鍋爐鼓風(fēng)機軸向振動異常分析及處理

王 剛

（大慶煉化公司，黑龍江 大慶 163411）

大慶煉化公司動力裝置共有鍋爐風(fēng)機12臺，是鍋爐蒸汽生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。6#爐鼓風(fēng)機為單吸式（后傾平板葉片12片）、懸臂支撐、柱銷聯(lián)軸器傳動，額定轉(zhuǎn)速1 480r/min（變頻調(diào)速電機），水冷式整體軸承座，其結(jié)構(gòu)簡圖及測點布置如圖1所示。

6#爐鼓風(fēng)機自2009年8月啟機后，因振動超標(biāo)等問題多次進(jìn)行設(shè)備監(jiān)測及檢修，具體表現(xiàn)為風(fēng)機軸承座軸向振動較大，威脅著機組安全經(jīng)濟(jì)運行。經(jīng)綜合分析及檢修驗證發(fā)現(xiàn)，主要為風(fēng)機更換軸承座過程中檢修質(zhì)量不過關(guān)，致使葉輪裝配不當(dāng)，造成軸向振動異常及相應(yīng)故障，監(jiān)測人員在作出準(zhǔn)確診斷同時，及時指導(dǎo)風(fēng)機進(jìn)行應(yīng)急檢修，為設(shè)備穩(wěn)定運行發(fā)揮了較大作用。

一、設(shè)備振動異常概況

2009年8月初，6#爐鼓風(fēng)機檢修，更換風(fēng)機兩處懸臂支撐軸承。8月23日，當(dāng)班巡檢風(fēng)機時，發(fā)現(xiàn)設(shè)備突然出現(xiàn)異常的聲音。巡檢人員采用測振筆對風(fēng)機殼振進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)葉輪側(cè)的軸承座軸向振動異常。監(jiān)測中心采用Bentley snapshot對風(fēng)機現(xiàn)場復(fù)測，測點3水平、垂直、軸向的振動測量值分別為1.16 mm/s、0.87 mm/s、5.14 mm/s，測點4水平、垂直、軸向的振動測量值分別為4.75mm/s、2.42mm/s、10.95mm/s。從振動測量值可看出，風(fēng)機兩處懸臂支撐軸承的軸向振動較高，其中葉輪側(cè)軸向振幅明顯超出ISO10816/3標(biāo)準(zhǔn)。

二、異常振動分析及檢查

因當(dāng)天未針對轉(zhuǎn)速、負(fù)荷與振動能量的變化進(jìn)行試驗，監(jiān)測人員根據(jù)經(jīng)驗，認(rèn)為造成懸臂支撐風(fēng)機軸向振動突然增大，可能的原因有葉輪不平衡、軸承松動、軸彎曲。

振動監(jiān)測頻譜圖2、3、4、5表明，風(fēng)機兩處支撐軸承軸向振動均以1～4倍頻為主，其諧波成分能量大于轉(zhuǎn)頻的1/2，存在較高的噪聲底線；徑向振動則以轉(zhuǎn)頻為主，伴有小幅值倍頻。幾個測點的振動頻譜與軸承松動特征較為類似，而軸承松動故障，能夠造成軸承對中不良，使軸承產(chǎn)生軸向振動。葉輪不平衡和軸彎曲，對懸臂轉(zhuǎn)子軸向振動也能產(chǎn)生影響，但通常轉(zhuǎn)子不平衡、軸彎曲的軸向和徑向都以較大的1X、2X振動為主，而本次監(jiān)測的情況與同類型故障的特點不太一致，因此僅對轉(zhuǎn)子不平衡、軸彎曲存在懷疑。鑒于檢修前，該風(fēng)機就發(fā)現(xiàn)過軸承座磨損、變形，因此監(jiān)測人員懷疑風(fēng)機存在軸承松動、安裝間隙不當(dāng)故障，建議檢查風(fēng)機的軸承安裝及葉輪和轉(zhuǎn)子的情況。

1.首次停機解體檢查

8月26日，檢修人員對風(fēng)機解體檢查：基礎(chǔ)和地腳螺栓等緊固，未見異常；聯(lián)軸器對中，符合技術(shù)要求；聯(lián)軸器側(cè)的軸承座密封存在磨損，軸承外觀無明顯異常；葉輪無異物，風(fēng)機入口調(diào)節(jié)擋板底部斷裂1片（共13片）、脫槽1片；軸頭跳動16道（超過規(guī)定值14道），軸存在彎曲。檢查結(jié)果證實了監(jiān)測人員對軸彎曲的懷疑。風(fēng)機入口調(diào)節(jié)擋板的破損，能夠使入口氣流作用在葉輪的力不均勻，形成一個不平衡力矩，作用到懸臂支撐的轉(zhuǎn)子上，會產(chǎn)生明顯的軸向振動。而對于之前主要懷疑的軸承松動問題，監(jiān)測人員則判斷是轉(zhuǎn)子彎曲造成轉(zhuǎn)子與軸承座密封的磨損，因此軸承殼振體現(xiàn)大量的高次諧波。

根據(jù)檢查情況，檢修人員將軸外委校正，并對風(fēng)機調(diào)節(jié)擋板進(jìn)行修復(fù)。9月4日現(xiàn)場安裝找正后試運行（振動測量值見表1），發(fā)現(xiàn)葉輪側(cè)軸承座軸向振動更加嚴(yán)重為22.5mm/s，聯(lián)軸器側(cè)軸向振動也達(dá)到21.4mm/s，振動嚴(yán)重超標(biāo)。軸承座各點振動以豐富的高幅值倍頻為主，異常頻率、基礎(chǔ)振動不明顯（圖6、7、8、9）。

表1 9月4日鼓風(fēng)機的振動測量值

圖6 聯(lián)軸器側(cè)軸承座垂直振動頻譜圖

圖7 聯(lián)軸器側(cè)軸承座軸向振動頻譜圖

基于軸承各點振值受負(fù)荷變化影響不大以及檢修人員對轉(zhuǎn)子動平衡數(shù)據(jù)、軸承檢查情況的說明，監(jiān)測人員排除了流道進(jìn)氣不均、葉輪不平衡、軸承松動以及軸彎曲等因素，將軸上零件松動列為排查重點，并最終確定對風(fēng)機轉(zhuǎn)子的零部件安裝情況進(jìn)行檢查。

2.二次停機解體檢查及故障原因分析

9月6日，再次解體檢查風(fēng)機。監(jiān)測人員發(fā)現(xiàn)，8月檢修中，風(fēng)機聯(lián)軸器側(cè)軸承座被更換。與原軸承座比較，軸承座位置向電機側(cè)移動了約10～15mm。因葉輪安裝后，葉輪背部與風(fēng)機蝸殼容易發(fā)生摩擦，所以檢修人員在風(fēng)機軸前端安裝了10～12mm的調(diào)整墊片。

正是由于風(fēng)機葉輪內(nèi)孔與軸頸定位配合尺寸發(fā)生變化，造成葉輪與軸配合松動。這種軸上零部件配合松動，能夠引起轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)的破壞。風(fēng)機入口調(diào)節(jié)擋板破損導(dǎo)致的氣動不平衡、葉輪與軸配合松動共同作用于懸臂風(fēng)機轉(zhuǎn)子上，產(chǎn)生明顯的軸向異常振動，這也是聯(lián)軸器側(cè)軸承座密封磨損及轉(zhuǎn)子彎曲等故障產(chǎn)生的原因。

圖9 葉輪側(cè)軸承座軸向振動頻譜圖

三、處理措施

由于加工新軸的周期較長，在時間緊迫的情況下，監(jiān)測人員建議對風(fēng)機的軸進(jìn)行車削。（1）把前端軸承定位臺階往電機一側(cè)車去15mm，后軸承定位臺階則增加15mm的墊片，使兩端軸承保持原有尺寸，這樣可把風(fēng)機的軸整體向葉輪一側(cè)移動，以保證葉輪與軸頸的配合接觸面；（2）更換葉輪軸端擋板，原有擋板厚度不夠，所以重新增厚1倍；（3）轉(zhuǎn)子重新做動平衡，不平衡量達(dá)到5.49g和5.34g，符合允許的不平衡量20g的規(guī)定值。

四、試車情況

檢修后試車，鼓風(fēng)機振動明顯減小，2009年9月11日6#鼓風(fēng)機測點3水平、垂直、軸向振動測量值分別為0.99mm/s、0.78mm/s、1.90mm/s，測點4水平、垂直、軸向振動測量值分別為0.91mm/s、1.76mm/s、5.12mm/s。復(fù)查相關(guān)測點的振動頻譜，除自由端軸承座軸向振動較大，以1、2倍頻為主外，其他軸承座各點振動以轉(zhuǎn)頻為主，頻譜中存在小幅值軸承故障頻率，風(fēng)機基本恢復(fù)到良好運行狀態(tài)，并等待裝置大檢修時更換轉(zhuǎn)子。