3#汽輪鼓風機振動故障診斷分析及處理

（攀鋼釩公司能源動力分公司，四川攀枝花 617000）

引言

攀鋼釩公司能動分公司3#汽輪鼓風機是煉鐵廠高爐送風系統重要的組成部分，其運轉正常與否直接關系到高爐的生產，故對其進行狀態監測和故障診斷是十分必要的。2019 年8 月17 日，3#汽輪鼓風機大修完在開車試車過程中，當轉速升到3700 r/min時，3瓦振動72 μm、4瓦振動73 μm，經暖機反復降轉、多次試驗，風機軸瓦振動依然超標，無法在3700 r/min繼續加轉試車。機組不能升速到正常工作轉速，為了盡快查明原因，消除故障，我們對振動原因進行了診斷分析。

1 汽輪鼓風機結構及技術參數

汽輪鼓風機結構簡圖見圖1。

圖1 機組結構及測點圖

主要技術參數:

功率：12000 kW;

工作轉速：3700～4200 r/min;

汽輪機一階臨界：2502 r/min;

進汽壓力：3.5 MPa;

鼓風機為Z-3650-52型軸流式風機，轉子是鼓形焊接結構，轉子焊接加工后車出10 級動葉槽道，動葉采用扭轉葉片，材質為2Cr13,轉子重量6300 kg，臨界轉速7310 r/min，高于工作轉速，故轉子為剛性轉子。

一階臨界轉速：7310 r/min;

工作轉速：3700～4200 r/min。

2 故障診斷

利用HY-860C 單通道點檢儀對機組振動進行檢測，8 月17 日開機時轉速升到3700 r/min 時鼓風機3 瓦推力瓦垂直方向頻譜圖，見圖2。在譜圖中，除了1倍頻以外，還伴有3倍、2倍、4倍振動頻率，由于在非線性系統中，不平衡也要激發諧波分量，初步判斷為軸系不平衡及存在輕微動靜摩擦。

圖2 風機推力瓦垂直振動速度信號

風機轉速3700 r/min 時4 瓦垂直方向的頻譜圖，見圖3，振動信號主要反應在1 倍頻。根據風機推力瓦、3瓦、4瓦振動信號，我們經分析判斷為風機轉子存在不平衡，有輕微摩擦部位需解體檢查。

圖3 風機4瓦垂直振動速度信號

8 月18 日盤車停運后對軸瓦分解，風機缸體解體檢修中發現：第4級葉動葉片與缸體摩擦、高壓側部分氣封片脫出；3 瓦、4 瓦及風機推力瓦未發現明顯故障。對風機轉子離線動平衡試驗轉子殘余不平衡量在標準允許范圍內。對轉子高壓側脫出部分氣封重新安裝、第四級動葉片打磨、風機通流間隙復查、軸系中心復查。

8月20日21:00檢修完，油循環合格后再次開機試車，3 瓦、4 瓦及風機推力瓦振動大，升速到3900 r/min時軸瓦最大振動90 μm，試車不合格,停機。

根據風機3瓦振動頻譜信號反應來看（見圖4），有較高的1倍頻、其次有半頻信號及2、3、4、5、7、8、9倍頻率及更高頻率信號。風機4瓦振動信號見圖5，振動信號主要反應在1倍頻。根據大型旋轉設備故障診斷技術理論、現場故障診斷經驗判定機組存在軸系不平衡、松動兩種故障。

圖4 風機3瓦垂直振動速度信號

圖5 風機4瓦垂直振動速度信號

在第二次試車前對機組揭缸、動平衡校驗合格、通流間隙調整合格、軸瓦恢復時按技術標準要求，軸瓦水平揚度均在標準允許范圍內，試車怎么會出現不平衡和松動信號呢？

首先，3#機風機轉子本次大修是送專業廠家對一至十級動葉片檢修更換，高低壓側氣封片更換，轉子更換葉片后由檢修單位做高速動平衡，見圖6，高速動平衡轉速只能到3900 r/min,超過3900 r/min平衡機軸瓦振動超標，動平衡轉速未能到最大工作轉速4300 r/min。且從檢修單位技術人員處了解得知，轉子在高速動平衡時因軸瓦振動大超標嚴重，檢查發現動平衡機軸瓦都有損壞。故可以初步判斷引起軸瓦振動大主要原因之一為高速動平衡試驗未達正常工作轉速。

圖6 風機轉子高速動平衡轉速與振動曲線

其次，對松動信號產生的可能原因逐項排查，從軸瓦安裝間隙檢查未見異常。從修復的轉子部件進行排查發現，轉子高低壓側氣封片存在一定的安裝不到位；轉子葉片安裝后葉根與隔葉塊的間隙有超標情況，并且每級葉片均有部分葉根與隔葉塊配合不緊密，0.10 mm塞尺檢查有間隙（風機動葉片安裝要求為葉片葉根與隔葉塊應研配，間隙要求0.03 mm 塞尺檢查無間隙）。找到松動信號來源的原因為，風機轉子動葉片安裝葉根與隔葉塊配合不緊密。

我們對試車振動信號特征信號（見表1）進行分析，發現歪度指標為-0.527，歪度指標判定故障的特征為：零時軸系正常；正值時是基礎或者支座松動；負值時為軸系存在松動。

表1 3瓦振動信號特征表

從風機轉子葉片安裝情況及試車的振動信號綜合分析3#機風機軸系存在松動故障，葉片安裝配合不緊密造成風機軸系在高速離心運動的時候及軸系溫度升高后發生位移變化，使得軸系產生高速時的離心不平衡量，作用力通過油膜傳遞到支撐瓦，反應在軸瓦振動超標。根據機組開機過程風機出口溫度與軸瓦振動趨勢分析如圖7。

圖7 軸瓦振動與風溫趨勢圖

隨著風溫的升高，轉子溫度升高，軸瓦振動增加，可以看出在風溫相對穩定情況下，轉速變化對振動影響較大。

3 故障處理

對3#機軸瓦振動原因進行初步診斷分析后，8月22 日對3#機風機揭缸，由原檢修廠家組織拆除軸系動葉片進行葉片二次安裝，每塊葉片與隔葉塊進行研配，預組裝對每級葉片的鎖扣位置定位，用0.03 mm 塞尺檢查葉根與隔葉塊配合間隙要求在75%面積，0.05 mm 塞尺檢查葉根與隔葉塊間隙在5%以內為合格。葉片安裝后因條件限制只在現場進行離線低速動平衡，高低壓側兩端不平衡量分別控制在18 g以內，按檢修技術要求檢查機組各部位并回裝，于9 月3 日21:00 檢修完，9 月4 日3：00 組織動態試車，機組升速到4300 r/min，風壓0.3 MPa，風量3250 m3/min，機組軸瓦振動正常,見圖8。

圖8 機組振動頻譜

4 結論

(1)通過本次對3#汽輪鼓風機振動故障的診斷，引起軸瓦振動的原因較多，應全面對設備檢修過程進行跟蹤，便于對出現的異常情況進行分析判斷。

（2）設備故障診斷要依靠多角度的信號檢測分析，并結合現場實際，掌握風機振動故障特征，提升振動故障診斷分析及處理的能力。

（3）運用先進的設備管理理念，掌握設備振動診斷技術，采用適宜的檢測儀器幫助設備管理人員、檢修人員，提升設備檢修管理水平。