对环式碎煤机增加减振平台的探讨

第３５卷第３期２０１４年９月电站辅机ＰｏｗｅｒＳｔａｔｉｏｎＡｕｘｉｌｉａｒｙＥｑｕｉｐｍｅｎｔＶｏｌ．３５Ｎｏ．３Ｓｅｐ．２０１４文章编号：１６７２－０２１０（２０１４）０３－００２９－０３对环式碎煤机增加减振平台的探讨侯可中，刘宏伟（三河发电有限责任公司，河北三河０６５２０１）摘要：剖析了环式碎煤机轴承振动超标的原因，对是否需要减振平台进行了论述。针对环式碎煤机运行情况，对破碎物料的内力和外力进行了分析，并提出了防止环式碎煤机振动值超标的有效方法。为减少环式碎煤机的振动，应采用具有一定质量和强度的钢筋混凝土作为机座基础。关键词：环式碎煤机；减振；受力；平台；钢筋混凝土；基础；振动；分析中图分类号：ＴＫ２２３．２５文献标识码：ＢＤｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎＩｎｓｔａｌｌｉｎｇＶｉｂｒａｔｉｏｎＩｓｏｌａｔｉｏｎＰｌａｔｆｏｒｍｏｎＲｉｎｇＨａｍｍｅｒＣｒｕｓｈｅｒＨＯＵＫｅ－ｚｈｏｎｇ，ＬＩＵＨｏｎｇ－ｗｅｉ（ＳａｎｈｅＰｏｗｅｒＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＣｏ．，Ｌｔｄ，Ｓａｎｈｅ，Ｈｅｂｅｉ０６５２０１）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｅａｎａｌｙｚｅｔｈｅｒｅａｓｏｎｗｈｙｖｉｂｒａｔｉｏｎｅｘｃｅｅｄｓｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄａｎｄｉｆｗｅｓｈａｌｌｉｎｓｔａｌｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｉｏｎｐｌａｔｆｏｒｍ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｒｉｎｇｈａｍｍｅｒｃｒｕｓｈｅｒ，ｗｅａｎａｌｙｚｅｔｈｅｉｎｎｅｒｆｏｒｃｅａｎｄｏｕｔｅｒｆｏｒｃｅａｎｄｐｒｏｖｉｄｅａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｓｏｌｕｔｉｏｎｔｏｐｒｅｖｅｎｔｖｉｂｒａｔｉｏｎｅｘｃｅｅｄｉｎｇｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｏｆｒｉｎｇｈａｍｍｅｒｃｒｕｓｈｅｒ，ｓｔｅｅｌｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｗｉｔｈｃｅｒｔａｉｎｍａｓｓａｎｄｉｎｔｅｎｓｉｔｙｓｈａｌｌｂｅｃｈｏｓｅｎａｓｔｈｅｕｎｉｔｂａｓｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｉｎｇｈａｍｍｅｒｃｒｕｓｈｅｒ；ｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｉｏｎ；ｓｔｒｅｓｓ；ｐｌａｔｆｏｒｍ；ｒｉｎｇｈａｍｍｅｒｃｒｕｓｈｅｒ；ｂａｓｅ；ｖｉｂｒａｔｉｏｎ；ａｎａｌｙｚｅ０概述环式碎煤机是火力发电厂输煤系统中专门用于破碎煤块的设备。环式碎煤机可高效经济地将原煤破碎到规定的粒度，同其它类型碎煤机相比，具有噪声低、粉尘小、功耗比低等优点。环式碎煤机适用于破碎烟煤、无烟煤、褐煤及冻煤等，被碎物料的抗压强度一般不大于１２ＭＰａ、表面水分小于１５％，也可供煤炭、建材、化工、轻工、纺织等部门用于破碎中等硬度的脆性物料（如焦炭、炉渣、石灰石等）。碎煤机传动采用交流电动机与限矩型液力偶合器直接连接，传动简单，运行可靠。可使电机功率减少２０％左右，降低了能耗，降低电机启动对电网的冲击，隔离机械冲击、振动，能有效的保护碎煤机和电机。碎煤机结构一般由机壳、机盖、转子部件、筛板架组件、调节机构、液压系统、衬板组件等部分组成。碎煤机是输煤系统的关键设备，其损坏的原因是主机异常振动和轴承异常升温。在常规情况下，碎煤机的主要振源为转子不平衡、环锤损坏、轴承损坏、减振平台减振效果不佳等，但在特殊情况下，即当碎煤机、液力耦合器和电机无缺陷、无异常的情况下，导致振动增大的主要原因是减振平台减振失效所引起。据此情况，现从几个方面分析碎煤机轴承振动超标的原因，并对碎煤机破碎物料的受力进行分析。判断是否需要增加弹簧阻尼减振平台，提出了防止碎煤机振动超标的有效方法。收稿日期：２０１４－０７－０１作者简介：侯可中（１９５８－），男，教授级高级工程师，毕业于东北电力学院，从事燃料除灰方面的科技管理工作。２９电站辅机总第１３０期（２０１４Ｎｏ．３）１轴承振动超标的原因分析某机组２台环式碎煤机基础采用了弹簧加阻尼器组成的减振隔振平台，如图１所示。隔振设计机理是将碎煤机的振动进行减振隔振，设置弹簧和阻尼装置以减轻和防止基础设施受到损伤，但通过实际运行发现，弹簧和阻尼装置能起到部分减振作用，而对其上部承托的机械设备却不能抑制和减少振动，相反，却由于弹簧本身的弹性振颤而使碎煤机和电机振动被放大。为验证振动状况，已做过这方面的试验，将碎煤机与电机之间的液力耦合器拆开，单独试转电机，其轴承双振幅振动值仅为０．０１ｍｍ，将电机与碎煤机通过液力耦合器连接在一起，进行空载和重载试验，其轴承双振幅振动值却达到０．０７～０．１５ｍｍ，振动值被放大７～１５倍。碎煤机转子在动平衡试验机上振动值为０．０３ｍｍ，安装在具有减振平台的碎煤机上进行空载和重载试验，其轴承双振幅振动值却达到０．０９～０．２１ｍｍ，振动值被放大３～７倍。应用减振平台后，不但碎煤机和电机轴承的垂直振幅被放大，水平双振幅也被放大，振动值也非常不稳定，究其原因是弹簧的本身阻尼极小（只有０．００５），以至于振动时传递率非常大。螺旋弹簧即使承受较小的轴向压缩载荷作用，也容易发生失稳现象，从而产生摇摆的水平振动。由于每台碎煤机基础减振平台安装１６个弹簧阻尼隔振装置，每个弹簧装置的刚度不可能完全一致，即使有阻尼装置的辅助作用，也会导致运行中振动值发生较大的偏差，产生的重心偏差，如图２所示。由于碎煤机重心和基础减振平台的重心出现偏差，使各个弹簧所承受的压力也不均衡，导致碎煤机振动加剧。同时，由于图１采用弹簧加阻尼减振隔振装置图２碎煤机重心和减振平台重心偏差减振平台的干扰，使得原由机械设备、轴承、转子损坏等导致的轴承振幅增加也容易被误判，延误了事故处理的最佳时间。２是否需要弹簧阻尼减振平台增加碎煤机减振平台的主要目的，主要是为了减小碎煤机的振动，提高系统设备和基础的使用寿命，但是，如上所述，减振平台在保护基础的同时，对设备的轴承振动没有起到减振的效果，相反，却使环式碎煤机轴承振动值增加好几倍。这里就出现一个问题，为何要设计减振平台，是基础重要还是设备重要，如果以损伤设备、忽视设备安全为代价，设计制造减振平台是毫无意义的，它所导致振动值的增加将加剧机械设备轴承的损坏程度，缩短机械设备轴承的使用寿命，大大增加检修运行维护工作量，增加成本投资。所以，环式碎煤机基础不应该采用弹簧阻尼减振平台。３环式碎煤机破碎物料的受力分析碎煤机械的破碎都是用外力施于被破碎的物料上，克服物料颗粒之间的内聚力使物料产生破碎。物料的内聚力有两种：一种内聚力作用于晶体内部的晶体各质点之间；另一内聚力作用于晶体与晶体之间，即作用在晶界面上。两种内聚力的物理性质相同，区别在于内聚力大小不同，前者比后者大很多倍。内聚力的大小，取决于物料块中晶体本身的性质和结构，也与晶体结构中所具有的错位和微裂纹等缺陷有很大关系。如果选择晶体物料的缺陷处破３０对环式碎煤机增加减振平台的探讨电站辅机总第１３０期（２０１４Ｎｏ．３）碎，不仅能省功耗而且又能达到要求的粒度，减少过度的粉碎。这样破碎的目的被称为“选择性破碎”。实现选择性破碎的技术方法是，被破碎的物料应在体积料层中承受全方位的挤压，同时在晶体或微晶边缘引发应力，料块应承受组合负荷，包括剪切、弯曲和扭转，最好还兼有拉伸。在破碎机内，物料在破碎腔中承受全方位挤压；料块彼此多次冲击或被冲击到衬板上，料块群的快速转移；控制料层有一定密实度，并使物料从破碎腔入口到出口过程中，其被施加的破碎力是逐渐增加的。对环锤作用在煤块上的最大作用力进行计算。该机组翻车机的振动斜蓖尺寸为３７０ｍｍ×３７０ｍｍ，煤的比重暂按１考虑，那么进入碎煤机最大煤块的质量约为６４ｋｇ，如图３所示。ＫＲＣ环式碎煤机的环锤作用在煤块上的作用力用Ｆ１表示，煤块作用在环锤上的作用力用Ｆ２表示。根据作用力与反作用力相等的原理，Ｆ１＝Ｆ２＝Ｆ。已知ＫＲＣ１２×２６型环式碎煤机转子直径是１．２ｍ，环锤的线速度为４７．１ｍ／ｓ，环锤与煤块之间的作用时间是０．０２ｓ，根据图３分析，煤块在圆周方向的切向速度应该为零，即环锤与煤块撞击前，煤块初速度为零，而撞击之后，被撞碎煤块的速度至少等于环锤速度，即煤块末速度４７．１ｍ／ｓ，根据冲击原理：Ｆｔ＝ｍｖ２－ｍｖ１，得到Ｆ＝６４×４７．１÷０．０２＝１５０７２Ｎ，即煤块作用在环锤上的最大反作用力，或者环锤作用在煤块上的最大作用力应该达到１５０７２Ｎ。这种大煤块只是偶尔出现，绝大部分原煤都是细小煤块或煤粒，其作用在环锤上的力较小。同时由于这种作用力是作用在环式碎煤机的内部，均匀分布在转子圆周的４排图３ＫＲＣ环式碎煤机断面结构３４个环锤几乎同时在破碎煤块，它们相互作用力中的很大一部分通过转轴而相互抵消，属于相互作用的内力，其对外所显露出来的振动程度并不显著。这就表明，环式碎煤机实际运行期间对基础振动损坏是很小的，根本不需要减振平台。４防止振动值超标的有效方法为了有效防止环式碎煤机轴承振动超标，最有效的方法是根据某碎煤机制造厂的推荐意见，结合设备运行经验，环式碎煤机基础应采用具有一定质量和强度的、独岛运行方式的钢筋混凝土基础。采用这种基础的优点是：（１）沉重而刚性好的钢筋混凝土基础可增加承载机器的有效重量。（２）由于稳定性好，刚性强，不会放大或极少地放大轴承振动值，而是较真实地反应实际振动值。（３）提高阻抗，使机器安装牢固。（４）减少振动，减少机器不平衡力的作用。（５）降低重心，增加稳定性。（６）降低固有频率。（７）有效延长机械设备轴承的使用寿命，降低检修运行维护费用。５结语多年以来，环式碎煤机基础常采用减振平台，利用减振平台保护设备基础，减少碎煤机楼的缓慢损坏，但实际应用效果不理想，碎煤机轴承的实际振动值比设计值增大好几倍。例如某电厂输煤运行规程中规定，环式碎煤机轴承座的振动值应不大于０．１５ｍｍ，但根据电力行业ＫＲＣ系列环锤式碎煤机标准（ＤＬ／Ｔ５１２－９３）中的规定，碎煤机主轴轴承座空载最大振幅值不大于０．０３ｍｍ，如果碎煤机基础采用钢筋混凝土基础，那么这种基础不会放大振动值或很少放大振动值。环式碎煤机空载最大振幅值也不会超过０．０５ｍｍ。如果采用减振平台，环式碎煤机空载最大振幅值将是电力行业标准值的好几倍，其结果是显著缩短设备使用寿命，浪费大量的检修维护费用。所以，认为环式碎煤机本身的实际振动值比较小，对设备基础的破坏作用不显著，不需要增加减振平台，而应采用具有一定质量和强度的钢筋混凝土基础，以减少振动，减少维护工作量，延长环式碎煤机的使用寿命。参考文献：［１］ＤＬ／Ｔ５１２－１９９３．ＫＲＣ系列环锤式碎煤机［Ｓ］．３１