鍋爐鼓風機軸向振動異常分析及處理

王 剛

（大慶煉化公司，黑龍江 大慶 163411）

大慶煉化公司動力裝置共有鍋爐風機12臺，是鍋爐蒸汽生產的關鍵設備。6#爐鼓風機為單吸式（后傾平板葉片12片）、懸臂支撐、柱銷聯軸器傳動，額定轉速1 480r/min（變頻調速電機），水冷式整體軸承座，其結構簡圖及測點布置如圖1所示。

6#爐鼓風機自2009年8月啟機后，因振動超標等問題多次進行設備監測及檢修，具體表現為風機軸承座軸向振動較大，威脅著機組安全經濟運行。經綜合分析及檢修驗證發現，主要為風機更換軸承座過程中檢修質量不過關，致使葉輪裝配不當，造成軸向振動異常及相應故障，監測人員在作出準確診斷同時，及時指導風機進行應急檢修，為設備穩定運行發揮了較大作用。

一、設備振動異常概況

2009年8月初，6#爐鼓風機檢修，更換風機兩處懸臂支撐軸承。8月23日，當班巡檢風機時，發現設備突然出現異常的聲音。巡檢人員采用測振筆對風機殼振進行監測，發現葉輪側的軸承座軸向振動異常。監測中心采用Bentley snapshot對風機現場復測，測點3水平、垂直、軸向的振動測量值分別為1.16 mm/s、0.87 mm/s、5.14 mm/s，測點4水平、垂直、軸向的振動測量值分別為4.75mm/s、2.42mm/s、10.95mm/s。從振動測量值可看出，風機兩處懸臂支撐軸承的軸向振動較高，其中葉輪側軸向振幅明顯超出ISO10816/3標準。

二、異常振動分析及檢查

因當天未針對轉速、負荷與振動能量的變化進行試驗，監測人員根據經驗，認為造成懸臂支撐風機軸向振動突然增大，可能的原因有葉輪不平衡、軸承松動、軸彎曲。

振動監測頻譜圖2、3、4、5表明，風機兩處支撐軸承軸向振動均以1～4倍頻為主，其諧波成分能量大于轉頻的1/2，存在較高的噪聲底線；徑向振動則以轉頻為主，伴有小幅值倍頻。幾個測點的振動頻譜與軸承松動特征較為類似，而軸承松動故障，能夠造成軸承對中不良，使軸承產生軸向振動。葉輪不平衡和軸彎曲，對懸臂轉子軸向振動也能產生影響，但通常轉子不平衡、軸彎曲的軸向和徑向都以較大的1X、2X振動為主，而本次監測的情況與同類型故障的特點不太一致，因此僅對轉子不平衡、軸彎曲存在懷疑。鑒于檢修前，該風機就發現過軸承座磨損、變形，因此監測人員懷疑風機存在軸承松動、安裝間隙不當故障，建議檢查風機的軸承安裝及葉輪和轉子的情況。

1.首次停機解體檢查

8月26日，檢修人員對風機解體檢查：基礎和地腳螺栓等緊固，未見異常；聯軸器對中，符合技術要求；聯軸器側的軸承座密封存在磨損，軸承外觀無明顯異常；葉輪無異物，風機入口調節擋板底部斷裂1片（共13片）、脫槽1片；軸頭跳動16道（超過規定值14道），軸存在彎曲。檢查結果證實了監測人員對軸彎曲的懷疑。風機入口調節擋板的破損，能夠使入口氣流作用在葉輪的力不均勻，形成一個不平衡力矩，作用到懸臂支撐的轉子上，會產生明顯的軸向振動。而對于之前主要懷疑的軸承松動問題，監測人員則判斷是轉子彎曲造成轉子與軸承座密封的磨損，因此軸承殼振體現大量的高次諧波。

根據檢查情況，檢修人員將軸外委校正，并對風機調節擋板進行修復。9月4日現場安裝找正后試運行（振動測量值見表1），發現葉輪側軸承座軸向振動更加嚴重為22.5mm/s，聯軸器側軸向振動也達到21.4mm/s，振動嚴重超標。軸承座各點振動以豐富的高幅值倍頻為主，異常頻率、基礎振動不明顯（圖6、7、8、9）。

表1 9月4日鼓風機的振動測量值

圖6 聯軸器側軸承座垂直振動頻譜圖

圖7 聯軸器側軸承座軸向振動頻譜圖

基于軸承各點振值受負荷變化影響不大以及檢修人員對轉子動平衡數據、軸承檢查情況的說明，監測人員排除了流道進氣不均、葉輪不平衡、軸承松動以及軸彎曲等因素，將軸上零件松動列為排查重點，并最終確定對風機轉子的零部件安裝情況進行檢查。

2.二次停機解體檢查及故障原因分析

9月6日，再次解體檢查風機。監測人員發現，8月檢修中，風機聯軸器側軸承座被更換。與原軸承座比較，軸承座位置向電機側移動了約10～15mm。因葉輪安裝后，葉輪背部與風機蝸殼容易發生摩擦，所以檢修人員在風機軸前端安裝了10～12mm的調整墊片。

正是由于風機葉輪內孔與軸頸定位配合尺寸發生變化，造成葉輪與軸配合松動。這種軸上零部件配合松動，能夠引起轉子平衡狀態的破壞。風機入口調節擋板破損導致的氣動不平衡、葉輪與軸配合松動共同作用于懸臂風機轉子上，產生明顯的軸向異常振動，這也是聯軸器側軸承座密封磨損及轉子彎曲等故障產生的原因。

圖9 葉輪側軸承座軸向振動頻譜圖

三、處理措施

由于加工新軸的周期較長，在時間緊迫的情況下，監測人員建議對風機的軸進行車削。（1）把前端軸承定位臺階往電機一側車去15mm，后軸承定位臺階則增加15mm的墊片，使兩端軸承保持原有尺寸，這樣可把風機的軸整體向葉輪一側移動，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1倍；（3）轉子重新做動平衡，不平衡量達到5.49g和5.34g，符合允許的不平衡量20g的規定值。

四、試車情況

檢修后試車，鼓風機振動明顯減小，2009年9月11日6#鼓風機測點3水平、垂直、軸向振動測量值分別為0.99mm/s、0.78mm/s、1.90mm/s，測點4水平、垂直、軸向振動測量值分別為0.91mm/s、1.76mm/s、5.12mm/s。復查相關測點的振動頻譜，除自由端軸承座軸向振動較大，以1、2倍頻為主外，其他軸承座各點振動以轉頻為主，頻譜中存在小幅值軸承故障頻率，風機基本恢復到良好運行狀態，并等待裝置大檢修時更換轉子。