冷却塔风机故障分析与处理
摘要：简要阐述了循环水冷却塔和风机的结构、设计参数，介绍了故障情况，对产生故障的原因进行了分析，着中介绍了故障处理过程，并提出了建议。
【关键词】冷却塔风机 故障 分析 处理过程
一、前言
河南安阳钢铁集团公司制氧厂1#23500机组循环水冷却塔采用两台GFNL-1750×2组合，系逆流式机力抽风冷却塔，塔体为钢筋骨架玻璃钢结构。塔顶配备2台风机，风机主要由电动机、联轴器、传动轴、减速器、轮毂、叶片、塔外油标等部件组成。其中减速器为二级齿轮传动，减速器安装底座为钢架结构，风机轮毂材质为碳钢结构，叶片为采用铝合金材质的薄板型结构，通过带有法兰的碳钢管用螺栓与轮毂联接在一起，轮毂和减速器之间采用锥轴联接，安装、拆卸方便，叶轮由6片角度可调的叶片组成，可以适应不同的风量要求；联轴器采用双排链链条联轴器，链条外面装有铝合金外罩，内部装润滑脂，传动轴为单根轴传动，在传动轴两端装有万向轴承，允许两轴有较大的安装偏差，适用于高温、高湿条件下，而且传动过程中振动小、运转平稳，减少了对钢结构塔体稳定性的影响。循环热水从水泵输送至配水系统，通过三溅式喷嘴，喷溅成小水滴后均匀分布在淋水填料上，小颗粒状和雾状的热水在淋水填料中与进入塔内的冷空气进行逆向接触，风机由电动机驱动，通过减速器带动风机旋转，在风筒中产生空气抽力，使空气从冷却塔两侧的进风口进入塔内，经过淋水填料、配水系统、收水器，从高的风筒向高空排出，从而通过蒸发、传导、辐射来散热，达到了降低水温的效果。风机作为该套机组循环水系统的主要冷却设备，其运行状况的好坏，直接影响到该机组生产设备稳定运行。冷却塔风机结构图如图1所示。
图1 冷却塔风机结构
1. 风筒 2.叶片 3.减速器底座 4.轮毂 5.减速器 6、8. 链式联轴器 7.传动轴 9.电动机 10.电动机底座 11.冷却塔顶部
1. 玻璃钢冷却塔设计参数
型号：GFNL-1750×2；
冷却水量：1750m3/h； 进塔水温：42℃；
出塔水温：32℃；
湿球温度：28℃；
干球温度：31.5℃；
温差：10℃；
大气压力：1.0×105 Pa；
风量：1.35×106m3/h；
叶轮直径：F6000mm ；
叶轮安装角度：8°～15°。
2. 风机减速器电动机设计参数 型号：BLJ--W6；
功率：75kW ；
输出转速：165r/min；
速比：6.8；
重量：600kg 。
3. 电动机设计参数
型号：Y315S-6；
功率：75kW ；
电压：380V ；
电流：139.6A ；
转速：989r/min。
二、故障情况 2013年7月24日00:20分左右，水泵操作人员在值班室听到从冷却塔处传来两声巨响，马上到就地查看，发现控制柜上显示2#风机电流（50A ）比平时低 (正常运行时电流为58A 左右) ，怀疑2#风机出了问题，马上到冷却塔顶部检查，发现2#风机已经停运，但电动机仍然在转动，操作人员立即到控制柜旁停运2#风机，并通知配电室切断电动机电源。检修人员赶到现场后对故障现场进行仔细检查，发现风机的一个叶片从近根部断裂，落在2#风机北侧25m 外的地上，断裂处的横断面薄厚不均匀，腐蚀程度不一样，其它5个叶片不同程度的发生弯曲并严重变形，传动轴与电动机及风机联轴器铝合金外罩碎裂，联接联轴器的链条断裂脱落，减速器加油管从近减速器根部断裂，减速器中的油全部流入大水池中，在风筒四周布满划痕，部分地方被划穿。如下图2所示。
图2 事故现场
三、故障原因分析
该风机从2004年投产运行到现在，已经将近9年时间，在运行过程中每隔半年左右，就要停机检查联轴器的润滑及链条的磨损情况，视磨损情况更换链条及润滑脂，半年前曾停机检查过该风机运行情况，虽然有腐蚀，但各重要部件均运行良好，而且最近点检也未发现异常振动和噪音，转动比较平稳。由于碳钢在潮湿的环境中腐蚀比较快，而且循环水中加有处理剂，在风机运行的过程中，处理剂随水汽被带到叶片的联接管上，加剧了联接管的腐蚀速度。通过观察故障叶片连接管的横断面发现，腐蚀程度不均匀，薄的地方只有不到2mm ，强度大大降低，在风机运行过程中叶片受到强大离心力作用，腐蚀较严重的位置承受不住离心力的作用而首先被撕裂，随着风机的运转，裂口逐渐扩大，造成叶片端部与风筒接触而产生碰撞，在碰撞过程中加快了裂口的断裂速度，叶片端部下坠，碰到传动轴，在巨大撞击力的作用下，再次飞起来打到其他五个叶片上，使其他五个叶片产生不同程度变形，同时在离心力及惯性作用下飞出，此时风机仍然在运转，在这种情况下，轮毂的平衡受到严重破坏，减速器振动急剧增大，底座振动加大，最终导致减速器联轴器联接链条损坏，传动轴与减速器脱开，减速器停运，而此时电动机仍然在运转，由于负荷减小导致电流下降。
四、故障处理
1. 第一次处理：整体更换风机 由于风机减速器和电动机上的联轴节、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。备用风机外形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、重量轻、耐腐蚀等优点。于是一边拆卸损坏的风机，一边按照安装技术要求组装好新风机，并按照风机出厂时的记号调整好风叶角度，倾斜角度在8°左右。在将旧风机吊下后，发现减速器底座锈蚀比较严重，两块垫铁厚薄不均匀，已经不能再用，又重新加工了两块垫铁。将垫铁放到底座上检查水平度，发现底座东南侧较低，再次加工垫铁找平，将风机整体吊到底座上，然后找正电动机和减速器，在全部安装工作完成后加上润滑油开车试车。
试车情况:启动后发现风机转速非常慢，因为电动机还是原来的电动机，根据电动机转速和减速器变速比（变速比为8.9）计算出风机的转速为111r/min,而设计转速为165 r/min，大概慢1/3，而且运行电流为50A ，也比更换前正常运行时小 (更换前为58A 左右) ，循环水出塔温度为33.7℃，高于停车前的31℃，而循环水设计的出塔温度为32℃，这样的转速的产生的风量根本不能满足生产的需要。
经过并查看风机说明书，得知该风机应配备四级电动机，电动机转速为1 470r/min，根据速比计算, 正好符合减速器设计转速165 r/min，现在使用的电动机是六级电动机，电动机转速为989 r/min。
针对这种情况分析有三种处理方法可能能够解决问题：一种是更换电动机，另一种是更换减速器，第三种是调整叶片的角度，加大倾斜角，以达到增大风量的目地。根据实际情况，如果更换电动机，电动机底座部分需要重新加工，需要时间较长，更换减速器最能彻底解决问题，但是相当于一次重新安装，需要时间会更长，而调整叶片角度比较方便，而且用时较短，不会给生产造成太大的影响，决定调整叶片角度。
2. 第二次处理：调整风叶角度
将风机停下来，把叶片倾斜角度调整到15℃，在将叶片角度调整完成后再次启动试车，启动后风机运行电流为61A ，风机电动机底座垂直振动2.3mm/s,电动机水平2.4 mm/s，垂直1.7 mm/s，运行稳定后，循环水出塔温度为33.0℃, 依然没有达到设计的温度。
3. 第三次处理：更换经过修复的减速器
为彻底解决问题，决定更换一台原来已经修复好的旧减速器，又将新的风机整体吊下来，将轮毂连同风叶一起拆卸下来，由于这台减速器转速较快，又将风叶角度调整到12°，装到修复好的减速器上，再将风机整体装到风机底座上，找正电动机和减速器，回装后启动试车，风机运行3h 后，循环水出塔温度为31.5℃，达到设计要求，能够满足生产需要，但此时各个测振点的振动值均比较高，再次进行了处理。
4. 第四次处理：处理振动高问题
根据分析，引起振动高的可能原因主要有以下几个方面： 1）风机减速器与电动机对中精度低、误差大。2）风机叶片安装角度不一致。
3）传动轴弯曲或不平衡。
4）风机或电动机地脚螺栓松动。
5）风机基础刚性不足。
6）风机叶片上面有杂物或磨损不均匀。
7）减速器轴承或齿轮磨损。
根据可能的原因，逐一分析排查，并重点对减速器与电动机对中情况进行检查 ，经过处理后再次启动，各项振动值均降了下来。每次处理后各项运行参数如下表所示。
故障处理前后各项运行参数表
五、结语
通过这次故障处理，采取相应预防措施，减少故障发生。
1）加强设备点检，及时掌握风机的运行状况，合理安排维护周期；
2）备件更换时首先要查看技术资料，避免走弯路；
3）处理故障时尽可能查找引起故障的可能原因，做到全面排查；
4）严格按照操作规程进行操作。
参考文献
[1] 丁玉兰，等．机械设备故障诊断技术[M]．上海：上海科技文献出版社，1994. [2] 李强. 冷却塔通风机冬季运行对变速齿轮的影响及预防措施[J]．风机技术，2005
（2）.
[3] 续魁昌. 风机手册[M].北京：机械工业出版社， 2001.
冷却塔风机故障分析与处理
摘要：简要阐述了循环水冷却塔和风机的结构、设计参数，介绍了故障情况，对产生故障的原因进行了分析，着中介绍了故障处理过程，并提出了建议。
【关键词】冷却塔风机 故障 分析 处理过程
一、前言
河南安阳钢铁集团公司制氧厂1#23500机组循环水冷却塔采用两台GFNL-1750×2组合，系逆流式机力抽风冷却塔，塔体为钢筋骨架玻璃钢结构。塔顶配备2台风机，风机主要由电动机、联轴器、传动轴、减速器、轮毂、叶片、塔外油标等部件组成。其中减速器为二级齿轮传动，减速器安装底座为钢架结构，风机轮毂材质为碳钢结构，叶片为采用铝合金材质的薄板型结构，通过带有法兰的碳钢管用螺栓与轮毂联接在一起，轮毂和减速器之间采用锥轴联接，安装、拆卸方便，叶轮由6片角度可调的叶片组成，可以适应不同的风量要求；联轴器采用双排链链条联轴器，链条外面装有铝合金外罩，内部装润滑脂，传动轴为单根轴传动，在传动轴两端装有万向轴承，允许两轴有较大的安装偏差，适用于高温、高湿条件下，而且传动过程中振动小、运转平稳，减少了对钢结构塔体稳定性的影响。循环热水从水泵输送至配水系统，通过三溅式喷嘴，喷溅成小水滴后均匀分布在淋水填料上，小颗粒状和雾状的热水在淋水填料中与进入塔内的冷空气进行逆向接触，风机由电动机驱动，通过减速器带动风机旋转，在风筒中产生空气抽力，使空气从冷却塔两侧的进风口进入塔内，经过淋水填料、配水系统、收水器，从高的风筒向高空排出，从而通过蒸发、传导、辐射来散热，达到了降低水温的效果。风机作为该套机组循环水系统的主要冷却设备，其运行状况的好坏，直接影响到该机组生产设备稳定运行。冷却塔风机结构图如图1所示。
图1 冷却塔风机结构
1. 风筒 2.叶片 3.减速器底座 4.轮毂 5.减速器 6、8. 链式联轴器 7.传动轴 9.电动机 10.电动机底座 11.冷却塔顶部
1. 玻璃钢冷却塔设计参数
型号：GFNL-1750×2；
冷却水量：1750m3/h； 进塔水温：42℃；
出塔水温：32℃；
湿球温度：28℃；
干球温度：31.5℃；
温差：10℃；
大气压力：1.0×105 Pa；
风量：1.35×106m3/h；
叶轮直径：F6000mm ；
叶轮安装角度：8°～15°。
2. 风机减速器电动机设计参数 型号：BLJ--W6；
功率：75kW ；
输出转速：165r/min；
速比：6.8；
重量：600kg 。
3. 电动机设计参数
型号：Y315S-6；
功率：75kW ；
电压：380V ；
电流：139.6A ；
转速：989r/min。
二、故障情况 2013年7月24日00:20分左右，水泵操作人员在值班室听到从冷却塔处传来两声巨响，马上到就地查看，发现控制柜上显示2#风机电流（50A ）比平时低 (正常运行时电流为58A 左右) ，怀疑2#风机出了问题，马上到冷却塔顶部检查，发现2#风机已经停运，但电动机仍然在转动，操作人员立即到控制柜旁停运2#风机，并通知配电室切断电动机电源。检修人员赶到现场后对故障现场进行仔细检查，发现风机的一个叶片从近根部断裂，落在2#风机北侧25m 外的地上，断裂处的横断面薄厚不均匀，腐蚀程度不一样，其它5个叶片不同程度的发生弯曲并严重变形，传动轴与电动机及风机联轴器铝合金外罩碎裂，联接联轴器的链条断裂脱落，减速器加油管从近减速器根部断裂，减速器中的油全部流入大水池中，在风筒四周布满划痕，部分地方被划穿。如下图2所示。
图2 事故现场
三、故障原因分析
该风机从2004年投产运行到现在，已经将近9年时间，在运行过程中每隔半年左右，就要停机检查联轴器的润滑及链条的磨损情况，视磨损情况更换链条及润滑脂，半年前曾停机检查过该风机运行情况，虽然有腐蚀，但各重要部件均运行良好，而且最近点检也未发现异常振动和噪音，转动比较平稳。由于碳钢在潮湿的环境中腐蚀比较快，而且循环水中加有处理剂，在风机运行的过程中，处理剂随水汽被带到叶片的联接管上，加剧了联接管的腐蚀速度。通过观察故障叶片连接管的横断面发现，腐蚀程度不均匀，薄的地方只有不到2mm ，强度大大降低，在风机运行过程中叶片受到强大离心力作用，腐蚀较严重的位置承受不住离心力的作用而首先被撕裂，随着风机的运转，裂口逐渐扩大，造成叶片端部与风筒接触而产生碰撞，在碰撞过程中加快了裂口的断裂速度，叶片端部下坠，碰到传动轴，在巨大撞击力的作用下，再次飞起来打到其他五个叶片上，使其他五个叶片产生不同程度变形，同时在离心力及惯性作用下飞出，此时风机仍然在运转，在这种情况下，轮毂的平衡受到严重破坏，减速器振动急剧增大，底座振动加大，最终导致减速器联轴器联接链条损坏，传动轴与减速器脱开，减速器停运，而此时电动机仍然在运转，由于负荷减小导致电流下降。
四、故障处理
1. 第一次处理：整体更换风机 由于风机减速器和电动机上的联轴节、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。备用风机外形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、重量轻、耐腐蚀等优点。于是一边拆卸损坏的风机，一边按照安装技术要求组装好新风机，并按照风机出厂时的记号调整好风叶角度，倾斜角度在8°左右。在将旧风机吊下后，发现减速器底座锈蚀比较严重，两块垫铁厚薄不均匀，已经不能再用，又重新加工了两块垫铁。将垫铁放到底座上检查水平度，发现底座东南侧较低，再次加工垫铁找平，将风机整体吊到底座上，然后找正电动机和减速器，在全部安装工作完成后加上润滑油开车试车。
试车情况:启动后发现风机转速非常慢，因为电动机还是原来的电动机，根据电动机转速和减速器变速比（变速比为8.9）计算出风机的转速为111r/min,而设计转速为165 r/min，大概慢1/3，而且运行电流为50A ，也比更换前正常运行时小 (更换前为58A 左右) ，循环水出塔温度为33.7℃，高于停车前的31℃，而循环水设计的出塔温度为32℃，这样的转速的产生的风量根本不能满足生产的需要。
经过并查看风机说明书，得知该风机应配备四级电动机，电动机转速为1 470r/min，根据速比计算, 正好符合减速器设计转速165 r/min，现在使用的电动机是六级电动机，电动机转速为989 r/min。
针对这种情况分析有三种处理方法可能能够解决问题：一种是更换电动机，另一种是更换减速器，第三种是调整叶片的角度，加大倾斜角，以达到增大风量的目地。根据实际情况，如果更换电动机，电动机底座部分需要重新加工，需要时间较长，更换减速器最能彻底解决问题，但是相当于一次重新安装，需要时间会更长，而调整叶片角度比较方便，而且用时较短，不会给生产造成太大的影响，决定调整叶片角度。
2. 第二次处理：调整风叶角度
将风机停下来，把叶片倾斜角度调整到15℃，在将叶片角度调整完成后再次启动试车，启动后风机运行电流为61A ，风机电动机底座垂直振动2.3mm/s,电动机水平2.4 mm/s，垂直1.7 mm/s，运行稳定后，循环水出塔温度为33.0℃, 依然没有达到设计的温度。
3. 第三次处理：更换经过修复的减速器
为彻底解决问题，决定更换一台原来已经修复好的旧减速器，又将新的风机整体吊下来，将轮毂连同风叶一起拆卸下来，由于这台减速器转速较快，又将风叶角度调整到12°，装到修复好的减速器上，再将风机整体装到风机底座上，找正电动机和减速器，回装后启动试车，风机运行3h 后，循环水出塔温度为31.5℃，达到设计要求，能够满足生产需要，但此时各个测振点的振动值均比较高，再次进行了处理。
4. 第四次处理：处理振动高问题
根据分析，引起振动高的可能原因主要有以下几个方面： 1）风机减速器与电动机对中精度低、误差大。2）风机叶片安装角度不一致。
3）传动轴弯曲或不平衡。
4）风机或电动机地脚螺栓松动。
5）风机基础刚性不足。
6）风机叶片上面有杂物或磨损不均匀。
7）减速器轴承或齿轮磨损。
根据可能的原因，逐一分析排查，并重点对减速器与电动机对中情况进行检查 ，经过处理后再次启动，各项振动值均降了下来。每次处理后各项运行参数如下表所示。
故障处理前后各项运行参数表
五、结语
通过这次故障处理，采取相应预防措施，减少故障发生。
1）加强设备点检，及时掌握风机的运行状况，合理安排维护周期；
2）备件更换时首先要查看技术资料，避免走弯路；
3）处理故障时尽可能查找引起故障的可能原因，做到全面排查；
4）严格按照操作规程进行操作。
参考文献
[1] 丁玉兰，等．机械设备故障诊断技术[M]．上海：上海科技文献出版社，1994. [2] 李强. 冷却塔通风机冬季运行对变速齿轮的影响及预防措施[J]．风机技术，2005
（2）.
[3] 续魁昌. 风机手册[M].北京：机械工业出版社， 2001.