淺析軸流式吸風(fēng)機(jī)振動(dòng)增大故障診斷及處理

曹景芳，李生偉，李夢林

（華電國際電力股份有限公司鄒縣發(fā)電廠，山東 濟(jì)寧 272000）

吸風(fēng)機(jī)是燃煤機(jī)組煙氣系統(tǒng)的主要設(shè)備，擔(dān)負(fù)著連續(xù)不斷地把燃燒生產(chǎn)的煙氣及飛灰排出爐外的任務(wù)，同時(shí)，克服煙氣流通過程中的阻力，使?fàn)t膛保持一定的負(fù)壓。發(fā)電廠采用的吸風(fēng)機(jī)一般有2種型式：離心式和軸流式。一般來說，離心式吸風(fēng)機(jī)具有較悠久的發(fā)展歷史，具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、效率較高、制造成本較低、噪音小等優(yōu)點(diǎn)。但隨著鍋爐單級(jí)容量的增大，離心式吸風(fēng)機(jī)的容量已經(jīng)受到葉輪材料強(qiáng)度的限制，不能隨鍋爐單級(jí)容量的增加而相應(yīng)增大，而軸流式吸風(fēng)機(jī)可以做得很大，且具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕，耗電低、低負(fù)荷時(shí)效率高等優(yōu)點(diǎn)。

軸流式吸風(fēng)機(jī)運(yùn)行調(diào)節(jié)有3種方式：動(dòng)葉調(diào)節(jié)、節(jié)流調(diào)節(jié)、變速調(diào)節(jié)和進(jìn)口靜葉調(diào)節(jié)。動(dòng)葉調(diào)節(jié)是通過改變風(fēng)機(jī)葉片的角度，使風(fēng)機(jī)的曲線發(fā)生改變，來實(shí)現(xiàn)改變風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工作點(diǎn)和調(diào)節(jié)風(fēng)量。這種調(diào)節(jié)由于經(jīng)濟(jì)性和安全性較好，而且每個(gè)葉片角度對應(yīng)一條曲線，且葉片角度的變化幾乎和風(fēng)量成線性關(guān)系。節(jié)流調(diào)節(jié)與離心風(fēng)機(jī)的原理相似，采用節(jié)流調(diào)節(jié)是最不經(jīng)濟(jì)的。變速調(diào)節(jié)和進(jìn)口靜葉調(diào)節(jié)時(shí)系統(tǒng)阻力不變，風(fēng)量隨風(fēng)機(jī)特性曲線的改變而改變，風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)易進(jìn)入不穩(wěn)定工況區(qū)域運(yùn)行。

某電廠3#鍋爐B吸風(fēng)機(jī)于2013年6月隨脫銷工程改造，換型為沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的ASS-2900/2100-1KQ型、單級(jí)軸流吸風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)為動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)，每臺(tái)爐的2臺(tái)風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，順式布置，垂直進(jìn)氣，水平出氣。電機(jī)額定功率2500kW，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速990r/min，葉片外徑2900mm、葉輪輪轂直徑2100mm，葉片數(shù)量24片。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子采用整體軸承箱，軸承箱采用SKF滾動(dòng)軸承，共有3套，軸承型號(hào)分別為：NU1010MA、23240CC/W33、29344E。

風(fēng)機(jī)共1個(gè)油站，2臺(tái)油泵，一運(yùn)一備，油泵出口壓力5.0MPa，高壓油供動(dòng)葉調(diào)整，高壓油經(jīng)減壓閥減壓，供風(fēng)機(jī)軸承、電機(jī)軸承潤滑。

風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)包括：進(jìn)口消音器、進(jìn)口膨脹節(jié)、進(jìn)口風(fēng)箱、機(jī)殼、轉(zhuǎn)子、擴(kuò)壓器、聯(lián)軸器及其保護(hù)罩、調(diào)節(jié)裝置及執(zhí)行機(jī)構(gòu)、液壓及潤滑供油裝置和測量儀表、風(fēng)機(jī)出口膨脹節(jié)、進(jìn)出口配對法蘭。電動(dòng)機(jī)通過中間軸傳動(dòng)風(fēng)機(jī)主軸。

1 故障現(xiàn)象

3#爐B吸風(fēng)機(jī)安裝有2個(gè)在線振動(dòng)測點(diǎn)，振動(dòng)探頭固定在風(fēng)機(jī)軸承箱上，在線水平方向振動(dòng)測點(diǎn)安裝在軸承箱靠近葉輪側(cè)，為風(fēng)機(jī)軸承箱非驅(qū)動(dòng)端水平方向；在線垂直方向測點(diǎn)安裝在軸承箱靠近聯(lián)軸器側(cè)，為風(fēng)機(jī)軸承箱驅(qū)動(dòng)端垂直方向。2019年12月28日，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)3#鍋爐B吸風(fēng)機(jī)振動(dòng)值在逐步增大，調(diào)取歷史數(shù)據(jù)曲線，在線水平振動(dòng)從2019年12月18日1.5mm/s增大至12月28日2.8mm/s，振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)≤4.6mm/s，后跟蹤發(fā)現(xiàn)振動(dòng)一直增大，在線垂直振動(dòng)趨勢與水平振動(dòng)一致，但幅值略小。2020年1月7日，風(fēng)機(jī)在線水平振動(dòng)為6.1mm/s（軸承箱），超過報(bào)警值，而就地測量振動(dòng)值為1.8mm/s（機(jī)殼）。于1月8日7點(diǎn)14分停風(fēng)機(jī)進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，葉輪上有少量積灰，予以清理，8日22點(diǎn)41分啟動(dòng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行，在線振動(dòng)值在5.0mm/s左右。

2 原因分析

2.1 振動(dòng)數(shù)據(jù)對比

2020年1月9日，該廠聯(lián)系作者對3#爐B吸風(fēng)機(jī)振動(dòng)增大進(jìn)行診斷分析，在了解3#爐B吸風(fēng)機(jī)的振動(dòng)發(fā)展情況后，要求該廠技術(shù)人員先用手持式振動(dòng)表對3#、4機(jī)組同類型的四臺(tái)吸風(fēng)機(jī)殼體軸承箱位置處振動(dòng)情況進(jìn)行了測量，以判斷在線振動(dòng)測量數(shù)值是否準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)如下：

3#爐A吸風(fēng)機(jī)：在線振動(dòng)值水平1.25mm/s，垂直1.31mm/s，手持式振動(dòng)表測量殼體振動(dòng)值水平1.1mm/s；

3#爐B吸風(fēng)機(jī)：在線振動(dòng)值水平4.98mm/s，垂直4.27mm/s，手持式振動(dòng)表測量殼體振動(dòng)值水平1.5mm/s；

4#爐A吸風(fēng)機(jī)：在線振動(dòng)值水平0.4mm/s，垂直0.24mm/s，手持式振動(dòng)表測量殼體振動(dòng)值水平0.6mm/s；

4#爐B吸風(fēng)機(jī)：在線振動(dòng)值水平0.66mm/s，垂直0.43mm/s，手持式振動(dòng)表測量殼體振動(dòng)值水平0.7mm/s。

從上述數(shù)據(jù)可以看出，3#爐B吸風(fēng)機(jī)在線振動(dòng)值與現(xiàn)場殼體測量振動(dòng)值偏差較大，而其他3臺(tái)風(fēng)機(jī)在線振動(dòng)值與現(xiàn)場測量振動(dòng)值基本一致。根據(jù)多年振動(dòng)診斷經(jīng)驗(yàn)，對單級(jí)軸流式風(fēng)機(jī)而言，風(fēng)機(jī)殼體振動(dòng)測量值與在線測量的振動(dòng)值基本一致，且一般機(jī)殼振動(dòng)值略大于軸承箱振動(dòng)值。但3#爐B吸風(fēng)機(jī)兩者差別較大，分析有2種可能性：一是若在線振動(dòng)值與機(jī)殼振動(dòng)測量值都是正確的，則風(fēng)機(jī)可能存在軸承箱固定螺栓松動(dòng)，或支撐軸承箱的筋板焊縫出現(xiàn)裂紋；二是若固定螺栓沒有松動(dòng)、焊縫沒有出現(xiàn)裂紋，則在線振動(dòng)測量存在不準(zhǔn)確的問題，需要排查測量系統(tǒng)查找造成測量不準(zhǔn)確的因素。

2.2 振動(dòng)診斷

1月10日，對3#爐B吸風(fēng)機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場振動(dòng)診斷，因風(fēng)機(jī)在運(yùn)行狀態(tài)，離線式振動(dòng)分析儀傳感器無法放入軸承箱，僅在殼體進(jìn)行了振動(dòng)測量。殼體振動(dòng)測量有以下特征，見圖1～3。

圖1 風(fēng)機(jī)殼體頻譜圖

圖2 風(fēng)機(jī)殼體解調(diào)頻譜圖

出現(xiàn)較高幅值的24X轉(zhuǎn)速頻率。24X轉(zhuǎn)速頻率為葉片通過頻率，分析葉片有故障點(diǎn)，需要檢查風(fēng)機(jī)葉片狀態(tài)。

出現(xiàn)1X轉(zhuǎn)速頻率及其諧波頻率，說明存在C型機(jī)械松動(dòng)。

出現(xiàn)8.18X轉(zhuǎn)速頻率及其諧波頻率，并有底噪出現(xiàn)。8.18X轉(zhuǎn)速頻率為非整數(shù)倍轉(zhuǎn)速頻率，在滾動(dòng)軸承設(shè)備中，此故障頻率一般為軸承故障頻率。滾動(dòng)軸承故障頻率與滾動(dòng)體直徑、滾動(dòng)體數(shù)目、節(jié)圓直徑、接觸角有關(guān)，計(jì)算公式如下：

FTF=r/60×1/2×(1-d/D×cosα)

BPFI=r/60×1/2×n(1+d/D×cosα)

BPFO=r/60×1/2×n(1-d/D×cosα)

BSF=r/60×1/2×D/d×[1-(d/D)^2×cos^2(α)]

其中，F(xiàn)TF為保持架故障特征頻率；BPFI為內(nèi)圈故障特征頻率；BPFO為外圈故障特征頻率；BSF為滾動(dòng)體故障特征頻率；r為軸承轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/分鐘；n為滾珠個(gè)數(shù)；d為滾動(dòng)體直徑；D為軸承節(jié)圓直徑；α為滾動(dòng)體接觸角（contact angle）。

該風(fēng)機(jī)軸承箱內(nèi)共有3套滾動(dòng)軸承，軸承型號(hào)分別為NU1010MA 23240CC/W33 29344E，SKF生產(chǎn)，根據(jù)滾動(dòng)軸承故障特征頻率計(jì)算各故障特征頻率如下：

軸承NU1040MA：FTF=0.4490，BSF=4.85，PFO=10.776，BPFI=13.22；軸承23240CC/W33：FTF=0.4328，BSF=3.55，BPFO=8.22，BPFI=10.776；軸承29344E：FTF=0.4577，BSF=3.73，BPFO=10.07，BPFI=11.93。

但由于滾動(dòng)軸承在運(yùn)行中出現(xiàn)磨損造成接觸角等參數(shù)的變化，實(shí)際軸承故障特征頻率與計(jì)算故障特殊頻率略有不同但相近，分析8.18X與8.22X相近，分析該故障特征頻率為推力軸承23240CC/W33外圈故障特征頻率。

解調(diào)波形圖中沖擊達(dá)27g，見圖3?？紤]到該信號(hào)是在軸承殼體上采集的，距離軸承箱中間有一較大空腔，信號(hào)會(huì)出現(xiàn)大幅衰減，如在軸承箱上測量數(shù)據(jù)要遠(yuǎn)大于此。

圖3 風(fēng)機(jī)殼體解調(diào)波形圖

綜合上述信息，3#爐B吸風(fēng)機(jī)存在以下問題：

（1）風(fēng)機(jī)葉輪有一葉片出現(xiàn)故障；（2）風(fēng)機(jī)推力軸承外圈出現(xiàn)嚴(yán)重磨損；（3）風(fēng)機(jī)測量系統(tǒng)存在測量不準(zhǔn)確問題或風(fēng)機(jī)軸承箱固定螺栓松動(dòng)、支撐軸承箱的筋板焊縫出現(xiàn)裂紋。

1月14日，再次對3#爐B吸風(fēng)機(jī)進(jìn)行振動(dòng)診斷，發(fā)現(xiàn)推力軸承23240CC/W33外圈故障特征頻率8.18X轉(zhuǎn)速頻率幅值出現(xiàn)明顯增大，并出現(xiàn)23240CC/W33內(nèi)圈故障特征頻率10.8X轉(zhuǎn)速頻率及其諧波頻率，見圖4，軸承內(nèi)、外圈故障頻率均已出現(xiàn)，在軸承內(nèi)外圈均磨損加劇的情況下，分析軸承滾動(dòng)體也會(huì)出現(xiàn)磨損，判斷風(fēng)機(jī)軸承劣化加速，按軸承故障發(fā)展九個(gè)階段劃分，推力軸承23240CC/W33內(nèi)圈、外圈及滾動(dòng)體均已嚴(yán)重磨損，軸承狀態(tài)已進(jìn)入故障發(fā)展的第8個(gè)階段。

圖4 風(fēng)機(jī)殼體振動(dòng)頻譜對比圖（1月10日與1月14日）

2.3 檢修建議

根據(jù)測量信息對軸承剩余壽命進(jìn)行評(píng)估，發(fā)現(xiàn)軸承已進(jìn)入故障發(fā)展的最后階段，需要制定檢修方案盡快檢修，因時(shí)間已臨近春節(jié)放假，考慮到轉(zhuǎn)子本廠無法檢修，需要外送檢修，維修廠家人員大多已經(jīng)放假，該廠計(jì)劃在春節(jié)后進(jìn)行3#爐B吸風(fēng)機(jī)的檢修工作，建議檢修內(nèi)容如下：

（1）風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子外運(yùn)檢修，解體軸承箱檢查軸承磨損情況，檢查葉片并解體輪轂檢查葉柄軸承磨損情況；（2）檢查軸承箱固定螺栓有無松動(dòng)情況；（3）對支撐軸承箱筋板焊縫進(jìn)行表面探傷，檢查是否出現(xiàn)焊縫裂紋；（4）檢查風(fēng)機(jī)在線振動(dòng)測量系統(tǒng)，對傳感器進(jìn)行校驗(yàn)，檢查測點(diǎn)信號(hào)線是否老化；（5）檢查風(fēng)機(jī)軸承潤滑系統(tǒng)，對潤滑油進(jìn)行油質(zhì)化驗(yàn)。根據(jù)軸承剩余壽命評(píng)估，3#爐B吸風(fēng)機(jī)軸承箱維持運(yùn)行的剩余時(shí)間已很短，在春節(jié)假期過后要盡快停運(yùn)維修，在停運(yùn)前的時(shí)間一定要加強(qiáng)監(jiān)督，一旦發(fā)現(xiàn)振動(dòng)增大、噪聲出現(xiàn)或在線監(jiān)測軸承溫度升高，立即停運(yùn)轉(zhuǎn)入檢修，并提前做好轉(zhuǎn)子維修事宜的安排工作。

3 檢修情況

2月5日、7日，監(jiān)督3#爐B吸風(fēng)機(jī)在線振動(dòng)值增大至6.5mm/s，現(xiàn)場噪聲明顯增大。診斷軸承故障嚴(yán)重，需要立即停運(yùn)風(fēng)機(jī)進(jìn)行檢修檢查。2月7日，風(fēng)機(jī)停運(yùn)轉(zhuǎn)入檢修。

3.1 轉(zhuǎn)子檢修情況

（1）吸風(fēng)機(jī)推力軸承損壞，滾動(dòng)體、內(nèi)圈、外圈有較大的麻坑，見圖5～7。更換軸承箱3套軸承及軸承箱密封。

圖5 滾動(dòng)體損壞

圖6 內(nèi)圈有麻坑

圖7 外圈磨損嚴(yán)重圖

（2）解體轉(zhuǎn)子輪轂，發(fā)現(xiàn)6#葉片對應(yīng)的葉柄軸承，滾珠有一道溝痕，長×寬×深約15×2×2mm，見圖8。更換葉柄軸承1套，更換葉片固定螺栓24×6=144個(gè)。

圖8 葉柄軸承損壞

3.2 軸承潤滑系統(tǒng)檢查情況

軸承箱內(nèi)及底部有較多金屬屑，回油濾網(wǎng)上有黃色金屬屑。

3.3 軸承箱固定螺栓及支撐軸承箱筋板焊縫檢查情況

（1）檢查軸承箱固定螺栓，無松動(dòng)。（2）對支撐軸承箱筋板焊縫進(jìn)行表面探傷，未發(fā)現(xiàn)裂紋。

3.4 在線振動(dòng)測量系統(tǒng)檢查情況

檢查發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)振動(dòng)測點(diǎn)信號(hào)線老化。更換振動(dòng)測點(diǎn)信號(hào)線。

4 修后情況

3#爐B吸風(fēng)機(jī)運(yùn)行良好，在線振動(dòng)值非驅(qū)動(dòng)端水平方向0.56mm/s，驅(qū)動(dòng)端垂直方向0.36mm/s，無異常噪聲。修后至今，一直運(yùn)行良好。

5 結(jié)語

應(yīng)用振動(dòng)精密診斷技術(shù)，可以準(zhǔn)確分析風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)故障原因，評(píng)估風(fēng)機(jī)軸承壽命，有針對性地安排檢修項(xiàng)目和檢修時(shí)間，避免設(shè)備非計(jì)劃停運(yùn)，為檢修項(xiàng)目和檢修最佳時(shí)間提供技術(shù)支撐。