CFB鍋爐大型風(fēng)機(jī)振動(dòng)故障診斷及處理

陳孟干 鄧雨生

（中國(guó)石化茂名石化動(dòng)力廠 廣東茂名）

一、概述

某熱電裝置有兩臺(tái)CFB鍋爐，每臺(tái)各配有1臺(tái)一次風(fēng)機(jī)、1臺(tái)二次風(fēng)機(jī)和1臺(tái)引風(fēng)機(jī)。一次風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速1460 r/min，額定功率2500 kW，全壓為22 kPa，流量335610 m3/h。風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)型式為雙吸單出雙支撐單級(jí)離心風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)與電機(jī)間采用帶加長(zhǎng)節(jié)的膜片聯(lián)軸器聯(lián)接，風(fēng)機(jī)軸承采用進(jìn)口道奇（DODGE）帶座滑動(dòng)軸承，風(fēng)機(jī)前后軸承各有一個(gè)bently1900測(cè)振探頭。

二、存在問題

2010年1#CFB鍋爐的一次風(fēng)機(jī)在檢修后運(yùn)行過程中非驅(qū)動(dòng)端軸承振動(dòng)增大，從開機(jī)時(shí)＜3 mm/s增大到4.5 mm/s，振動(dòng)絕對(duì)值雖然還未超出允許值，但風(fēng)機(jī)軸承尤其是非驅(qū)動(dòng)端軸承基礎(chǔ)平臺(tái)及平臺(tái)周邊2～3 m范圍內(nèi)地面振感強(qiáng)烈，而2#CFB鍋爐一次風(fēng)機(jī)軸承振動(dòng)在2 mm/s以下，可以確定1#CFB鍋爐的一次風(fēng)機(jī)存在某種機(jī)械故障。

三、故障診斷及處理

圖1 道奇（DODGE）帶座滑動(dòng)軸承外形

道奇軸承在頂部有一個(gè)調(diào)整螺絲用以調(diào)整軸瓦緊力（圖1），按照風(fēng)機(jī)廠家說明書要求，軸承安裝時(shí)需將力矩扳手調(diào)整至2500 in.lb（約282 N·m）擰緊調(diào)整螺絲。發(fā)現(xiàn)軸承振動(dòng)增大后，將力矩扳手調(diào)整至280 N·m重新上緊，調(diào)整螺絲不動(dòng)。對(duì)機(jī)組振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以進(jìn)一步分析故障原因，風(fēng)機(jī)測(cè)點(diǎn)布置見圖2。

圖2 風(fēng)機(jī)測(cè)點(diǎn)布置

由表1可知，風(fēng)機(jī)測(cè)點(diǎn)4水平方向振動(dòng)最大，振動(dòng)值為4.7 mm/s。從測(cè)點(diǎn)4水平方向測(cè)點(diǎn)的時(shí)域波形（圖3）和振動(dòng)速度頻譜（圖4）可以看出，振動(dòng)頻譜主要表現(xiàn)為1倍頻，同時(shí)伴隨較豐富的諧頻，從時(shí)域波形來看，有周期性沖擊碰摩現(xiàn)象；而測(cè)點(diǎn)3的振動(dòng)速度頻譜有豐富諧頻及整分?jǐn)?shù)倍頻率（圖5）。分析認(rèn)為可能原因?yàn)椋孩佥S瓦磨損或軸瓦間隙偏大；②機(jī)組動(dòng)靜部分間隙不均造成周期性的碰摩，可能是風(fēng)機(jī)軸封碰摩或葉輪與機(jī)殼處氣隙過小引起摩擦；③轉(zhuǎn)子的運(yùn)行過程出現(xiàn)不平衡或不對(duì)中。

表1 風(fēng)機(jī)檢修前振動(dòng)值 mm/s

圖3 測(cè)點(diǎn)4水平方向振動(dòng)時(shí)域波形圖（檢修前）

圖4 測(cè)點(diǎn)4水平方向振動(dòng)速度頻譜圖（檢修前）

圖5 測(cè)點(diǎn)3軸向振動(dòng)速度頻譜圖（檢修前）

2011年5月，鍋爐停爐進(jìn)行年度例行檢修，借此機(jī)會(huì)對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行檢查，重點(diǎn)是針對(duì)狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析的原因做相應(yīng)檢查。①檢查風(fēng)機(jī)軸瓦，風(fēng)機(jī)軸瓦完好。根據(jù)廠家圖紙要求重新調(diào)整風(fēng)機(jī)軸瓦間隙、找正對(duì)中。②檢查軸封，發(fā)現(xiàn)鋁制軸封有較大磨損，軸封間隙已很大，根據(jù)磨痕及風(fēng)機(jī)后期正常運(yùn)行軸封漏風(fēng)情況判斷，軸封應(yīng)是在運(yùn)行初期就已磨損，振動(dòng)并非軸封碰摩引起。檢查葉輪與機(jī)殼處氣隙為7～12 mm，稍大于圖紙要求的6～9 mm，葉輪處沒有摩擦痕跡，因此這也不是引起振動(dòng)的原因。③檢查風(fēng)機(jī)葉輪，葉輪完好，表面沒有明顯積灰，但還是要求維護(hù)人員對(duì)葉輪表面進(jìn)行了仔細(xì)清理。

風(fēng)機(jī)檢修完成隨即進(jìn)行試運(yùn)，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)沒有得到明顯改善，基礎(chǔ)平臺(tái)及附近地面振感沒有變化，并且風(fēng)機(jī)在投用帶正常負(fù)荷后振動(dòng)與檢修前基本一致。風(fēng)機(jī)檢修后試運(yùn)振動(dòng)數(shù)據(jù)見表2。

表2 風(fēng)機(jī)檢修后振動(dòng)值（2011年5月）mm/s

由于檢修時(shí)間限制及風(fēng)機(jī)振動(dòng)尚處于標(biāo)準(zhǔn)可接受的范圍內(nèi)，因此決定此次例行檢修期間不再對(duì)其處理，而根據(jù)風(fēng)機(jī)此次檢修情況重新制定檢修方案，待鍋爐第二年例行檢修時(shí)再進(jìn)行處理。

檢修后重新分析風(fēng)機(jī)振動(dòng)的原因，有相當(dāng)一部分人員根據(jù)檢修情況認(rèn)為風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡有問題，需要返廠做動(dòng)平衡或在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行動(dòng)平衡。如果返廠做動(dòng)平衡，時(shí)間長(zhǎng)，費(fèi)用大；現(xiàn)場(chǎng)做動(dòng)平衡，如果振動(dòng)的原因不是由動(dòng)平衡引起，每次檢修后風(fēng)機(jī)工況變化，都需要重新做動(dòng)平衡，而且效果未知，因此需要首先確認(rèn)風(fēng)機(jī)是否存在動(dòng)不平衡。

根據(jù)之前的振動(dòng)頻譜圖、時(shí)域波形圖，無法明確肯定是否存在動(dòng)不平衡。根據(jù)旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)理論，不平衡的特征除了在時(shí)域波形圖和頻譜圖上具有穩(wěn)定的1倍頻分量的特征外，還有其他明顯特征，對(duì)轉(zhuǎn)速變化敏感，在相位上中也有明顯特征：同一軸承座水平方向與垂直方向測(cè)得相位差為90°。由于風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間短，并且正常運(yùn)行時(shí)風(fēng)機(jī)沒有啟動(dòng)機(jī)會(huì)，無法通過對(duì)轉(zhuǎn)速敏感這個(gè)特征進(jìn)行判別。因此需要通過相位特征判別是否動(dòng)不平衡。請(qǐng)北京某專業(yè)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)人員進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，結(jié)果如下。

（1）現(xiàn)場(chǎng)采集絕對(duì)振動(dòng)最大點(diǎn)是測(cè)點(diǎn)4的水平方向，為4.5 mm/s。振動(dòng)頻率以轉(zhuǎn)速的1倍頻為主，且有較豐富的諧頻。從速度和加速度的時(shí)域波形看，有很規(guī)律的瞬間向上和向下的沖擊（圖 6、圖 7、圖 8）。

（2）測(cè)點(diǎn)3位置振值相對(duì)測(cè)點(diǎn)4小一些，水平、垂直、軸向振動(dòng)絕對(duì)速度值分別 為 3.0 mm/s、2.5 mm/s、3.0 mm/s。振值總體較小，軸向振動(dòng)比垂直方向大一些，水平和垂直方向振動(dòng)頻率以轉(zhuǎn)速的1倍頻和4倍頻為主；軸向振動(dòng)頻率以轉(zhuǎn)速的1倍頻和5倍頻為主（圖9、圖 10、圖 11）。

（3）現(xiàn)場(chǎng)觀察測(cè)點(diǎn)3垂直、水平方向相位差為169°，測(cè)點(diǎn) 4 的垂直、水平方向相位差為155°。

（4）現(xiàn)場(chǎng)觀察運(yùn)行中的聯(lián)軸節(jié)膜片有較大的變形，且有一片膜片變形方向與其他膜片變形方向相反。

從振動(dòng)監(jiān)測(cè)圖形數(shù)據(jù)分析可以看出：

（1）由于風(fēng)機(jī)同一軸承座水平方向和垂直方向振動(dòng)的相位差在 150°至 170°之間，因此風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子不存在明顯的動(dòng)不平衡問題。

（2）從測(cè)點(diǎn)4的振動(dòng)時(shí)域波形看，該軸承受到了瞬間的沖擊，像部件松動(dòng)產(chǎn)生的，該軸承為滑動(dòng)軸承，可調(diào)心軸承座，結(jié)合軸承座具體結(jié)構(gòu)分析，軸瓦瓦背與軸承座之間配合存在松動(dòng)的可能性較大。

（3）測(cè)點(diǎn)3軸向振值所占比例較高，各方向振動(dòng)頻率以1倍頻、4倍頻和5倍頻為主，現(xiàn)場(chǎng)觀察聯(lián)軸節(jié)膜片有明顯變形，說明機(jī)組對(duì)中可能有問題。

圖6 測(cè)點(diǎn)4水平方向振動(dòng)速度頻譜圖

圖7 測(cè)點(diǎn)4水平方向振動(dòng)速度時(shí)域波形圖

圖8 測(cè)點(diǎn)4水平方向振動(dòng)加速度時(shí)域波形圖

圖9 測(cè)點(diǎn)3水平方向振動(dòng)速度頻譜圖

2012年5月，CFB鍋爐停爐進(jìn)行例行檢修，根據(jù)風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的情況不再對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子做動(dòng)不平衡方面的檢查，而采取了針對(duì)性檢修措施：

（1）檢查發(fā)現(xiàn)調(diào)整螺絲已經(jīng)松動(dòng)，用力矩扳手按說明書規(guī)定的力矩重新擰緊調(diào)整螺絲。

（2）更換聯(lián)軸器膜片，采用激光對(duì)中儀重新找正對(duì)中。

風(fēng)機(jī)檢修完成后試運(yùn)，風(fēng)機(jī)軸承振動(dòng)降低較多，振動(dòng)最大處＜3 mm/s，都處于理想的運(yùn)行區(qū)域，同時(shí)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)平臺(tái)及附近地面振感消失，此次檢修真正消除了風(fēng)機(jī)存在的故障。檢修后風(fēng)機(jī)軸承振動(dòng)數(shù)據(jù)見表3。

圖10 測(cè)點(diǎn)3垂直方向振動(dòng)速度頻譜圖

圖11 測(cè)點(diǎn)3軸向振動(dòng)速度頻譜圖

四、結(jié)束語

比較風(fēng)機(jī)兩次故障分析和檢修情況，其中最主要的區(qū)別在于第一次故障分析雖然已經(jīng)認(rèn)為存在調(diào)整螺絲松動(dòng)的可能性，但未能發(fā)現(xiàn)與消除。主要原因是當(dāng)時(shí)在運(yùn)行狀態(tài)下檢查滑動(dòng)軸承座調(diào)整螺絲，由于風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)軸承受力狀況復(fù)雜，達(dá)到相同效果所用力矩一般需大于規(guī)定力矩，但還用規(guī)定的力矩值去檢查，造成調(diào)整螺絲沒有變化的假象，誤導(dǎo)了后面的檢修安排。因此對(duì)于滑動(dòng)軸承座上帶有調(diào)整軸承緊力的調(diào)整螺絲，盡可能在設(shè)備靜止?fàn)顟B(tài)下調(diào)整。如果在運(yùn)行狀態(tài)下調(diào)整，得到的結(jié)果將可能是不正確的。

表3 檢修后風(fēng)機(jī)振動(dòng)值（2012年5月）mm/s

實(shí)踐表明，狀態(tài)監(jiān)測(cè)為設(shè)備檢修提供準(zhǔn)確的指導(dǎo)，但是需考慮各方面因素，不能僅靠頻譜波形分析，應(yīng)盡可能多的收集相關(guān)設(shè)備信息，綜合運(yùn)用各種有效的分析診斷手段。此外，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)監(jiān)測(cè)時(shí)要重視相位的監(jiān)測(cè)，特別是在確定旋轉(zhuǎn)機(jī)械是否存在動(dòng)不平衡時(shí)，通過相位分析來判別更為有效準(zhǔn)確。

1 盛兆順，伊琦嶺.設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003

2 張碧波.設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011