關于鍋爐風機機械振動的原因分析

青島高科熱力有限公司 匡健

1 風機構(gòu)成

鍋爐離心風機一般由電機、風機本體構(gòu)成。電機為動力源，通過電機軸、聯(lián)軸器將動力傳遞給風機葉輪部分轉(zhuǎn)動。

葉輪：風機主要旋轉(zhuǎn)部件；機殼：能量轉(zhuǎn)換主要裝置部件；入口調(diào)節(jié)風門：用來調(diào)節(jié)風量大小、控制流量的主要裝置；大軸:承擔傳遞力矩零部件；軸承：對轉(zhuǎn)子具有支撐作用，承擔及限制轉(zhuǎn)子徑向軸向力；聯(lián)軸器：連接動力源與轉(zhuǎn)子部件，傳遞動力裝置；集流器：使氣流均勻地布滿葉輪進口斷面。軸承箱：放置軸承裝置，給予軸承運轉(zhuǎn)、潤滑、冷卻等。

2 風機運轉(zhuǎn)原理

當離心式風機的葉輪被電動機帶動旋轉(zhuǎn)時，充滿于葉片之間的氣體隨同葉輪一起轉(zhuǎn)動，在離心力作用下，氣體從葉片間槽道甩出，并將氣體由葉輪出口處輸送出去。當氣體的外流造成葉輪空間形成真空，外界的氣體就會自動進入葉輪補充。由于風機不停工作，將氣體吸進壓出，形成了氣體的連續(xù)流動，從而形成了連續(xù)的工作。

送引風機從風機的角度而言沒有區(qū)別，都是由電動機帶動風機的扇頁旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生風，雖然比電扇要復雜些，但本質(zhì)上沒有區(qū)別。引送風機的作用不同是由它們安裝的部位決定的，前者位于鍋爐的后端，向鍋爐外的煙道鼓風，對爐膛產(chǎn)生負壓，對煙氣起導引作用，所以叫引風機；后者相反位于鍋爐的前端，向鍋爐內(nèi)鼓風，所以叫送風機。

3 產(chǎn)生振動原因

由上述風機工作原理可知，在風機運轉(zhuǎn)過程中任何一個構(gòu)成部件出現(xiàn)小的問題都會引起風機振動超標，嚴重者會導致風機不能正常運轉(zhuǎn)，造成嚴重后果。現(xiàn)從機械設計及現(xiàn)場實際發(fā)生的問題進行分析。

電機部分，電機為整個風機提供動力源，當出現(xiàn)風機振動超標時，首先判斷電機本體及軸承是否出現(xiàn)故障，判斷電機軸承出現(xiàn)故障主要從以下幾個方面考慮：電機負荷端軸承軸向振動量、水平振動量、垂直振動量及電機非負荷端軸向、水平、垂直振動量，當3 項指標中任意一項振動量超出允許范圍均會引起風機振動量超標。除以上3 項指標外，還可根據(jù)經(jīng)驗利用聽桿來判斷電機軸承及電機本體是否出現(xiàn)問題。現(xiàn)有一電機本體造成振動超標實例：鍋爐一次風機電機參數(shù)為功率1120kW，定子 10000V，電流 78A，1493 轉(zhuǎn)，頻率 50HZ，COS￠0.89，絕緣 F，接法 Y，重量 8800kg，防護等級IP54，調(diào)速范圍885～1493rpm，電機軸承均為skf 軸承，故障表現(xiàn)形式為當風機電機頻率在30HZ 以下時，各項振動量均符合要求，當繼續(xù)加大電機頻率時，電機軸承振動超標，實際測得電機負荷端軸承軸向振動量為220μm；故障分析，電機負荷端軸承室設計不合理，由于電機軸承室在設計時與電機定位軸承設計配合數(shù)據(jù)不準確，導致電機定位軸承無法正常工作，出現(xiàn)竄軸現(xiàn)象，直接導致風機振動量超標。解決辦法，由于軸承室襯壁厚度不足，用鐵胚車制出一鐵餅，將鐵餅精密的放入軸承室中，經(jīng)焊機焊牢固后，自然冷卻3 天，然后經(jīng)車床在端蓋上車制新的軸承室修復，這樣修復接近于原裝軸承室尺寸，解決了由于軸承室及軸承配合間隙不對引起的風機振動超標。

聯(lián)軸器：聯(lián)軸器是用來連接不同機構(gòu)中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機械零件。當聯(lián)軸器出現(xiàn)問題時，也會引起風機振動量超標，聯(lián)軸器與軸的配合及兩聯(lián)軸器對中度都決定風機是否正常運轉(zhuǎn)。聯(lián)軸器與軸之間為鍵連接，當聯(lián)軸器與軸之間的配合出現(xiàn)異常時，風機振動測得的數(shù)據(jù)軸向、水平、垂直等均會超標，聯(lián)軸器與軸之間配合變?yōu)殚g隙配合時，風機會出現(xiàn)軸向振動超標等現(xiàn)象，這就需要重新測量聯(lián)軸器與軸內(nèi)外圈尺寸，另加工一套聯(lián)軸器來解決。聯(lián)軸器對中度主要是指要保證兩軸線同軸度，過大的同軸度誤差會使聯(lián)軸器、傳動軸及其軸承產(chǎn)生附加載荷，其結(jié)果會引起風機的振動、軸承過早磨損，機械密封的磨損，嚴重時甚至會引起疲勞斷裂事故。

兩半聯(lián)軸器配合存在問題一般為，平行不同心，同心不平行，既不平行也不同心，出現(xiàn)上述情況就需對聯(lián)軸器進行找正處理，一般采用雙表法，符合公式a1+a3=a2+a4，s1+s3=s2+s4 檢查結(jié)果是否正確。

兩半聯(lián)軸器連接螺栓預緊力不足或者過大均會引起連接螺栓斷裂，導致風機局部振動超標，在安裝連接螺栓時，應盡量避免此類問題出現(xiàn)。

主軸：當風機主軸出現(xiàn)磨損時，與軸承的配合會出現(xiàn)間隙，也會導致風機振動量超標，現(xiàn)有一引風機，風機在運行過程中垂直及軸向振動量超標，其余指標均正常，初步判斷為軸承及軸的配合出現(xiàn)問題，存在內(nèi)圈與軸磨損現(xiàn)象，后經(jīng)打開軸承箱檢查發(fā)現(xiàn)主軸軸承位磨損，導致與軸承內(nèi)圈配合間隙過大，主軸明顯存在磨損跡象。出現(xiàn)此問題時，要對主軸進行修復，進行現(xiàn)場刷鍍處理，先將需刷鍍表面清理干凈，測量磨損后尺寸及跳動度，經(jīng)刷鍍后，對主軸進行測量，測量橢圓度及錐度，均達到在0.02mm 內(nèi)，符合大軸與軸承內(nèi)圈配合尺寸要求后，對軸承進行更換裝配，調(diào)試試機風機振動恢復正常。風機設備運行一段時間后存在的大軸缺陷給風機的安全穩(wěn)定運行帶來很多不利因素，作為專業(yè)技術(shù)人員,應認真分析查找缺陷原因,采用合理的手段進行處理,不斷學習、吸收新工藝、新技術(shù)對設備檢修工作可起到事半功倍的作用。在保證設備安全穩(wěn)定運行的同時,盡可能降低檢修費用、設備運行經(jīng)濟性是專業(yè)技術(shù)人員的職責所在。

葉輪：風機結(jié)構(gòu)中，葉輪是最終產(chǎn)生作用的重要部件，葉輪的好壞直接決定了風機性能的好壞。葉輪由于長期使用，可能會存在銹蝕、磨損現(xiàn)象，尤其是引風機大大增加存在磨損和銹蝕的可能性。引風機由于各種原因不可避免地存在積灰，因此葉片積灰是一個普遍問題，也是生產(chǎn)現(xiàn)場的一大難題。引風機葉片上沉積物的存在會造成葉片的不平衡，是引起振動的重要原因，致使軸和軸承上的符合增加，引風機的電流也會增加，嚴重時還會引起引風機和電機的地腳螺栓斷裂，造成軸和軸承及葉輪等其他零部件的損毀，更嚴重時會引起風機飛車事故。

引風機在不同工況時積灰狀況也不相同，在風機負荷降到80%時，葉片非工作面上存在明顯的積灰現(xiàn)象；當引風機負荷降到60%時，積灰比較嚴重；無論是在現(xiàn)場的長期運行中還是在進行負荷實驗過程中發(fā)現(xiàn)，引風機負荷在65%時一出現(xiàn)明顯的積灰現(xiàn)象及振動，必須要及時清灰，為了保證引風機不產(chǎn)生積灰和振動而安全平穩(wěn)運行，引風機運行負荷以不低于80%為宜。

葉輪的不平衡，是由于葉輪的磨損、銹蝕等原因以及加工裝配過程中的偏差，材質(zhì)的不均、積灰及變性引起的。當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生不平衡慣性離心力，慣性力越大，引起軸承動反力越大，振動加劇，從而加速軸承磨損，降低了使用壽命，增大了風機噪聲，甚至造成安全事故。為了減小軸承動反力和振動，對風機葉輪進行動平衡調(diào)試是十分重要的。

鍋爐引風機葉輪動平衡分析：該風機運轉(zhuǎn)過程中經(jīng)測試振動水平振動已經(jīng)達到200μm，在停機對葉輪進行積灰清掃處理后，振動仍未消除，最后檢查葉輪有銹蝕現(xiàn)象，于是對葉輪進行平衡試驗，如圖所示。

首先準備好配重塊尺寸為40mm×50mm 厚度為6mm 的鋼板十塊，40mm×50mm 厚度為12 毫米的鋼板十塊，電焊機的焊接線、接地線同時接到現(xiàn)場，地線必須直接與葉輪連接，防止起弧過程中軸承被當作接地線，造成軸承滾珠表面受損，同時風機停電，規(guī)定專人啟停，焊一塊厚度為6mm，40mm×50mm 的配重鐵塊在A 處，B（葉輪輪轂外緣上）點牢固后拆除地線焊線，關好人孔門，通知電氣送電啟動，啟動正常后，用測振儀測得水平，垂直及軸向振動并記下三個方向振動值。

其次，用白色粉筆（或石筆）在葉輪輪轂圓周方向（直接在葉片上）做標記，按如圖方式將葉輪等分（等分的原則根據(jù)葉片的數(shù)量保持一致），然后任選一點為A，比如選擇葉片1 和葉片2 之間，然后通知運行人員停運，用同樣方法，以A 為基準點，旋轉(zhuǎn)葉輪在離A 點120°地方在焊接一塊厚度為6mm，40mm×50mm 的配重塊，同時將A 除配重塊拆除。焊好后，送電，啟動正常后記下水平、垂直、軸向振動值，然后停運。同樣以B 為基點，選專業(yè)倫在B 點120°方向焊接配重塊，同樣將B 處配重塊拆除，焊好后送電，啟動記錄三個方向振動值，同理將C 點三點方向振動值記錄。

通過對三點的振動值比較，若振動值變化不大，則重新加載配重塊，若振動值變化大，則取小值一點為基準，在其50mm～100mm 范圍內(nèi)加配重塊，直到振動值降到合理范圍內(nèi)合格。在此過程中，需測量電極溫升，防止電極啟動頻繁引起的溫度過高，一般電機溫度不超過60°為準。

此外，葉輪的材質(zhì)、材料的變形、葉輪撕裂等均會引起風機的振動，葉輪的平衡是風機振動的重要因素。

軸承：是在機械傳動過程中起固定和減小載荷摩擦系數(shù)的部件。換言之，當其他機件在軸上彼此產(chǎn)生相對運動時，用來降低動力傳遞過程中的摩擦系數(shù)和保持軸中心位置固定的機件。軸承是機械設備中重要的零部件。它的主要功能是支撐機械旋轉(zhuǎn)體，來降低設備在傳動過程中的機械載荷摩擦系數(shù)。因此，風機中軸承的性能好壞，是決定風機振動的重要因素。

風機軸承在運轉(zhuǎn)過程中，由于其自身能承受較大的徑向力及兩個方向的軸向力，一旦軸承出現(xiàn)問題，會導致風機軸不同心，造成葉輪運轉(zhuǎn)偏離軌道或者跳動，引起風機振動。現(xiàn)有一臺一次風機，在運轉(zhuǎn)過程中軸向、垂直方向振動為230μm、160μm，其他部件運轉(zhuǎn)正常，后決定更換兩盤軸承，測得原有軸承游隙為0.3mm、0.27mm，更換后測得軸向和垂直方向振動值為60μm、25μm，更換后振動值在合理范圍內(nèi)。由此可見，軸承內(nèi)外圈、保持架及滾子之間的配合起著決定性作用。一般來說軸承保持架屬于易損部件，引起保持架壽命縮短的因素主要有：軸承潤滑不良，軸承運轉(zhuǎn)若處于缺油狀態(tài)，將容易產(chǎn)生粘著磨損，使工作表面狀態(tài)惡化，保持架產(chǎn)生異常載荷，造成保持架斷裂；軸承蠕變現(xiàn)象，套圈的滑動，再配合面過盈量不足的情況下，由于滑動而使載荷點向周圍方向移動，產(chǎn)生套圈相對軸或外殼向圓周方向位置偏離的現(xiàn)象。軸承安裝不到位、傾斜、過盈量過大等都能造成游隙減少，加劇摩擦生熱，表面軟化，過早出現(xiàn)異常剝落，隨著剝落的擴大，剝落物進入保持架兜孔內(nèi)，導致保持架運轉(zhuǎn)阻滯并產(chǎn)生附加載荷，加劇了保持架磨損，這種惡化循環(huán)作用，會導致保持架斷裂。保持架材料本身缺陷，如裂紋、大塊異物、縮孔、氣泡、鉚合缺陷缺釘、墊釘或兩半保持架結(jié)合面空隙，嚴重鉚傷等因素都能導致保持架斷裂；外來硬質(zhì)異物或其他雜質(zhì)進入，都會加劇保持架磨損。因此在使用軸承時要盡量避免此類問題的產(chǎn)生，以保證設備正常運行。此外軸承加工制造精度、裝配質(zhì)量等因素對軸承性能也起著決定性作用。

此外，軸承潤滑油或脂應定期檢查更換，保證軸承在良好的潤滑條件下工作，避免因潤滑不良產(chǎn)生的故障。風機的維護保養(yǎng)也對風機使用壽命產(chǎn)生較大影響，正確的維護、保養(yǎng)，是風機安全可靠運行，提高風機使用壽命的重要保證，因此，在使用風機時，必須引起足夠重視。葉輪是風機的轉(zhuǎn)動部件，將氣體通過風機運送到出氣端，它由后盤，一個帶有進口圈的直前盤和葉片構(gòu)成。葉片為具有較大曲率半徑的弧板葉片構(gòu)成。在葉輪運轉(zhuǎn)初期及所有定期檢查的時候，必須檢查葉輪是否可靠固定在軸肩上，葉輪是否出現(xiàn)裂紋、磨損、積塵等缺陷。只要有條件，就必須保持葉輪表面的清潔狀態(tài)，并定期清理附著于其表面的積灰或者銹皮。當隨著運行時間的增長，積灰及銹皮不可能均勻地附著于葉輪之上，容易造成動平衡不良，引起轉(zhuǎn)子波動。葉輪只要進行了修理，就需要對其進行動平衡。在動平衡之前，必須檢查所有螺栓是否緊固，因葉輪已經(jīng)在不平衡狀態(tài)下運行了一段時間，對螺栓會產(chǎn)生松動等影響。根據(jù)風機安裝分布圖及集流器插入葉輪進口圈的尺寸檢查葉輪軸向位置。檢查集流器與葉輪進口圈的徑向間隙，調(diào)整集流器或機殼以得到正確的間隙空間。從而確保機殼進氣箱的側(cè)板相對于主軸和主軸密封校準在正確位置上。主軸應保持清潔狀態(tài)，軸肩應定期刮去污物，對于主軸穿過進氣室側(cè)板軸端密封位置，應重點檢查，由于少量泄漏空氣凝聚作用，此位置可能會產(chǎn)生腐蝕。若風機處于不平衡狀態(tài)時間過長，應盡可能對主軸做平直度檢查。聯(lián)軸器保持清潔，并定期檢查螺栓連接緊固情況。經(jīng)常檢查軸承潤滑供油情況，檢查箱體是否漏油，及時更換密封。軸承潤滑油正常使用時，定期更換，如果為首次使用，至少半年檢驗一次油品。風機在不運轉(zhuǎn)的情況下需定期進行盤車維保。

風機振動是一個比較復雜的課題，除了上述因素影響之外，電機底座及軸承箱剛性基礎薄弱、軸承潤滑不良、地腳螺栓松動、風機轉(zhuǎn)速在臨界轉(zhuǎn)速產(chǎn)生共振、喘振及擋板門開度不一致，擋板銷脫落或磨損嚴重等因素，均可引起風機的振動值超標。因此，引起風機振動的原因很多，如果針對不同的原因，能及時采取相應措施，在研究風機振動的過程中根據(jù)自身掌握的理論知識正確分析，積累大量經(jīng)驗之后才可避免出現(xiàn)較大的損失，在生產(chǎn)和生活中具有很重要的意義。