的機(jī)組振動(dòng)現(xiàn)象。除上述的常規(guī)檢查外，調(diào)查了解機(jī)組停機(jī)時(shí)盤車狀況，值班員講述發(fā)現(xiàn)盤車較以前慢。此后的一次停機(jī)時(shí)，測定盤車運(yùn)行周期，發(fā)現(xiàn)每1分50秒盤車油缸才走一個(gè)行程，較原來長了1分20秒，由于盤車為WOODWARD505控制器出廠前設(shè)定完成的，故沒有作修改。機(jī)組啟動(dòng)時(shí)發(fā)生了同樣的振動(dòng)。依據(jù)上述情況綜合分析，振動(dòng)的主要原因?yàn)轱L(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的熱彎曲引起，風(fēng)機(jī)額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，排氣溫度高達(dá)240～260℃，在這個(gè)溫度下，雖然說沒有達(dá)到金屬的蠕變溫度，但在較長時(shí)間的靜置中(約2min)，重達(dá)17 t，長7.3 m的轉(zhuǎn)子，必然產(chǎn)生微量彎曲，同時(shí)，這種熱彎曲由于盤車的翻轉(zhuǎn)速度較慢，冷空氣的對流，轉(zhuǎn)子受冷不均，隨轉(zhuǎn)子的盤動(dòng)，彎曲方向在隨時(shí)發(fā)生變化，不至于形成塑性彎曲變形，故冷態(tài)啟動(dòng)各值正常。
機(jī)組在熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)，由于升速較快，時(shí)間短，這種彎曲沒有隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)馬上恢復(fù)，故而隨機(jī)組轉(zhuǎn)速的上升不平衡離心力加劇，引起風(fēng)機(jī)側(cè)軸振明顯大于汽機(jī)側(cè)軸振。在機(jī)組被強(qiáng)制跳閘轉(zhuǎn)速回零的過程中，由于旋轉(zhuǎn)使風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子由于冷風(fēng)的作用圓周方向受冷均勻，使熱應(yīng)力和重力彎曲逐步消失，因此，在機(jī)組重新啟動(dòng)時(shí)，機(jī)組振動(dòng)合格，滿足正常運(yùn)行條件。
措施：針對引起振動(dòng)的主要原因?yàn)楸P車間隔過長，在機(jī)組大修中，對盤車液壓機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢查（主要檢查進(jìn)油回油節(jié)流孔，盤車液壓閥是否卡澀，引起油路不暢，造成盤車遲緩），液壓盤車原理圖如圖1所示，結(jié)果未發(fā)現(xiàn)異常，從盤車的控制邏輯分析，將盤車的間隙性動(dòng)作觸發(fā)步長進(jìn)行修改，使盤車間歇間隔縮短至每23 s液壓油缸走一個(gè)行程，1分鐘32秒轉(zhuǎn)子翻轉(zhuǎn)一周。
效果：改進(jìn)后，再未發(fā)生過上述啟動(dòng)時(shí)的振動(dòng)現(xiàn)象。
3.2運(yùn)行中可調(diào)靜葉的漂移現(xiàn)象：
鼓風(fēng)機(jī)投運(yùn)后，發(fā)生了幾起由于電液伺服閥堵塞和油壓波動(dòng)引起靜葉自動(dòng)關(guān)回及漂移，造成供風(fēng)中斷和供風(fēng)參數(shù)嚴(yán)重波動(dòng)的事故，影響了1#鼓風(fēng)機(jī)的正常供風(fēng)，給高爐的生產(chǎn)帶來了嚴(yán)重的影響并造成一定的損失。而且電液伺服閥故障后，只能通過停機(jī)進(jìn)行處理，嚴(yán)重威脅和制約了高爐的正常生產(chǎn)。為了避免同類事故的發(fā)生。從2000年年初，采取了將風(fēng)機(jī)靜葉角度人T鎖死，供風(fēng)參數(shù)靠調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法進(jìn)行調(diào)整，這樣不僅加大了汽輪機(jī)的汽耗，而且預(yù)期的軸流風(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性沒有發(fā)揮出來。供出的風(fēng)煉鐵側(cè)還需用放風(fēng)閥進(jìn)行放風(fēng)調(diào)節(jié)，以滿足高爐需要。這樣不僅增加了煉鐵成本而且安全性較低。
原因分析：
經(jīng)過對幾起事故的分析，造成上述故障的主要原因?yàn)椋?br />
(1)目前盡管系統(tǒng)配有高精度濾油器，但所用的油過濾裝置依然不能滿足現(xiàn)用電液伺服閥所要求的油質(zhì)精度要求（雜質(zhì)粒度5微米以下），伺服閥卡澀現(xiàn)象嚴(yán)重。
(2)目前所用的控制系統(tǒng)在自動(dòng)裝置失靈時(shí)，保證高爐供風(fēng)安全裝置配套不完善。
改進(jìn)措施：針對以上原因，調(diào)研了武鋼2#、5#鼓風(fēng)機(jī)液壓控制系統(tǒng)改造技術(shù)，研究了由北京長城航空測控技術(shù)研究所提供的液壓保護(hù)裝置系統(tǒng)，認(rèn)為該系統(tǒng)能夠較好的解決了靜葉可調(diào)系統(tǒng)的問題，并確定了如下改造方案：
(1)針對目前設(shè)備的現(xiàn)狀，決定將目前所用的國產(chǎn)電液伺服閥改為進(jìn)口的、對油質(zhì)精度要求不高的BD15型電液伺服閥（工作油精度30微米內(nèi)），解決電液伺服閥針型孔小易堵，活塞間隙小易卡澀的問題。
(2)對目前的液壓控制系統(tǒng)供風(fēng)保證可靠裝置不完善的部分，決定在該系統(tǒng)中加裝一套液壓閉鎖保護(hù)裝置，同時(shí)配備了電磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)與電液伺服控制系統(tǒng)并聯(lián)工作。液壓系統(tǒng)如圖2所示。
該系統(tǒng)工作原理：
(1)當(dāng)軸流風(fēng)機(jī)處于正常T作狀態(tài)時(shí)，液壓鎖處于導(dǎo)通狀態(tài)，電液伺服控制系統(tǒng)隨調(diào)節(jié)器信號及負(fù)載情況及時(shí)調(diào)節(jié)靜葉角度，滿足用戶的需要。
(2)當(dāng)由于非常原因（自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)生故障，或其他干擾因素）使靜葉角度與設(shè)定值偏差較大或完全失控時(shí)，液壓鎖電磁閥通電，使液壓鎖處于關(guān)閉狀態(tài)，切斷電液伺服閥進(jìn)出油路和負(fù)載油路，立即將靜葉就地鎖定。
(3)如靜葉角度與所要求的位置偏差較大，可以啟動(dòng)電磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以點(diǎn)動(dòng)的方式對靜葉角度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使靜葉達(dá)到所須的位置，維持鼓風(fēng)機(jī)正常T作，以便及時(shí)處理自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
3.3 修改DCS邏輯控制程序
為確保控制系統(tǒng)的安全可靠，修改DCS邏輯控制，使靜葉控制在下述狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或手動(dòng)切換至閉鎖狀態(tài)并報(bào)警，避免靜葉漂移、跟蹤遲滯、過調(diào)、調(diào)節(jié)震蕩等現(xiàn)象的發(fā)生：
a、靜葉控制輸出與靜葉實(shí)際位置不相一致：
b、靜葉控制信號丟失：
c、靜葉控制信號給出后延時(shí)3s后，靜葉未動(dòng)；
d、手動(dòng)切換至自動(dòng)閉鎖狀態(tài)。
控制邏輯如圖3所示。
4、處理后的效果
4.1機(jī)組啟動(dòng)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，保持此轉(zhuǎn)速不變，進(jìn)行供風(fēng)參數(shù)調(diào)節(jié)，可調(diào)靜葉由電液伺服控制系統(tǒng)控制，進(jìn)行定風(fēng)壓、定風(fēng)量參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)，動(dòng)作靈活準(zhǔn)確。
4.2人為切斷風(fēng)壓變送器電源，由于風(fēng)壓實(shí)際測量值丟失，機(jī)組靜葉閉鎖保護(hù)裝置立即動(dòng)作，將機(jī)組靜葉角度就地鎖死，機(jī)組可調(diào)靜葉由自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為手動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)。同時(shí)可對靜葉電液伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行消缺T作，而不影響機(jī)組的正常運(yùn)行，且可進(jìn)行手動(dòng)點(diǎn)動(dòng)控制，調(diào)整風(fēng)機(jī)靜葉角度，滿足供風(fēng)需要。靜葉電液伺服控制系統(tǒng)消缺結(jié)束后，可投入運(yùn)行，此時(shí)機(jī)組靜葉閉鎖保護(hù)裝置立即處于自動(dòng)備用狀態(tài)，與靜葉電液伺服控制系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行。風(fēng)機(jī)靜葉調(diào)節(jié)由手動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)。
4.3通過對可調(diào)靜葉電液伺服控制系統(tǒng)的改進(jìn)，供風(fēng)參數(shù)的調(diào)節(jié)完全滿足定風(fēng)壓、定風(fēng)量的設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)方式，并確保了調(diào)節(jié)過程的穩(wěn)定，在滿足需求的情況下，有效的降低了能源的浪費(fèi)。
5、結(jié)語
通過對
軸流風(fēng)機(jī)的振動(dòng)分析，認(rèn)識到
風(fēng)機(jī)同樣存在轉(zhuǎn)子的熱彎曲問題，在生產(chǎn)實(shí)踐中必須有效地進(jìn)行防范。同時(shí)，經(jīng)過1#鼓風(fēng)機(jī)可調(diào)靜葉液壓伺服系統(tǒng)的的改造和改造后的效果分析，此改造方案適用于軸流壓縮機(jī)靜葉調(diào)節(jié)系統(tǒng)的完善和穩(wěn)定性的增強(qiáng)，有效的解決了靜葉調(diào)節(jié)系統(tǒng)卡澀、靜葉漂移、控制失靈的故障，為安全穩(wěn)定送風(fēng)創(chuàng)造了條件，減少了由于送風(fēng)中斷引起的高爐突發(fā)性事故。
