鍋爐一次風機軸向振動大成因分析及改進

朱建洛

（河南省安裝集團有限責任公司，河南洛陽 471000）

0 引言

一次風機是鍋爐的重要輔機設備，檢修維護工作量大，有較高的技術要求。本次研究的一次風機為1854B/1476，轉速1480 r/min，全壓力19 415 Pa，風量143.48 m3/s。一次風機結構為單吸離心式風機，軸承是雙向滾柱軸承，外部2個軸承體雙側支撐主軸，使用單支點雙向固定方式固定軸承的軸向。原軸承箱底座為柔性支撐，后由于風機穩定性的需求，改成剛性支撐。風機改造后的其他參數滿足使用需求，但存在軸向振動大的問題，導致停運檢修，影響正常運行。

1 鍋爐一次風機軸向振動大的成因分析

1.1 主軸膨脹

經過長期跟蹤發現，一次風機正常運行時期，軸向振動接近標準的上限，達到（80～100）μm，如果晝夜溫差＞13 ℃，風機軸向振動明顯增加，尤其在晝夜溫差大的季節，止推軸承箱振動的最大值為80 μm，支撐軸承箱的振動幅度達到3217 μm。受一次風機軸向振動大的影響，出現多次停運檢修的情況，影響機組的正常運行。介質溫度對一次風機軸承箱的軸向溫度有明顯影響，晝夜溫差大，入口介質的溫差也會隨之增加。當日溫差＞13℃，入口介質溫度達到27℃，產生軸向周期性振動。溫度影響一次風機軸向振動，主要與主軸的膨脹有關[1-2]。軸周圍介質的最高溫度用t表示，熱伸長值用l表示，軸承間的軸長度用L表示，軸的熱伸長值可以用公式l=1.2L（t+50）/100計算。一次風機主軸D的2個軸承之間的軸距為4089 mm。介質入口溫度以14℃為最低溫度，熱伸長值為3.14 mm，以27℃為最高溫度，熱伸長值為3.78 mm，有0.64 mm的膨脹差。在正常情況下，支撐軸外圈在軸承箱內的軸向位置，隨著介質溫度的變化，為適應膨脹的變化會有所改變。如圖1所示，隨著環境溫度的變化，軸向振動隨之改變，主軸熱膨脹或收縮，都不能得到有效補償，主軸的正常膨脹受到明顯的影響。由于熱應力的作用，主軸出現臨時性的弓形彎曲，導致一次風機出現軸向振動。

1.2 底座變形

圖2為改造前一次風機轉子組結構，支承軸承箱底座長500 mm，高1185 mm，是A3鋼焊接件，底座的剛度比較差，即便擾動力很小，也會產生大的軸向振動。軸承箱軸向水平度的安裝數據為0.02 mm，檢修后為0.55 mm，主軸水平度安裝數據0.02 mm，檢修后為0.18 mm，軸承箱和主軸的同軸度安裝數據0.03 mm，檢修后0.44 mm，主軸橫向收縮間隙安裝2.7 mm，檢修后0.7 mm。由于底座變形，軸承出現不對中的現象，導致明顯的轉子不平衡響應，一次風機出現軸向振動問題。相比安裝時，主軸水平度有較大的差距，軸系角度不對中，附加軸向力產生，導致轉子的軸向振動。

圖2 改造前風機轉子組結構

1.3 軸承間隙

根據設備的技術規定，止推軸承軸向沒有間隙，軸承外圈和軸承箱徑向有（0～0.02）mm的間隙，支承軸軸向膨脹側自由延伸，同時收縮側間隙3 mm。支承軸承徑向的預緊力的存在，對正常軸向位移產生影響。支承軸軸承徑向也作為游動支承發揮作用，但位移受到阻礙，影響軸膨脹，增加了熱應力，導致振動的產生。

1.4 支承系統

通過檢查發現在支承軸承箱底座上，存在不合理的基礎臺板固定，臺板寬600 mm，實際使用的墊鐵長為120 mm，但應該使用的墊鐵長620 mm，與相關規定不符。底盤出現松動，主要是由于左前側腳螺栓剛度低，由于溫度升高和外力的作用，底盤產生空隙，降低了機械的阻抗能力。即使出現極小的不對中問題，都會導致大的軸向振動，影響正常運行。

2 改進措施

2.1 使用鑄鐵底座

一次風機原使用的是A3鋼焊接件支承軸承箱底座，為鋼結構底座，為改善軸向振動問題，使用鑄鐵底座。改變底座的幾何形狀，使用菱形更換原來的梯形。底座高度從1185 mm降為345 mm。菱形底座與腳螺栓連接，支承使用10組墊鐵，根據情況對底座位置進行調整。通過增加底座的抵抗軸向變形能力，以及底座的減振性能，改善風機軸向振動大的問題。改造后的轉子組結構見圖3。

圖3 改造后風機轉子組結構

2.2 調整間隙

要保證間隙的配合，主要是在支承軸承外圈，綜合考慮調整徑向間隙，改為（-0.04～-0.02）mm，使其能夠充分考慮可能造成跑外圈的后果，徑向間隙過大對載荷去內滾動體數和軸承支承剛度的影響，滿足使用需求。軸向膨脹間隙依舊自由延伸，軸向收縮間隙為3 mm，保證在軸承箱內，外圈可以隨著主軸熱伸長量的變化而自由變化，減少振動的可能。

2.3 改造支承軸承箱基礎

將后軸承座以下的混凝土基礎和底盤全部去除，將軸承箱基礎尺寸線引出，沿鉆孔到作業面50 cm以下的地方，依據設計標高植筋、配筋。清理干凈作業面，連接鋼筋和入口風箱的基礎鋼筋，結合新舊混凝土，保證結合的可靠性和有效性。對混凝土進行重新澆灌，保證底座軸向變形的減少，以及支承軸承箱底座高度的降低，使基礎剛度增加，減少一次風機的軸向振動。

3 改造效果分析

通過對鍋爐一次風機軸向振動大的原因分析以及相應的技術改造，明顯降低了一次風機支承軸承箱的軸向振動，介質溫度的影響明顯消除，振動最大值為25 μm，減少了維修工作次數和工作量，保障機組的正常運行。

風機軸承振動是常見的運行故障，異常振動會損壞風道和機殼、引起螺栓松動、損壞葉片和軸承等部件。風機振動有多種成因，如不停爐處理非工作面葉片積灰引起的問題。氣體進入葉輪后，和旋轉葉片工作面有一定的角度，產生一定的漩渦，在漩渦作用下，灰粒就會在非工作面上沉積[3-4]。最容易積灰的地方是機翼型的葉片。積灰積累到一定程度，在離心力的作用下，就會將積灰甩出。積灰通常是不均勻的，甩出也是不同步的，就會導致葉輪質量的不平衡分布，增加風機的振動。通常需要臨時停爐，進行人工檢修，將葉輪上的積灰清除。檢修時間長，勞動強度大，并且存在不安全因素，因此可以采用加裝噴嘴的方式，在機殼的喉舌處加裝不同角度的噴嘴，將其連接沖灰水泵，利用葉輪的慣性作用對非工作面進行噴洗，解決風機振動問題。

地腳螺栓折斷會導致振動，在冷卻水流通、油位、軸溫等都正常的情況下，可能由于風機葉輪導致的振動。軸承箱墊鐵下出現小幅度振動，沒有滑出墊鐵的現象，通常有一個螺桿折斷的問題，螺母松動，墊圈碎斷，軸承箱和轉子出現共振，導致軸承振動問題[5-6]。可以用傳統方法進行維修，地腳螺母接地，或者綁焊螺柱，修復螺栓。

風機軸承損壞會引起振動，在運行中，滾動軸承出現緊定套松動、游動間隙超標、燒壞等故障，都會導致振動。需要詳細檢查軸承，更換游隙超標的軸承和損壞的軸承，重新調整軸承的頂部間隙，緊固軸承的緊定套。如果檢查維修后振動仍然較大，說明不是造成風機軸承振動的主要原因，需要重新檢修。

聯軸器中心不對中，常會導致風機的振動。地腳螺栓松動、軸承磨損、檢修工藝不到位等，都會出現聯軸器不同心的問題。因此需要在對風機軸承檢查后，檢查緊固地腳螺栓、各部的連接螺栓，損壞的彈簧片進行及時更換，重新校驗同心度，使誤差降到最低。聯軸器中心不對中不僅導致風機軸承振動大，也會導致電機軸承振動大。

依據風機理論，風機轉子的臨界轉速與風機的運行轉速過于接近，或者運行工況不穩定的情況下，都會導致風機暫時的嚴重振動，在穩定的工況區，風機就會平穩工作，但與一次風機連續劇烈振動不同。風機轉子動不平衡也會引起振動，輸送介質含有的固體顆粒會加快風機內部的磨損，導致轉子質量不平衡[7]。一次風機輸送的介質為清潔的空氣，磨損相對小，通常是排粉風機和引風機的問題。在實際檢修工作中，需要通過合理分析，靈活觀察和檢測，找到造成一次風機軸承振動大的主要原因，采取相應的措施進行改進。

4 結語

作為鍋爐的重要設備之一，一次風機出現故障嚴重影響鍋爐的安全運行，對于鍋爐一次風機軸向振動大的問題，要加強分析和積累經驗，及時解決問題。鍋爐一次風機通過提高支承軸承連接剛度，降低底座高度，改善過渡配合的松度等，控制剛度不足引發的軸向振動，改造鋼結構底座，調整支承軸承外圈和軸承箱的間隙，提高減振性能，保證機組的安全運行。