鍋爐引風機軸承振動值波動異常原因的診斷與處理

＊張仕學

（甘肅宏匯能源化工有限公司 甘肅 735100）

1.前言

鍋爐引風機將燃料燃燒后產生的煙氣吸入除塵器和脫硫塔煙道，使爐內形成負壓，增加氧氣使燃料燃燒更充分，提高熱值，減少排污。引風機一旦出現故障，就會造成停工，對后續工序的生產運行影響很大，嚴重的會導致全廠生產停滯。然而，引風機的振動數據在鍋爐生產中是重點監控對象，研究和解決引風機軸振動對鍋爐的安全、經濟、穩定運行有著重要的意義。

2.故障現象

2020年3月22日宏匯公司3#鍋爐引風機由于崗位日常點檢、設備潤滑不到位導致前軸承潤滑不良燒損。該引風機型號YZH1004、風量234324m3/h、風壓10390Pa、電機功率1000kW、四級電機、轉速1480r/min、帶變頻器；前后軸承型號22238/22232。對軸承進行檢修更換并重新開車后，引風機前軸陸續出現間歇性信號波動。隨著提高頻率，轉速升高，引風機前軸振動波動信號幅值也隨之增大，已達聯鎖保護閾值造成鍋爐停爐。

3.原因分析及處理

振動是生產運行中常見的現象，只要振動在控制范圍內，就不會造成太大的影響。但振動超標后，可能會因振動而引發事故，因此找出振動超標的原因，對設備維護和安全生產具有重要意義。分析不同故障現象的原因，采取適當的處理方法，可以事半功倍。

(1)原因分析

分析鍋爐引風機軸承振動值波動異常的原因，首先要分析造成引風機前后軸測量值異常的原因是出自引風機自身內部因素，或是其他因素產生的外部因素。這就需要我們從導致引風機振動的原因進行分析。

假設引風機振動原因來自機械原因，可能如下：①葉輪不平衡，設計制造過程中材質不均勻或是葉輪掛灰嚴重；②轉子制造偏差導致的轉子不平衡；③轉子軸承磨損或損壞，前后導向葉輪磨損變形；④軸承和軸承座損壞；⑤引風機主軸與電機主軸不對中；⑥檢修質量差；⑦建設期基礎不牢固，預埋地腳螺栓有松動；⑧鍋爐生產負荷變化，操作工對引風機運行調整不到位；⑨未及時根據煙氣量調整引風機變頻速度；⑩引風機葉輪轉速達到臨界轉速后引起的喘振，在小干擾力的作用下，可能導致引風機振動。

假設引風機振動是電氣原因，是電機振動引起的，可能如下：①電機三相電壓不平衡，三相電機缺相運行；②定子鐵心變橢圓、偏心、松動；③滾動軸承缺油或損壞；④定子繞組斷線、接地擊穿、匝間短路、接線錯誤，定子三相電流不平衡；⑤電機軸彎曲；⑥聯軸器松動；⑦安裝基礎不平或有缺陷等。

假設引風機振動是振動信號傳遞和干擾引起的，則需要從以下幾個方面進行檢查判斷：①振動探頭本身質量故障；②導體是信號傳輸的唯一通道，干擾通過分布電容耦合到信號中，信號傳輸要考慮電磁屏蔽；③信號沒有得到有效隔離，隔離是抑制干擾的有效手段之一；④接地干擾；⑤信號濾波干擾。

(2)現場檢測

經外部調整后，引風機頻繁振動沒有改善，檢查基礎和軸承沒有發現問題。采用排除法對上述機械、電氣、儀表三個方面的測試數據進行分析比較，發現變頻器和電機在高頻高速工作條件下可能產生高次諧波和電磁感應，會向空間輻射強電磁干擾，電磁干擾能量會從干擾源耦合到敏感源。

(3)分析診斷

對振動探頭、振動監控儀及專用延伸電纜進行檢查測試，振動內阻675Ω，線纜對地檢測有0.1-0.2mVAC電壓波動，振動監控儀供電218VAC，接地檢測無電壓波動，設備正常。為此特重新更換一套振動檢測設備，故障依舊；對DCS至振動監控儀信號電纜進行檢測，絕緣良好，對地檢測有0.1-0.9mVAC電壓波動，重新敷設臨時電纜，對地檢測仍有0.1-0.5mVAC電壓波動；將振動監控儀輸入端摘除，只對接輸出至DCS信號電纜，2h內出現430rpm/min、618rpm/min信號顯示，更換臨時電纜后現象依舊；將振動檢測系統恢復，2h內依次出現510rpm/min、13600rpm/min、16000rpm/min信號顯示。

綜上所述振動設備測量的信號一般為較微弱的低電平電壓信號，通過專用延伸信號電纜傳輸至振動監控儀，由于現場環境及周邊設備的多變性，振動探頭不但能夠檢測到低電平電壓信號，還會檢測出一些與被測信號無關的電壓或電流疊加，致使DCS接收到虛假信號。

(4)診斷結論

由上述分析、故障處理經驗和現場檢測證明，變頻器與電機在高頻高轉速工作狀態下，變頻器的功率開關的調制脈沖頻率提高時，輸出的電流中含有大量高次諧波，大量高次諧波分量造成強烈的電磁感應干擾振動信號。

(5)引風機振動的處理

①為了提高振動儀表的抗干擾能力，在低電平測量儀表中都把振動監控儀“浮地”，也就是將振動監控儀與地絕緣。以切斷共模干擾電壓的泄漏途徑，使干擾無法進入；將振動監控儀至振動探頭專用延伸電纜從電纜槽架中取出，重新隔離敷設一根單獨線管，達到對周圍的電壓、電磁感應的雙重隔離效果，此時對地檢測無電壓信號波動；在振動監控儀至DCS信號電纜之間加裝一臺有源信號隔離器，通過隔離器阻止干擾回路的形成來抑制干擾。

表1

②根據分析電機轉速越高，測量值波動越頻繁，且波動尖脈沖峰值從觸發到結束時長不到2s這一現象，因傳感器振幅降低以及頻率影響被改變或產生的信號不能代表風機的真實振動，所以要求振動檢測廠家技術人員，針對振動監控儀輸出信號電路回路進行優化，在信號處理階段加裝信號輸出濾波功能，只允許一定頻率范圍內的信號成分正常輸出。通過對4-20mA的輸出電流信號進行不間斷監測，擇取穩定的電流信號輸出至DCS系統用于監測報警，對于受干擾波動的電流信號且波動時間小于2s的電流信號不予輸出；同時，為確保風機振動值可靠有效，對于出現2s以上的波動信號，仍然保持信號輸出狀態，這樣就可確保機殼或者相對于自由空間的振動，即絕對振動值真實有效。風機軸振動可較多傳遞到機殼上。

4.總結

對振動監測器的過濾回路系統進行優化后，引風機運行穩定，前后軸承的異常振動值也趨于穩定，不再影響鍋爐機組的正常運行。該故障的處理，有效的解決了近期引風機前后軸承振動值因空間電磁干擾問題，緩解了用能壓力，且保證了鍋爐機組的安全經濟運行。

隨著科技的不斷創新，工業鍋爐也將巨大的發展，引風機作為鍋爐機組中重要組成設備，對引風機性能和設計制造技術要求也在不斷的提高，所以由引風機異常振動而引起的故障也將會變得越來越復雜，這就要求我們采用科學有效的技術手段，并使用更加先進的檢測診斷儀器分析引起引風機振動的根本原因，并且制定有效的處理方法。