鍋爐風(fēng)機(jī)振動(dòng)故障分析及處理

王 剛 趙彥海

大慶煉化公司動(dòng)力裝置共有鍋爐風(fēng)機(jī)12臺(tái)，是鍋爐蒸汽生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。6#爐風(fēng)機(jī)自2009年8月啟機(jī)后，因振動(dòng)超標(biāo)等問題多次進(jìn)行設(shè)備監(jiān)測(cè)及檢修，具體表現(xiàn)為風(fēng)機(jī)軸承座軸向振動(dòng)較大，威脅著機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。經(jīng)綜合分析及檢修驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)主要為風(fēng)機(jī)更換軸承座過程中檢修質(zhì)量不過關(guān)，致使葉輪裝配不當(dāng)，并造成軸向振動(dòng)異常及相應(yīng)故障，監(jiān)測(cè)人員在作出準(zhǔn)確診斷同時(shí)，及時(shí)指導(dǎo)進(jìn)行應(yīng)急檢修，保證了機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。

一、機(jī)組振動(dòng)異?，F(xiàn)象及分析

6#爐風(fēng)機(jī)為單吸式（后傾平板葉片12片）、懸臂支撐、柱銷聯(lián)軸器傳動(dòng)，額定轉(zhuǎn)速1480r/min（可變頻調(diào)速電機(jī)），水冷式整體軸承座。機(jī)組構(gòu)成及測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。

2009年8月初，6#風(fēng)機(jī)檢修，更換風(fēng)機(jī) 3#、4#兩處懸臂支撐軸承（測(cè)點(diǎn) 3、測(cè)點(diǎn) 4）。8月23日，當(dāng)班巡檢風(fēng)機(jī)時(shí)，發(fā)現(xiàn)機(jī)組突然出現(xiàn)明顯異常的聲音。監(jiān)測(cè)中心采用Bentley snapshot測(cè)振系統(tǒng)對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)復(fù)測(cè)，從表1測(cè)量的振動(dòng)值看出，測(cè)點(diǎn)3、測(cè)點(diǎn)4的軸向振動(dòng)較高，測(cè)點(diǎn)4的軸向振動(dòng)最大達(dá)10.95mm/s（明顯超出ISO 10816/3標(biāo)準(zhǔn)），并且軸向振幅不斷變化，瞬間變化在2mm/s左右。

表1 8月23日風(fēng)機(jī)振動(dòng)值 mm/s

因當(dāng)天未針對(duì)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷與振動(dòng)能量的變化進(jìn)行試驗(yàn)，監(jiān)測(cè)人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為造成懸臂支撐風(fēng)機(jī)軸向振動(dòng)突然增大的原因有以下幾種：①聯(lián)軸器不對(duì)中；②葉輪異常，存在不平衡等因素；③軸承松動(dòng)，存在不對(duì)中或安裝間隙不當(dāng)；④軸彎曲，存在變形。

由于聯(lián)軸器不對(duì)中通常會(huì)激起聯(lián)軸器兩側(cè)較為突出的2×轉(zhuǎn)頻，而測(cè)點(diǎn)3的頻譜中（圖2、圖3）2×轉(zhuǎn)頻能量均不明顯，徑向振動(dòng)以豐富小幅值轉(zhuǎn)頻的倍頻為主，軸向振動(dòng)則4×頻為主，首先排除聯(lián)軸器不對(duì)中。測(cè)點(diǎn)4水平振動(dòng)（圖4）以轉(zhuǎn)頻為主，軸向振動(dòng)（圖5）以3倍頻為主，雖然與轉(zhuǎn)子不平衡和軸彎曲類型故障軸向和徑向一般以較大的1×、2×轉(zhuǎn)頻振動(dòng)為主的特點(diǎn)不太一致，但各點(diǎn)頻譜中1×轉(zhuǎn)頻的振動(dòng)峰值均達(dá)到4mm/s，因此不能完全排除該因素的影響。除測(cè)點(diǎn)4水平振動(dòng)外，其他頻譜結(jié)構(gòu)與軸承松動(dòng)特征較為相似，振動(dòng)均以1×～4×頻為主，存在較高的噪聲底線。而軸承松動(dòng)故障，能夠造成軸承對(duì)中不良，使軸承產(chǎn)生軸向振動(dòng)。

鑒于檢修前該風(fēng)機(jī)就出現(xiàn)過軸承座磨損、變形，因此監(jiān)測(cè)人員傾向于風(fēng)機(jī)存在軸承松動(dòng)、安裝間隙不當(dāng)故障，建議檢查風(fēng)機(jī)葉輪和轉(zhuǎn)子及軸承安裝情況。

8月26日，檢修人員對(duì)風(fēng)機(jī)解體檢查結(jié)果如下：①基礎(chǔ)和地腳螺栓等緊固，未見異常；②聯(lián)軸器對(duì)中，符合技術(shù)要求；③3#軸承座密封存在磨損，軸承外觀無明顯異常；④葉輪無異物，風(fēng)機(jī)入口調(diào)節(jié)擋板底部斷裂1片（共13片）、脫槽1片；⑤軸頭跳動(dòng)誤差16μm（超過規(guī)定值14μm），軸存在彎曲。

檢查結(jié)果證實(shí)了監(jiān)測(cè)人員對(duì)軸彎曲的懷疑，風(fēng)機(jī)入口調(diào)節(jié)擋板的破損也能夠使入口氣流作用在葉輪的力不均勻，形成一個(gè)不平衡力矩，作用到懸臂支撐的轉(zhuǎn)子上，產(chǎn)生明顯的軸向振動(dòng)。但對(duì)于之前主要懷疑的軸承松動(dòng)問題，判斷可能是轉(zhuǎn)子彎曲造成其與軸承座密封的磨損，因此軸承殼振存在大量的高次諧波。

根據(jù)該檢查情況，將軸外委校正，并對(duì)風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)擋板進(jìn)行修復(fù)。9月4日現(xiàn)場(chǎng)安裝找正后試運(yùn)，監(jiān)測(cè)中心使用法國(guó)01DB APT1105進(jìn)行設(shè)備驗(yàn)收，發(fā)現(xiàn)測(cè)點(diǎn)4軸向振動(dòng)更加嚴(yán)重為22.5mm/s，測(cè)點(diǎn)3軸向振動(dòng)也達(dá)到21.4mm/s（表2），振動(dòng)嚴(yán)重超標(biāo)。振動(dòng)頻譜（圖6～圖9），以大量豐富的高幅值倍頻為主，異常頻率、基礎(chǔ)振動(dòng)則不明顯。

基于軸承各點(diǎn)振值受負(fù)荷變化影響不大以及對(duì)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡、軸承安裝等檢修數(shù)據(jù)的分析，監(jiān)測(cè)人員排除了流道進(jìn)氣不均、葉輪不平衡、軸承松動(dòng)以及軸彎曲等因素，將軸上零件松動(dòng)列為排查重點(diǎn)，并最終確定對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的零部件安裝情況進(jìn)行檢查。

表2 9月4日風(fēng)機(jī)振動(dòng)值 mm/s

9月6日，風(fēng)機(jī)再次解體檢查，發(fā)現(xiàn)在8月份檢修中，3#軸承軸承座被更換。與原軸承座比較，軸承座位置向電機(jī)側(cè)移動(dòng)了約10～15mm，葉輪安裝后，葉輪背部與風(fēng)機(jī)蝸殼容易發(fā)生摩擦，所以檢修人員在風(fēng)機(jī)軸前端安裝上了10～12mm的調(diào)整墊片。正是由于風(fēng)機(jī)葉輪內(nèi)孔與軸頸定位配合尺寸發(fā)生變化，造成葉輪與軸配合松動(dòng)。這種軸上零部件配合松動(dòng)，能夠引起轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)的破壞。風(fēng)機(jī)入口調(diào)節(jié)擋板破損導(dǎo)致的氣動(dòng)不平衡、葉輪與軸配合松動(dòng)的，共同作用于懸臂風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子上，產(chǎn)生明顯的軸向異常振動(dòng)，這也是3#軸承處密封磨損及轉(zhuǎn)子彎曲等故障產(chǎn)生的原因。

二、處理措施

由于加工新軸的周期較長(zhǎng)，在時(shí)間緊迫的情況下，采取對(duì)風(fēng)機(jī)的軸進(jìn)行車削的措施。

（1）把前端軸承定位臺(tái)階往電機(jī)一側(cè)車削15mm，后軸承定位臺(tái)階則增加15mm的墊片，使兩端軸承保持原有尺寸，這樣可以使風(fēng)機(jī)的軸整體向葉輪一側(cè)移動(dòng)，以保證葉輪與軸頸的配合接觸面。

（2）更換葉輪軸端擋板，原有擋板厚度不夠，所以重新增厚一倍。

（3）轉(zhuǎn)子重新做動(dòng)平衡，轉(zhuǎn)子兩個(gè)平面的不平衡量為326g和266g，經(jīng)過調(diào)整配重后，不平衡量5.49g和5.34g，在允許的不平衡量（20g）規(guī)定值內(nèi)。

檢修后試車，鼓風(fēng)機(jī)振動(dòng)明顯減小，除測(cè)點(diǎn)4軸向振動(dòng)較大為5.12mm/s，其他各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)均在2.3mm/s范圍內(nèi)（ISO 10816/3標(biāo)準(zhǔn)），風(fēng)機(jī)基本恢復(fù)到良好運(yùn)行狀態(tài)，并等待裝置大檢修時(shí)更換轉(zhuǎn)子。

三、結(jié)論

對(duì)風(fēng)機(jī)的監(jiān)測(cè)全過程說明，對(duì)于懸臂支撐結(jié)構(gòu)的風(fēng)機(jī)，軸向振動(dòng)異常除了需要考慮進(jìn)氣流道是否完好、葉輪有無異常、軸是否彎曲，還需要關(guān)注是否存在零部件松動(dòng)（如葉輪、軸承、聯(lián)軸節(jié)等），并根據(jù)不同部位的特點(diǎn)，將松動(dòng)故障區(qū)分開來。

此外，監(jiān)測(cè)人員除了要有扎實(shí)的診斷技能，還需要加強(qiáng)與檢修單位的緊密聯(lián)系，只有在充分了解相關(guān)檢修信息后，才能更好地做出準(zhǔn)確判斷。