發(fā)電廠風(fēng)機(jī)常見振動(dòng)故障及處理

應(yīng)光耀，吳 斌，董益華，馬思聰

（1.浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014；2.浙江浙能鎮(zhèn)海發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 寧波 315208）

發(fā)電廠風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障或事故時(shí)，會(huì)引起發(fā)電機(jī)組出力降低或停運(yùn)。而風(fēng)機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)最多、影響最大的故障就是振動(dòng)，因此，當(dāng)出現(xiàn)振動(dòng)故障時(shí)，尤其是在故障預(yù)兆期內(nèi)，迅速做出正確的診斷，對(duì)保障機(jī)組安全運(yùn)行具有重要意義。

目前，大型發(fā)電廠主要采用軸流式風(fēng)機(jī)，爐側(cè)的一次風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)是振動(dòng)測(cè)試的重點(diǎn)。風(fēng)機(jī)振動(dòng)一般以振動(dòng)烈度為監(jiān)測(cè)和考核指標(biāo)，發(fā)電廠可以根據(jù)制造廠家的建議設(shè)定保護(hù)定值，如某廠送風(fēng)機(jī)（型號(hào)：ASN-2875/1250）、一次風(fēng)機(jī)（型號(hào)：AST-1812/1250）報(bào)警定值為5.6 mm/s，跳機(jī)定值為6.3 mm/s；引風(fēng)機(jī)（型號(hào)：AN35e6）報(bào)警定值為4.6 mm/s，跳機(jī)定值為7.1 mm/s。

1 風(fēng)機(jī)常見振動(dòng)故障特征分析

1.1 質(zhì)量不平衡故障

在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的風(fēng)機(jī)軸承振動(dòng)中，屬于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的振動(dòng)占多數(shù)。造成轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的原因主要有：葉輪（主要是葉片）磨損不均勻或腐蝕；主軸局部高溫使軸彎曲；葉輪檢修后未找平衡；葉輪強(qiáng)度不足造成葉輪開裂或局部變形；葉輪上零件松動(dòng)或連接件不緊固。

轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起的振動(dòng)有以下特征：

（1）質(zhì)量不平衡引發(fā)的振動(dòng)在典型頻譜上出現(xiàn)與旋轉(zhuǎn)頻率相同的一倍頻分量（基頻分量）。在對(duì)質(zhì)量不平衡的診斷中，不要過多地關(guān)注含有哪些頻率成分，而要注意基頻分量是否占主導(dǎo)地位。若基頻分量占通頻的70%以上，就可以診斷為強(qiáng)迫振動(dòng)。

（2）軸流式風(fēng)機(jī)的水平方向剛度最弱，因此振動(dòng)值以水平方向?yàn)樽畲?，而軸向很小。

（3）在轉(zhuǎn)速一定時(shí)，振幅和相位是穩(wěn)定的。當(dāng)不平衡一定時(shí)，離心力只跟轉(zhuǎn)速有關(guān)，因此振動(dòng)只是轉(zhuǎn)速的單值函數(shù)。即當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，振動(dòng)也是穩(wěn)定的，對(duì)負(fù)荷變化也不敏感。由于振動(dòng)的影響因素很多，絕對(duì)的穩(wěn)定是不存在的，如果振幅的變化范圍在其平均值的±10%之內(nèi)，相位變化在其平均值的±10°之內(nèi)，就可認(rèn)為是穩(wěn)定的。

（4）多次啟動(dòng)振動(dòng)有再現(xiàn)性。對(duì)于質(zhì)量不平衡量而言，多次啟動(dòng)后測(cè)量到的振動(dòng)數(shù)據(jù)應(yīng)該很接近。質(zhì)量不平衡量與有些故障的區(qū)別僅僅依靠一次啟動(dòng)是難以分清的。

（5）可以排除松動(dòng)、剛度等因素，不平衡振動(dòng)的大小不僅與不平衡量有關(guān)，還與自身的特性（剛度、阻尼、固有頻率）有關(guān)。如果系統(tǒng)的剛度過低（螺栓有松動(dòng)），或者機(jī)組在共振區(qū)工作，將會(huì)使不平衡的靈敏度提高[1]。

1.2 軸承座剛度不夠引起的振動(dòng)

檢修和運(yùn)行過程中經(jīng)常遇到的是基礎(chǔ)灌漿不良、機(jī)械松動(dòng)等，非轉(zhuǎn)動(dòng)部分配合松動(dòng)（機(jī)械松動(dòng)）是剛度下降常見故障之一。機(jī)械外部松動(dòng)起因于固定螺栓松動(dòng)、機(jī)座或軸承架有裂紋、風(fēng)道擴(kuò)散段法蘭螺栓松動(dòng)。內(nèi)部松動(dòng)起因于軸瓦松動(dòng)、軸套或滾動(dòng)軸承的間隙過大，以及葉輪在軸上的松動(dòng)。內(nèi)部松動(dòng)會(huì)在頻譜上產(chǎn)生較多的高次諧波分量。松動(dòng)的特征之一是振動(dòng)的非線性，典型頻譜上出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)頻率的一倍頻、二倍頻并時(shí)常伴有高諧波分量；另一特征是振動(dòng)的方向性，松動(dòng)方向上的振動(dòng)大多表現(xiàn)為垂直或軸向振動(dòng)較大。

1.3 滾動(dòng)軸承異常引起的振動(dòng)

如果軸頸或軸肩臺(tái)加工不良，軸頸彎曲，軸承安裝傾斜，軸承內(nèi)圈裝配后造成與軸心線不重合，使軸承每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生一次交變的軸向力作用，滾動(dòng)軸承的固定圓螺母松動(dòng)等都會(huì)造成局部振動(dòng)。其振動(dòng)特征為：振動(dòng)值以軸向?yàn)樽畲?、振?dòng)頻率與旋轉(zhuǎn)頻率相等。滾動(dòng)軸承表面損壞造成的振動(dòng)是指由于制造質(zhì)量差、潤(rùn)滑不良、異物進(jìn)入、與軸承箱的間隙不合標(biāo)準(zhǔn)等，因而出現(xiàn)磨損、銹蝕、脫皮剝落、碎裂，滾珠相互撞擊而產(chǎn)生高頻沖擊振動(dòng)并傳給軸承座。將加速度傳感器放在軸承座上，即可監(jiān)測(cè)到高頻沖擊振動(dòng)信號(hào)。這種振動(dòng)穩(wěn)定性很差，與負(fù)荷無(wú)關(guān)，振動(dòng)的振幅在水平、垂直、軸向3個(gè)方向均有可能最大，可以運(yùn)用頻譜分析準(zhǔn)確判斷軸承損壞的位置和損壞程度。

1.4 不對(duì)中

不對(duì)中通常是指轉(zhuǎn)子的軸心線與軸承中心線傾斜或偏移。造成不對(duì)中的原因主要是軸承座的標(biāo)高和左右位置不一致，以及聯(lián)軸器安裝偏心。不對(duì)中分為平行不對(duì)中和角度不對(duì)中，診斷平行不對(duì)中的主要依據(jù)是：聯(lián)軸器兩側(cè)振動(dòng)為同相分量，振動(dòng)跟負(fù)荷關(guān)聯(lián)性很大，軸向振動(dòng)也偏大。角度不對(duì)中故障的主要振動(dòng)特征為：以基頻振動(dòng)為主，聯(lián)軸器兩側(cè)的振動(dòng)相位接近，晃度明顯增大。軸承安裝不正包括推力軸承不正，也會(huì)引起不對(duì)中[2]。

1.5 積灰引起的振動(dòng)

發(fā)電廠的引風(fēng)機(jī)處在鍋爐排灰出口，容易積累浮灰，長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致灰越積越多。葉片表面的不均勻積灰或附著物（如鐵銹），一方面會(huì)產(chǎn)生附加的質(zhì)量不平衡，另一方面影響葉片鼓風(fēng)散熱，使葉片表面溫度有所上升，兩者效應(yīng)的疊加使風(fēng)機(jī)振動(dòng)波動(dòng)和爬升，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)振動(dòng)持續(xù)爬升而不得不進(jìn)行熱態(tài)動(dòng)平衡處理，如某廠1A引風(fēng)機(jī)就因?yàn)榉e灰引起振動(dòng)，每隔9個(gè)月需做1次動(dòng)平衡，直到下次大修清灰后恢復(fù)正常。積灰首先反映在質(zhì)量不平衡重新分布，其振動(dòng)特征跟質(zhì)量不平衡的特征雖有相同，但也有其它特點(diǎn)：

（1）隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，積灰越來(lái)越多，振動(dòng)會(huì)持續(xù)慢慢爬升。

（2）振動(dòng)以基頻為主，基頻相位在一段時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定（如某一天或者一周內(nèi)），但長(zhǎng)期來(lái)看，相位始終在變化。

（3）積灰嚴(yán)重情況下，振動(dòng)會(huì)隨環(huán)境溫度變化而變化。

（4）多次啟動(dòng)時(shí)的振動(dòng)沒有重復(fù)性，因?yàn)轱L(fēng)機(jī)停下來(lái)時(shí)，不均勻浮灰的積聚位置隨時(shí)都在變化，有可能導(dǎo)致風(fēng)機(jī)再開機(jī)時(shí)的振動(dòng)特別大。對(duì)有這類故障的風(fēng)機(jī)，要在大小修期間進(jìn)行清灰，如無(wú)機(jī)會(huì)清灰而振動(dòng)特別大時(shí)，也可以先進(jìn)行熱態(tài)動(dòng)平衡處理。

2 振動(dòng)處理實(shí)例

2.1 某送風(fēng)機(jī)質(zhì)量不平衡處理

某送風(fēng)機(jī)為ASN-2875/1250動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)，轉(zhuǎn)速為990 r/min，其振動(dòng)測(cè)點(diǎn)布置在風(fēng)機(jī)前后軸承的垂直及水平方向，共4個(gè)，風(fēng)機(jī)側(cè)水平方向與電機(jī)側(cè)水平方向的振動(dòng)探頭安裝位置相差180°?；ㄕ{(diào)試期間首次啟動(dòng)風(fēng)機(jī)時(shí)，風(fēng)機(jī)側(cè)軸承水平振動(dòng)就達(dá)到14 mm/s以上，已超過跳機(jī)保護(hù)值，需立即處理，詳細(xì)數(shù)據(jù)見表1。振動(dòng) 以基頻為主，相位比較穩(wěn)定，但水平方向振動(dòng)特別大?？紤]到風(fēng)機(jī)出廠已做過動(dòng)平衡，首先檢查風(fēng)機(jī)的機(jī)械松動(dòng)情況，再排除振動(dòng)探頭安裝問題，檢查軸承的間隙和螺栓都無(wú)異常，檢查風(fēng)道擴(kuò)散段時(shí)發(fā)現(xiàn)連接法蘭的螺栓有松動(dòng)，對(duì)該法蘭面的全部螺栓用力矩扳手緊固到位，再未發(fā)現(xiàn)其他有松動(dòng)的地方后，重新啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)側(cè)水平方向振動(dòng)明顯下降，前后2次啟動(dòng)過程中振動(dòng)的相位重復(fù)度較好，符合質(zhì)量不平衡振動(dòng)特征，且不平衡質(zhì)量比較大，因此第一次試加重0.76 kg。加重2 kg后風(fēng)機(jī)最大振幅降至2.6 mm/s，風(fēng)機(jī)可以正常運(yùn)行，動(dòng)平衡結(jié)果見表1。這臺(tái)風(fēng)機(jī)的診斷和處理表明，風(fēng)機(jī)有松動(dòng)的部件且存在較大的質(zhì)量不平衡時(shí)，可能跟出廠動(dòng)平衡精度過低有關(guān)。

表1 某送風(fēng)機(jī)振動(dòng)測(cè)試及處理結(jié)果（通頻/1倍頻/1倍頻相位角） mm·s-1/mm·s-1∠°

2.2 軸承異常耦合不平衡故障

某臺(tái)一次風(fēng)機(jī)的型號(hào)為AST-1812/1250，轉(zhuǎn)速1 490 r/min，振動(dòng)測(cè)點(diǎn)布置跟前文的送風(fēng)機(jī)相同。大修后風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，風(fēng)機(jī)側(cè)水平方向的振動(dòng)最大達(dá)3.3 mm/s，但振動(dòng)幅值變化不大，基頻相位也較穩(wěn)定。為了保證風(fēng)機(jī)振動(dòng)在優(yōu)秀值，先對(duì)其嘗試動(dòng)平衡處理，但發(fā)現(xiàn)動(dòng)平衡根本無(wú)法降低其振動(dòng)，前后2次加重的影響系數(shù)差異較大，其后在不采取任何措施情況下再數(shù)次啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)振動(dòng)的重復(fù)性很差。分析其振動(dòng)不穩(wěn)定的原因可能是軸承座剛度降低或軸承異常，因?yàn)檫€存在啟動(dòng)后振動(dòng)較大然后慢慢變小，且振動(dòng)沒有持續(xù)爬升的情況，所以軸承異常的可能性較大。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于200 r/min后，進(jìn)入風(fēng)機(jī)擴(kuò)散段對(duì)風(fēng)道進(jìn)行檢查，聽到風(fēng)機(jī)有異聲，馬上對(duì)風(fēng)機(jī)軸承進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)有滾動(dòng)軸承銅套脫落，更換軸承后重啟風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)振動(dòng)數(shù)據(jù)見表2，可見風(fēng)機(jī)仍然存在不平衡量，對(duì)其一次加重0.32 kg后，振動(dòng)降至優(yōu)良值。

表2 某一次風(fēng)機(jī)振動(dòng)測(cè)試及處理結(jié)果（通頻/1倍頻/1倍頻相位角） mm·s-1/mm·s-1∠°

3 結(jié)語(yǔ)

發(fā)電廠風(fēng)機(jī)的振動(dòng)基本以質(zhì)量不平衡故障為主，其他故障有機(jī)械松動(dòng)、軸承異常、軸承安裝問題等，這些振動(dòng)在頻譜圖上的表現(xiàn)基本以基頻為主，因而在頻譜分析時(shí)很難區(qū)分故障類型，還要根據(jù)各測(cè)點(diǎn)的相位、振動(dòng)的方向性、振動(dòng)的趨勢(shì)、振動(dòng)的穩(wěn)定性和重復(fù)性等因素，維修情況也要綜合考慮在內(nèi)，從而對(duì)風(fēng)機(jī)的異常振動(dòng)做出比較正確的診斷。在故障類型不非常明確的情況下，可以先嘗試動(dòng)平衡試驗(yàn)，根據(jù)動(dòng)平衡試驗(yàn)的影響系數(shù)來(lái)判斷是否耦合了其他故障，再結(jié)合其他振動(dòng)特征排除一些故障，制定相應(yīng)的維修方案，采取正確的處理措施，保證風(fēng)機(jī)盡快投入生產(chǎn)運(yùn)行。

[1]錢小文.一次風(fēng)機(jī)振動(dòng)故障診斷與處理[J].風(fēng)機(jī)技術(shù)，2002（6）：44-47.

[2]司濤，徐興科.引風(fēng)機(jī)振動(dòng)故障的診斷及分析[J].設(shè)備管理及維修，2004（2）：35－37.