马伟
宝钢湛江钢铁有限公司
摘要：本文主要对循环水冷却塔的工作原理，故障原因和改造措施进行分析和阐述，以期提高风机运行的可靠性。
关键词：循环水冷却塔；风机；改造
引言
循环水冷却塔在工业水降温、蒸发散热中起着重要作用，该装置主要与凝汽器连接在一起，只有装置系统保持正常运行状态，其作用才显著。风机是冷却塔系统中的重要组成部分，其在运行中经常会出现故障，相关人员要做好风机故障研究工作。风机主要位于塔顶，其数量不止1台。每台风机的设计流量和转速都是统一固定数值，组成部件有电机、减速器、叶片等，这些构成部件都有可能出现异常，相关人员还要在风机初运行时便做好构成部件正常状态下的信息记录工作，并将这些原始记录作为故障检修参考。风机故障会对冷却塔系统运行造成负面影响，因此要着重解决每种故障，使风机及冷却塔运行更加可靠。
1循环冷却塔概述
循环冷却塔是企业生产过程中重要的组成部分，是保证工艺系统设备正常运行的常用设备，在企业节能降耗方面，起着尤为重要的作用。冷却塔在实际运行中针对性的对风机进行技术改造，优化设计参数，以提升冷却塔的运行性能，使企业在满足正常生产的要求下，符合当下越来越严格的节能、环保、降耗的要求。
风机工作时，动力机驱动叶轮在冷却塔风筒内旋转，气体从轴向由一个攻角流入叶轮，进入叶轮时，在翼背上产生一个升力，同时在翼腹上产生一个大小相等方向相反的作用力，该力使气体排出叶轮呈螺旋形沿轴向向前运动。风机进口处由于压差的作用，气体不断地被吸入，然后沿轴向排出。
2风机故障原因分析
2.1风机传动轴故障
循环水冷却塔风机传动轴故障频发，。最为常见的故障类型便是传动轴甩出，它主要是由减速箱端联轴器螺栓断裂而引起的。通过对断裂的螺栓分析可知，其断面具有平整性，属于脆性断裂，基本无塑性变形。对于联轴器螺栓而言，其选用材料均拥有良好的塑性，通常情况下，此类材料在较大应力作用下，其会出现一定的塑性变形，但断裂螺栓未出现此现象，此结果显示该断裂问题不是因大应力而导致的，可能是受小应力的作用，从而出现的疲劳断裂，同时，螺栓断裂也具有疲劳断裂的特点，即：突然性与时间性。与此同时，对联轴器进行观察，其法兰孔的变形情况较为严重，由于孔径受挤压、摩擦等因素的影响，而逐渐扩大，在螺栓出现断裂后，联轴器将出现不同程度的偏移或偏角，此时风机持续旋转，在不平衡惯量与冲击影响下，从而使螺栓孔出现了变形，而变形扩大进一步增加了不平衡惯量与冲击，在恶性循环下，螺栓超过了其屈服极限，随之出现了断裂问题，同时联轴器的分离，导致了传动轴甩出。
2.2设计制造原因
设计不当，动态特性不良，运行时发生强迫振动或自激振动；结构不合理，应力集中；设计工作转速接近或落入临界转速区；热膨胀量计算不准，导致热态对中不良。零部件加工制造不良，精度不够；零件材质不良，强度不够，制造缺陷；转子动平衡不符合技术要求。
2.3安装维修原因
机械安装不当，零部件错位，预负荷大；轴系对中不良；机器几何参数（如配合间隙、过盈量及相对位置）调整不当；管道应力大，机器在工作状态下改变了动态特性和安装精度；转子长期放置不当，改变了动平衡精度；未按规程检修，破坏了机器原有的配合性质和精度。
2.4操作运行
工作人员在操作风机时，常忽略风机工艺参数问题，一旦出现介质温度变化或压力巨变等状况时，机械运行都会受到影响。转速及荷载都有规定要求，超过此范围，机械运行效率就会下降。机械运转中，工作人员若不能及时更换润滑油，构件摩擦会更加严重。转子或启停机出现故障，却得不到及时维修处理，风机也会失稳。
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3循环水冷却塔风机改造技术措施
3.1监测方法
在明确传动轴故障成因基础上，通过检测，掌握联动轴螺栓的变形或断裂情况，一旦出现异常或危险，可通过警报或停机等方式，以此避免传动轴甩出问题的发生。但对于联轴器和螺栓而言，二者紧密联系，难以实现准确监测螺栓运行情况，因此，上述研究缺少实效性与合理性。但国内学者未能停止探索的步伐，通过钻研与探索，对联轴器法兰孔及螺栓给予了关注，如果对后者的塑性变形及前者的位移进行实时监测，通过警报停机，将减少传动轴甩出事故发生几率。
3.2整体更换风机
由于减速机和电机上的联轴节、链条、轮毂、叶片损坏比较严重，传动轴存在变形的可能，均需要更换；减速器油管从根部断裂，如果修复需要的时间比较长，那样将会对生产造成更大的影响；为了将影响降低到最小，决定整体更换一台备用风机。备用风机叶片设计采用了目前最先进的翼形，气动性能好。叶片由高强度玻璃钢模压制而成，具有强度高、质量轻、耐腐蚀等优点。备用风机风叶安装角度在8°左右。重新加工垫铁找平底座后，将风机整体吊到底座上，然后找正电机和减速机，在全部安装工作完成后加上润滑油开机试车。
3.3风机状态检测及失效原因分析
要利用传感监控设备实时监控风机运行状态，并参考测量数据，分析风机状态检修失效原因。主要对每台风机的减速器和电机轴承进行检查，对前者径向和轴向进行检测，对后者水平和垂直方向进行监测。这些检测数据主要将振动故障定位在低频区域。故障原因主要为安装维修及设备运行工况不合理。在安装维修中，相关人员需将风机安装位置、零部件及轴系安装位置作为重点，还要对风机的预负荷进行计算，对风机几何参数进行调控，如此安装维修质量水平才能得到保证，风机故障概率才会下降。在设备运行中，要着重关注变速齿轮等零部件的运行状况。要保证零部件或构件材质，使风机振动和风机变形磨损等故障减至最低。
3.4更换润滑油
润滑油在变速箱中不仅起到润滑效果，还起到防锈及抗氧化作用。考虑到齿轮的运行要求，可以空气压缩机油来代替原油，以保证在使用过程中不会出现油质变化问题。
3.5安装调试
改造安装中的工具需做到专业化，安装图纸需经过严厉审核，安装过程应有监督，齿轮安装精度以及相关构件的匹配度等都要满足要求。安装改造中，要注意各轴及齿轮之间的匹配程度。安装完毕，需对产生振动的部位进行调试。
3.6设备维护建议
加强设备点检，及时掌握风机的运行状况和零部件受损情况，合理安排维护周期。必要时，对关键部位进行解体，在目测的基础上进行无损检测；2）订整机部件时考虑性能、基储连接尺寸等，订零部件备件时考虑互换性、技术参数、性能等。更换时首先要查看技术资料，标牌等，避免应急时走弯路；3）处理故障，在检查、分析、拆卸、更换、回装时尽可能查找引起故障的可能原因，做到全面排查，逐一排除；4）考虑安装在线检测振动装置、轴承温升侧量仪器等；5）严格按照操作规程进行操作。
结语
风机改造是在风机故障检修有效的基础上进行的，需要明确故障检修点和故障维修点，以找到可优化及改造点。在技术改造中，除了要保证改造技术落实到位，还要保证降低运行成本，提高运行安全及可靠性，使风机振动及变形损伤等不会发生。要从实际出发解决好各种故障问题，使改造措施更有针对性。
参考文献
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论文作者:马伟
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第21期
论文发表时间:2019/11/26
标签：风机论文; 螺栓论文; 联轴器论文; 故障论文; 冷却塔论文; 传动轴论文; 水冷论文; 《中国西部科技》2019年第21期论文;