基于振動(dòng)理論的一次風(fēng)機(jī)軸承劣化分析

張永軍

（山西大唐國(guó)際運(yùn)城發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 運(yùn)城 044602）

0 引言

鍋爐三大風(fēng)機(jī)（一次風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)）是火電廠的重要輔機(jī)，這些旋轉(zhuǎn)設(shè)備直接關(guān)系到鍋爐的正常運(yùn)行。在風(fēng)機(jī)的常見故障中，振動(dòng)是主要故障類型之一。較大的振動(dòng)會(huì)造成軸承壽命降低、風(fēng)機(jī)葉片損壞、聯(lián)軸器損壞、基礎(chǔ)松動(dòng)等設(shè)備損壞問題，因此，鍋爐風(fēng)機(jī)能否安全可靠運(yùn)行，直接影響發(fā)電廠的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

某電廠600 MW機(jī)組一次風(fēng)機(jī)為上海鼓風(fēng)機(jī)廠有限公司生產(chǎn)的雙級(jí)動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)，基本參數(shù)如下。

型號(hào)：PAF19-14-2軸流風(fēng)機(jī)。

轉(zhuǎn)速：1 497 r/min。

葉片數(shù)：28片/級(jí)。

電機(jī)功率：2 850 kW。

流量：81.42～122.81 m3/s。

全壓：14 874～19 425 Pa。

轉(zhuǎn)子重量：5 113 kg。

風(fēng)機(jī)振動(dòng)報(bào)警值：4.6 mm/s。

2 風(fēng)機(jī)振動(dòng)異常的測(cè)試分析及處理

2.1 風(fēng)機(jī)振動(dòng)測(cè)試

風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常時(shí)，徑向振動(dòng)穩(wěn)定在1.2～1.5 mm/s之間。運(yùn)行過程中，風(fēng)機(jī)振動(dòng)逐漸增大。風(fēng)機(jī)振動(dòng)異常時(shí)，徑向振動(dòng)超過4 mm/s并且不穩(wěn)定，接近風(fēng)機(jī)振動(dòng)的報(bào)警值，現(xiàn)場(chǎng)采用振動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試，振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)詳見表1，風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)端水平方向振動(dòng)頻譜見圖1，風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)端垂直方向振動(dòng)頻譜見圖2。

表1 風(fēng)機(jī)異常振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)列表 mm/s

2.2 振動(dòng)特征及原因分析

a）電機(jī)自動(dòng)端和驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)均正常，風(fēng)機(jī)振動(dòng)較大，中間聯(lián)軸器采用撓性連接，應(yīng)排除電機(jī)故障的原因，故障部位在風(fēng)機(jī)處。

b）風(fēng)機(jī)軸承溫度為55℃左右，沒有大的變化。

c）振動(dòng)頻譜中一倍頻不是主要振動(dòng)頻率，可排除轉(zhuǎn)子平衡的原因及支撐剛度不足的原因[1]。

d）雖然有一倍頻、二倍頻振動(dòng)分量，但幅值較小，應(yīng)排除聯(lián)軸器對(duì)中的原因。

e）振動(dòng)頻率也不符合滾動(dòng)軸承故障的特征頻率（特征頻率見表2），也無相應(yīng)的頻帶，排除軸承內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體、保持架故障的原因[2]。

表2 風(fēng)機(jī)軸承特征頻率表 Hz

f）風(fēng)機(jī)振動(dòng)與機(jī)組負(fù)荷、動(dòng)葉開度等沒有相應(yīng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，排除動(dòng)葉開度不同步造成的振動(dòng)異常。

綜上所述，初步分析風(fēng)機(jī)振動(dòng)較大的原因?yàn)闄C(jī)械松動(dòng)。針對(duì)松動(dòng)故障，有風(fēng)機(jī)底座的松動(dòng)、軸承箱的緊固不牢、或者軸承本身的松動(dòng)3個(gè)方面，根據(jù)頻率特征，基本可以排除前2個(gè)方面的原因，重點(diǎn)懷疑風(fēng)機(jī)軸承的松動(dòng)。

2.3 風(fēng)機(jī)解體檢查及異常部位的確認(rèn)

a）根據(jù)振動(dòng)特征的診斷分析，利用機(jī)組停運(yùn)機(jī)會(huì)對(duì)風(fēng)機(jī)解體檢查，重點(diǎn)解體軸承箱對(duì)軸承進(jìn)行檢查，同時(shí)對(duì)風(fēng)機(jī)葉片、輪轂、滑塊、推桿、軸承箱等相關(guān)部件也進(jìn)行了檢查。

b）拆除風(fēng)機(jī)前首先復(fù)查風(fēng)機(jī)對(duì)輪中心和液壓缸調(diào)節(jié)裝置中心，全部合格。

c）軸承箱解體后，測(cè)量軸承箱內(nèi)部軸承游隙，結(jié)果超標(biāo)0.13 mm，對(duì)超標(biāo)軸承進(jìn)行了更換。

2.4 檢修投運(yùn)后風(fēng)機(jī)振動(dòng)測(cè)試及簡(jiǎn)要分析

風(fēng)機(jī)檢修結(jié)束投入運(yùn)行后，進(jìn)行了振動(dòng)測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)見表3，風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)端水平方向振動(dòng)頻譜見圖3，風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)端垂直方向振動(dòng)頻譜見圖4，通過測(cè)試結(jié)果得出以下結(jié)論。

a）風(fēng)機(jī)振動(dòng)穩(wěn)定在0.8～1.2 mm/s之間，對(duì)比檢修前振動(dòng)明顯降低。

b）對(duì)比風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)端檢修前后的振動(dòng)頻譜，修后風(fēng)機(jī)振動(dòng)基本以一倍頻和二倍頻為主，沒有高倍的振動(dòng)諧波分量，振動(dòng)頻譜有了很大的變化。

因此該一次風(fēng)機(jī)振動(dòng)異常增大原因確認(rèn)為是滾動(dòng)軸承劣化游隙變大造成的。

表3 風(fēng)機(jī)檢修后振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)列表 mm/s

圖3 風(fēng)機(jī)修后驅(qū)動(dòng)端水平方向振動(dòng)頻譜

圖4 風(fēng)機(jī)修后驅(qū)動(dòng)端垂直方向振動(dòng)頻譜

3 關(guān)于風(fēng)機(jī)振動(dòng)測(cè)試的建議

3.1 關(guān)于振動(dòng)測(cè)量方法的建議

風(fēng)機(jī)滾動(dòng)軸承引起的振動(dòng)，通過軸承零件和軸承座傳遞到軸承箱體和機(jī)架上，如果存在沖擊振動(dòng)，能量衰減較快，所以測(cè)點(diǎn)應(yīng)盡量靠近軸承承載區(qū)的軸承箱。因?yàn)闊峁y(cè)振儀表直接在軸承箱上安裝，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試可從熱工儀表取信號(hào)，干擾信號(hào)少，測(cè)量準(zhǔn)確，易于振動(dòng)分析，效果良好[3]。

3.2 關(guān)于振動(dòng)單位的選擇

多數(shù)風(fēng)機(jī)運(yùn)行中監(jiān)視振動(dòng)速度、監(jiān)視振動(dòng)位移的較少。建議現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)測(cè)試時(shí)對(duì)振動(dòng)速度和振動(dòng)位移均要測(cè)量，因?yàn)閷?duì)于高頻率的故障振動(dòng)速度表現(xiàn)明顯，對(duì)于低頻率的故障振動(dòng)位移表現(xiàn)明顯。對(duì)于滾動(dòng)軸承故障，高頻和低頻均可能發(fā)生，一般保持架故障頻率較低，滾動(dòng)體、內(nèi)圈、外圈的故障頻率較高。而對(duì)于轉(zhuǎn)子不平衡類故障，測(cè)試振動(dòng)位移更為有效。

3.3 定期測(cè)振對(duì)比分析

定期對(duì)風(fēng)機(jī)軸承的同一部位進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)，以軸承無故障情況下的振動(dòng)數(shù)值為基準(zhǔn)，將實(shí)測(cè)振動(dòng)值與基準(zhǔn)振動(dòng)值進(jìn)行對(duì)比可以分析判斷軸承的劣化趨勢(shì)。

3.4 同類型風(fēng)機(jī)對(duì)比分析

對(duì)同型號(hào)的風(fēng)機(jī)在相同運(yùn)行工況下在同一部位進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試，相互比較進(jìn)行振動(dòng)分析。現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比不同機(jī)組同型號(hào)的一次風(fēng)機(jī)，正常情況下振動(dòng)均以一、二倍頻的振動(dòng)分量為主。對(duì)比同型號(hào)的引風(fēng)機(jī)，振動(dòng)均以一倍頻和葉片通過頻率為主。對(duì)比同型號(hào)的送風(fēng)機(jī)，因?yàn)橥l振動(dòng)均較小，沒有明顯的某一振動(dòng)頻率分量。通過以上同型號(hào)風(fēng)機(jī)振動(dòng)特征的對(duì)比，為振動(dòng)故障的分析診斷提供了很好的參考標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

a）根據(jù)風(fēng)機(jī)振動(dòng)的特征，在排除了轉(zhuǎn)子不平衡、支撐剛度弱、對(duì)中問題、軸承本身故障等原因之后，縮小了故障范圍，診斷為機(jī)械松動(dòng)引起的，分析為軸承游隙的增大，并經(jīng)解體檢查得到了確認(rèn)。

b）在點(diǎn)檢劣化分析中，若已明確了劣化原因，一般振動(dòng)不超標(biāo)時(shí)，建議準(zhǔn)備好備件，跟蹤觀察劣化趨勢(shì)，根據(jù)劣化的程度進(jìn)行狀態(tài)檢修，充分發(fā)揮設(shè)備的潛能，同時(shí)節(jié)約維修成本。