鍋爐一次風機軸向振動原因分析及改進措施

錢云山，郭天武，胡政

(1.神頭第二發(fā)電廠，山西 朔州 0360111 2.山西大唐國際霍家發(fā)電廠，山西 長治 046000)

神頭第二發(fā)電廠鍋爐制粉系統(tǒng)#22一次風機型號為1854B/1476，風量143.48 m3/s，介質(zhì)溫度50℃，全壓力19 415 Pa，轉(zhuǎn)速1 480 r/min。結(jié)構(gòu)為單吸離心式風機，主軸被裝在風機外部的2個軸承體雙側(cè)支承，軸承均為雙向滾柱軸承，軸承的軸向固定方式為單支點雙向固定。為提高風機的穩(wěn)定性，將軸承箱底座由原來的柔性支承改為剛性支承，主軸軸向膨脹由支承軸承在軸承箱內(nèi)軸向位移補償。改造后風機的其它參數(shù)都比較理想，但軸向振動一直偏大，造成多次停運檢修。通過進一步查找振動原因，進行技術(shù)改進，風機的振動得以降低，提高了設備可靠性。

1 存在的問題

經(jīng)過對風機運行參數(shù)1年的跟蹤發(fā)現(xiàn)，正常運行時，風機的軸向振動為80～100 μm，接近標準的上限值，每當晝夜溫差超過13℃時，風機軸向振動增大，難以維持運行，特別是春季、秋季晝夜溫差大，入口介質(zhì)溫差相應增大，產(chǎn)生軸承箱軸向周期振動，支承軸承箱振動最大幅值317 μm，止推軸承箱振動最大幅值80 μm。數(shù)次因振動大停運檢修，嚴重威脅機組的安全經(jīng)濟運行。

2 軸向振動的原因分析

2.1 主軸膨脹的影響

風機軸承箱軸向振動受介質(zhì)溫度影響顯著，介質(zhì)入口溫度達到27℃，且日溫差大于13℃時，軸向即產(chǎn)生周期振動〔1〕，如圖1。

圖1 軸承箱振動與介質(zhì)溫度關(guān)系曲線

溫度對振動的影響究其根源還是主軸的膨脹問題。風機主軸兩軸承之間的軸長4089 mm，根據(jù)文獻〔2〕提出的計算方法，軸的熱伸長值l可按下式計算:

式中l(wèi)為熱伸長值 (mm);t為軸周圍介質(zhì)最高溫度 (℃);L為軸承之間的軸長度 (m)。

以日介質(zhì)入口最高溫度27℃，最低溫度14℃計算，熱伸長值分別為3.78 mm，3.14 mm時，膨脹差為0.64 mm。按照正常情況，介質(zhì)溫度變化時，支承軸承外圈在軸承箱內(nèi)的軸向位置相應地發(fā)生變化，以適應主軸的膨脹。但從圖1可以看出，軸向振動是隨環(huán)境溫度的變化而變化，可以判斷支承軸承外圈不能自由游動來補償主軸的熱膨脹(或收縮)，阻礙了主軸的正常膨脹。熱應力使主軸產(chǎn)生臨時性弓形彎曲〔3〕，引發(fā)軸向振動。

2.2 軸承間隙的影響

依據(jù)制造廠提供的設備技術(shù)文件的規(guī)定，軸承外圈與軸承箱之間徑向間隙為Φ1500+0.02，止推軸承軸向無間隙，支承軸承軸向收縮側(cè)有3 mm間隙，膨脹側(cè)自由延伸，無限位。由于支承軸承徑向有預緊力，影響其作為游動支承的正常軸向位移，阻礙了軸的膨脹，熱應力增大，產(chǎn)生異常振動響應。

2.3 底座變形的影響

原一次風機轉(zhuǎn)子組結(jié)構(gòu)如圖2，支承軸承箱底座為A3鋼焊接件，外形尺寸為l=500 mm，h=1 185 mm，受材質(zhì)及幾何高度影響，底座動剛度差，在較小的擾動力作用下，即可產(chǎn)生較大的軸向振動。

圖2 改造前轉(zhuǎn)子組結(jié)構(gòu)圖

表1為支承軸承箱安裝數(shù)據(jù)與產(chǎn)生周期振動后停機測量數(shù)據(jù)對比，底座變形，致使軸承不對中，對轉(zhuǎn)子不平衡響應明顯，引發(fā)軸向振動。主軸水平度較安裝時偏差增大，致使軸系角度不對中，產(chǎn)生附加的軸向力，引起轉(zhuǎn)子的軸向振動。

表1 支承軸承箱安裝與檢修后數(shù)據(jù)對比

2.4 支承系統(tǒng)的影響

經(jīng)檢查，支承軸承箱底座基礎臺板固定方式不合理，臺板寬度600 mm，墊鐵長度應為620 mm，實際墊鐵長120 mm，不符合SDJ 245—1988《電力建設施工及驗收技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定。左前側(cè)地腳螺栓連接剛度不足，底盤松動，在外力和溫升作用下產(chǎn)生間隙，造成機械阻抗偏低，在極小的不對中狀態(tài)下就會導致支承系統(tǒng)產(chǎn)生很大的振動。

4 改進措施

4.1 調(diào)整支承軸承外圈與軸承箱之間間隙

支承軸承外圈取保證有間隙的配合〔4－5〕。綜合考慮過大的徑向間隙對軸承支承剛度、載荷區(qū)內(nèi)的滾動體數(shù)的影響，及可能造成跑外圈的后果，調(diào)整徑向間隙為Φ150－0.04－0.02;軸向收縮間隙為3 mm，膨脹間隙自由延伸。使外圈能夠在軸承箱內(nèi)隨主軸熱伸長量的變化自由游動。

4.2 將鋼結(jié)構(gòu)底座改為鑄鐵底座

將支承軸承箱底座由A3鋼焊接件改為HT250鑄鐵底座，底座的幾何高度由1 185 mm降為345 mm，幾何形狀由梯形改為菱形，與基礎通過5條M36×800 mm地腳螺栓聯(lián)接，由10組墊鐵支承并調(diào)整底座位置。以增加底座的減振性能和增強底座抵抗軸向變形能力，如圖3。

圖3 改造后轉(zhuǎn)子組結(jié)構(gòu)圖

3.3 支承軸承箱基礎改造

去除后軸承座以下全部混凝土基礎及底盤，引出軸承箱基礎尺寸線，基礎尺寸線外沿每隔15 cm鉆Φ20孔至作業(yè)面下50 cm處，植筋、配筋到設計標高。鋼筋與入口風箱基礎鋼筋有效連接，作業(yè)面清理干凈，使新舊混凝土結(jié)合可靠。重新澆灌混凝土，降低支承軸承箱底座高度，減少底座的軸向變形，增強了基礎的剛度。

4 改造后效果

實施技術(shù)改造后，鍋爐#22一次風機支承軸承箱軸向振動明顯下降，振動幅值最大25 μm，且不受介質(zhì)溫度影響。機組已連續(xù)運行150天，檢修維護工作量相應減少，為機組的正常運行提供了可靠保證。

5 結(jié)論

支承軸承外圈采用較松的過渡配合，通過降低其底座高度，提高連接剛度，可以有效地控制剛性支承系統(tǒng)剛度不足引發(fā)的軸向振動，以上改進措施已在神頭第二發(fā)電廠#21一次風機上得以成功應用。

〔1〕陳大禧，朱鐵光.大型回轉(zhuǎn)機械診斷現(xiàn)場實用技術(shù)〔M〕.北京:機械工業(yè)出版社，2002.

〔2〕SDJ 245—1988，電力建設施工及驗收技術(shù)規(guī)范 (鍋爐機組篇)〔S〕.

〔3〕陳大禧，朱鐵光.大型回轉(zhuǎn)機械診斷現(xiàn)場實用技術(shù)〔M〕.北京:機械工業(yè)出版社，2002.103-106.

〔4〕楊可楨，程光蘊.機械設計基礎〔M〕.北京:高等教育出版社，1988.

〔5〕SKF軸承與軸、軸承箱常用配合公差〔EB/OL〕.http://www.skf.com.tw/page05.htm，2004-03-17.