CFB鍋爐大型風機振動故障診斷及處理

陳孟干 鄧雨生

（中國石化茂名石化動力廠 廣東茂名）

一、概述

某熱電裝置有兩臺CFB鍋爐，每臺各配有1臺一次風機、1臺二次風機和1臺引風機。一次風機的轉速1460 r/min，額定功率2500 kW，全壓為22 kPa，流量335610 m3/h。風機結構型式為雙吸單出雙支撐單級離心風機，風機與電機間采用帶加長節的膜片聯軸器聯接，風機軸承采用進口道奇（DODGE）帶座滑動軸承，風機前后軸承各有一個bently1900測振探頭。

二、存在問題

2010年1#CFB鍋爐的一次風機在檢修后運行過程中非驅動端軸承振動增大，從開機時＜3 mm/s增大到4.5 mm/s，振動絕對值雖然還未超出允許值，但風機軸承尤其是非驅動端軸承基礎平臺及平臺周邊2～3 m范圍內地面振感強烈，而2#CFB鍋爐一次風機軸承振動在2 mm/s以下，可以確定1#CFB鍋爐的一次風機存在某種機械故障。

三、故障診斷及處理

圖1 道奇（DODGE）帶座滑動軸承外形

道奇軸承在頂部有一個調整螺絲用以調整軸瓦緊力（圖1），按照風機廠家說明書要求，軸承安裝時需將力矩扳手調整至2500 in.lb（約282 N·m）擰緊調整螺絲。發現軸承振動增大后，將力矩扳手調整至280 N·m重新上緊，調整螺絲不動。對機組振動進行監測，以進一步分析故障原因，風機測點布置見圖2。

圖2 風機測點布置

由表1可知，風機測點4水平方向振動最大，振動值為4.7 mm/s。從測點4水平方向測點的時域波形（圖3）和振動速度頻譜（圖4）可以看出，振動頻譜主要表現為1倍頻，同時伴隨較豐富的諧頻，從時域波形來看，有周期性沖擊碰摩現象；而測點3的振動速度頻譜有豐富諧頻及整分數倍頻率（圖5）。分析認為可能原因為：①軸瓦磨損或軸瓦間隙偏大；②機組動靜部分間隙不均造成周期性的碰摩，可能是風機軸封碰摩或葉輪與機殼處氣隙過小引起摩擦；③轉子的運行過程出現不平衡或不對中。

表1 風機檢修前振動值 mm/s

圖3 測點4水平方向振動時域波形圖（檢修前）

圖4 測點4水平方向振動速度頻譜圖（檢修前）

圖5 測點3軸向振動速度頻譜圖（檢修前）

2011年5月，鍋爐停爐進行年度例行檢修，借此機會對風機進行檢查，重點是針對狀態監測分析的原因做相應檢查。①檢查風機軸瓦，風機軸瓦完好。根據廠家圖紙要求重新調整風機軸瓦間隙、找正對中。②檢查軸封，發現鋁制軸封有較大磨損，軸封間隙已很大，根據磨痕及風機后期正常運行軸封漏風情況判斷，軸封應是在運行初期就已磨損，振動并非軸封碰摩引起。檢查葉輪與機殼處氣隙為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的原因。③檢查風機葉輪，葉輪完好，表面沒有明顯積灰，但還是要求維護人員對葉輪表面進行了仔細清理。

風機檢修完成隨即進行試運，發現振動沒有得到明顯改善，基礎平臺及附近地面振感沒有變化，并且風機在投用帶正常負荷后振動與檢修前基本一致。風機檢修后試運振動數據見表2。

表2 風機檢修后振動值（2011年5月）mm/s

由于檢修時間限制及風機振動尚處于標準可接受的范圍內，因此決定此次例行檢修期間不再對其處理，而根據風機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再進行處理。

檢修后重新分析風機振動的原因，有相當一部分人員根據檢修情況認為風機轉子動平衡有問題，需要返廠做動平衡或在現場進行動平衡。如果返廠做動平衡，時間長，費用大；現場做動平衡，如果振動的原因不是由動平衡引起，每次檢修后風機工況變化，都需要重新做動平衡，而且效果未知，因此需要首先確認風機是否存在動不平衡。

根據之前的振動頻譜圖、時域波形圖，無法明確肯定是否存在動不平衡。根據旋轉機械振動理論，不平衡的特征除了在時域波形圖和頻譜圖上具有穩定的1倍頻分量的特征外，還有其他明顯特征，對轉速變化敏感，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得相位差為90°。由于風機啟動時間短，并且正常運行時風機沒有啟動機會，無法通過對轉速敏感這個特征進行判別。因此需要通過相位特征判別是否動不平衡。請北京某專業設備狀態監測人員進行狀態監測，結果如下。

（1）現場采集絕對振動最大點是測點4的水平方向，為4.5 mm/s。振動頻率以轉速的1倍頻為主，且有較豐富的諧頻。從速度和加速度的時域波形看，有很規律的瞬間向上和向下的沖擊（圖 6、圖 7、圖 8）。

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

（3）現場觀察測點3垂直、水平方向相位差為169°，測點 4 的垂直、水平方向相位差為155°。

（4）現場觀察運行中的聯軸節膜片有較大的變形，且有一片膜片變形方向與其他膜片變形方向相反。

從振動監測圖形數據分析可以看出：

（1）由于風機同一軸承座水平方向和垂直方向振動的相位差在 150°至 170°之間，因此風機轉子不存在明顯的動不平衡問題。

（2）從測點4的振動時域波形看，該軸承受到了瞬間的沖擊，像部件松動產生的，該軸承為滑動軸承，可調心軸承座，結合軸承座具體結構分析，軸瓦瓦背與軸承座之間配合存在松動的可能性較大。

（3）測點3軸向振值所占比例較高，各方向振動頻率以1倍頻、4倍頻和5倍頻為主，現場觀察聯軸節膜片有明顯變形，說明機組對中可能有問題。

圖6 測點4水平方向振動速度頻譜圖

圖7 測點4水平方向振動速度時域波形圖

圖8 測點4水平方向振動加速度時域波形圖

圖9 測點3水平方向振動速度頻譜圖

2012年5月，CFB鍋爐停爐進行例行檢修，根據風機狀態監測的情況不再對風機轉子做動不平衡方面的檢查，而采取了針對性檢修措施：

（1）檢查發現調整螺絲已經松動，用力矩扳手按說明書規定的力矩重新擰緊調整螺絲。

（2）更換聯軸器膜片，采用激光對中儀重新找正對中。

風機檢修完成后試運，風機軸承振動降低較多，振動最大處＜3 mm/s，都處于理想的運行區域，同時風機基礎平臺及附近地面振感消失，此次檢修真正消除了風機存在的故障。檢修后風機軸承振動數據見表3。

圖10 測點3垂直方向振動速度頻譜圖

圖11 測點3軸向振動速度頻譜圖

四、結束語

比較風機兩次故障分析和檢修情況，其中最主要的區別在于第一次故障分析雖然已經認為存在調整螺絲松動的可能性，但未能發現與消除。主要原因是當時在運行狀態下檢查滑動軸承座調整螺絲，由于風機運行時軸承受力狀況復雜，達到相同效果所用力矩一般需大于規定力矩，但還用規定的力矩值去檢查，造成調整螺絲沒有變化的假象，誤導了后面的檢修安排。因此對于滑動軸承座上帶有調整軸承緊力的調整螺絲，盡可能在設備靜止狀態下調整。如果在運行狀態下調整，得到的結果將可能是不正確的。

表3 檢修后風機振動值（2012年5月）mm/s

實踐表明，狀態監測為設備檢修提供準確的指導，但是需考慮各方面因素，不能僅靠頻譜波形分析，應盡可能多的收集相關設備信息，綜合運用各種有效的分析診斷手段。此外，進行旋轉機械振動監測時要重視相位的監測，特別是在確定旋轉機械是否存在動不平衡時，通過相位分析來判別更為有效準確。

1 盛兆順，伊琦嶺.設備狀態監測與故障診斷技術及應用［M］.北京：化學工業出版社，2003

2 張碧波.設備狀態監測與故障診斷［M］.北京：化學工業出版社，2011