火力發電廠引風機的振動故障診斷及現場動平衡

駱仁達，王政先，郭容赫，蘇嘉慶

1.華電電力科學研究院有限公司東北分公司，遼寧 沈陽 110000

2.中國石油大連石化公司，遼寧 大連 116000

0 引言

風機是火力發電廠的重要設備，主要包括引風機、送風機、一次風機等，風機的安全穩定是保障火力發電廠正常運行的前提。旋轉設備機械故障原因較多，其中最常見的是振動故障。導致風機產生振動的因素較多，如轉子質量不平衡、轉子不對中、轉子彎曲、動靜碰磨、連接松動等。據統計，由轉子質量不平衡引起的振動故障占總故障的70%以上[1]。對不平衡轉子進行動平衡，即在其工作狀態相同的轉速、安裝條件、支撐條件和負載的情況下，對風機進行動不平衡矯正，這是目前使用風機的廠家普遍采用的一項技術，實踐表明該技術在轉動設備平衡檢驗中應用效果比離線動平衡檢驗效果好，工作量小，減少了費用支出[2]。文章通過對某電廠引風機的振動故障診斷來闡述現場動平衡過程。

1 風機概況

某電廠引風機為懸臂式，其轉子部件如圖1所示，葉輪與對輪之間為1號、2號軸承，電機兩側為3號、4號軸承，軸承為滾動軸承。風機工作轉速為1 000 r/min，遠低于臨界轉速，屬于剛性轉子，正常情況下在升速過程中，振幅隨轉速的增加而上升，到達工作轉速后，振動趨向于一個穩定值。

圖1 轉子部件示意圖

對于剛性支撐，落地軸承在垂直方向的剛度要優于水平方向，通常水平方向的振動數值要大于垂直方向[3-4]。該引風機正是在1號、4號軸承處水平振動明顯偏大，因此在傳感器數量有限的情況下，僅在1號、4號軸承座水平位置上安裝速度傳感器，使用振動數據采集儀，將輸入速度轉換成與其成比例的電信號，用于測量軸承座振動。為了便于分析，文章將振動速度轉換為振動位移來描述風機振動情況。

轉軸旁安裝光電傳感器，利用光電傳感器發出的紅外線光信號入射到貼有反光帶的轉軸上，轉軸轉動時，反光帶對投射光點的反射率發生變化，并轉換成脈沖信號，來測量相位。

2 故障診斷

該風機某日第一次啟機達到1 000 r/min時，1號軸承水平振動284 μm，4號軸承水平振動602 μm，振動嚴重超標。因為4號軸承在電機側，所以懷疑該振動是由電機振動引起的。在解體后單獨運行電機，發現電機單獨運行時振動并不大，排除了電機的因素。

通過伯德圖分析發現，1號軸承水平振動在升速過程中振幅隨轉速升高先增大后減小，在929 r/min時達到峰值475 μm，如圖2所示。4號軸承水平振動存在同樣趨勢，在989 r/min時達到峰值717 μm。由于該轉子為剛性轉子，臨界轉速遠高于工作轉速，振幅應隨轉速的增加而上升，但是出現這種現象表明系統存在共振，工作轉速1 000 r/min，可能處在共振區內[5]。

圖2 1號軸承水平振動伯德圖

通過對1 000 r/min下頻譜分析發現，1號、4號軸承水平振動以工頻振動為主，1號軸承水平1X振動251 μm，如圖3所示。4號軸承水平1X振動597 μm。工頻振動說明轉子存在質量不平衡、轉子彎曲、轉子不對中等可能。

圖3 1號軸承水平振動頻譜圖

通過打晃度檢查轉子彎曲程度，發現彎曲量較小，對輪也重新找過中心，排除以上影響因素，判斷該風機振動過大主要因為質量不平衡，可采取現場動平衡手段減小不平衡量，從而降低振動[6-7]。

3 現場動平衡

懸臂式引風機不平衡量主要存在于葉輪側，加重位置也在葉輪側，因此主要以1號軸承振動情況為參考。需要先確定加重質量及角度，考慮轉子為剛性轉子，加重角度可根據滯后角0°和初始振動相位確定，加重質量根據經驗值選擇800 g。

第一次加重800 g后啟機達到1 000 r/min時，1號軸承水平1X振動為199 μm，4號軸承1X振動為450 μm，振幅有所減小，相位變化不大，說明加重質量不足，大致方向無誤，通過影響系數法算出，還需繼續加重1 767 g，為了避免計算錯誤或操作失誤等不確定因素導致振動變得更大，采取保守手段第二次加重1 100 g。

第二次加重1 100 g后啟機達到1 000 r/min時，1號軸承水平1X振動為68 μm，4號軸承1X振動為106 μm，振幅明顯減小，相位變化不大，說明加重質量和方向均無誤，但是需調整精確度，通過影響系數法算出，還需繼續加重536 g。

第三次加重500 g后啟機達到1 000 r/min時，1號軸承水平1X振動為17 μm，通頻振動為33.8 μm，4號軸承水平1X振動達到22 μm，通頻振動為26.6 μm，繼續運行30 min，振動無明顯變化，滿足運行要求。動平衡振動數據如表1所示。

表1 動平衡振動數據

4 結論

（1）懸臂式引風機振動故障診斷需結合頻譜圖和伯德圖等分析方法初步判斷振動原因，并通過常規檢修手段排除轉子彎曲、轉子不對中等影響因素，確定為不平衡原因后采取現場動平衡手段。

（2）引風機現場動平衡前需根據機組類型確定加重平面，根據轉子類型確定滯后角，根據原始振動數據確定試加重位置，根據經驗值給出試加重質量。

（3）引風機現場動平衡中需根據原始振動和加重后振動數據，利用影響系數法算出理論加重質量及角度，繼續進行加重，如此反復直到振動達到目標值。該引風機通過3次加重將振動降低至1號軸承33.8 μm，4號軸承26.6 μm，滿足運行要求。