锅炉鼓风机轴向振动异常分析及处理

王 刚

（大庆炼化公司，黑龙江 大庆 163411）

大庆炼化公司动力装置共有锅炉风机12台，是锅炉蒸汽生产的关键设备。6#炉鼓风机为单吸式（后倾平板叶片12片）、悬臂支撑、柱销联轴器传动，额定转速1 480r/min（变频调速电机），水冷式整体轴承座，其结构简图及测点布置如图1所示。

6#炉鼓风机自2009年8月启机后，因振动超标等问题多次进行设备监测及检修，具体表现为风机轴承座轴向振动较大，威胁着机组安全经济运行。经综合分析及检修验证发现，主要为风机更换轴承座过程中检修质量不过关，致使叶轮装配不当，造成轴向振动异常及相应故障，监测人员在作出准确诊断同时，及时指导风机进行应急检修，为设备稳定运行发挥了较大作用。

一、设备振动异常概况

2009年8月初，6#炉鼓风机检修，更换风机两处悬臂支撑轴承。8月23日，当班巡检风机时，发现设备突然出现异常的声音。巡检人员采用测振笔对风机壳振进行监测，发现叶轮侧的轴承座轴向振动异常。监测中心采用Bentley snapshot对风机现场复测，测点3水平、垂直、轴向的振动测量值分别为1.16 mm/s、0.87 mm/s、5.14 mm/s，测点4水平、垂直、轴向的振动测量值分别为4.75mm/s、2.42mm/s、10.95mm/s。从振动测量值可看出，风机两处悬臂支撑轴承的轴向振动较高，其中叶轮侧轴向振幅明显超出ISO10816/3标准。

二、异常振动分析及检查

因当天未针对转速、负荷与振动能量的变化进行试验，监测人员根据经验，认为造成悬臂支撑风机轴向振动突然增大，可能的原因有叶轮不平衡、轴承松动、轴弯曲。

振动监测频谱图2、3、4、5表明，风机两处支撑轴承轴向振动均以1～4倍频为主，其谐波成分能量大于转频的1/2，存在较高的噪声底线；径向振动则以转频为主，伴有小幅值倍频。几个测点的振动频谱与轴承松动特征较为类似，而轴承松动故障，能够造成轴承对中不良，使轴承产生轴向振动。叶轮不平衡和轴弯曲，对悬臂转子轴向振动也能产生影响，但通常转子不平衡、轴弯曲的轴向和径向都以较大的1X、2X振动为主，而本次监测的情况与同类型故障的特点不太一致，因此仅对转子不平衡、轴弯曲存在怀疑。鉴于检修前，该风机就发现过轴承座磨损、变形，因此监测人员怀疑风机存在轴承松动、安装间隙不当故障，建议检查风机的轴承安装及叶轮和转子的情况。

1.首次停机解体检查

8月26日，检修人员对风机解体检查：基础和地脚螺栓等紧固，未见异常；联轴器对中，符合技术要求；联轴器侧的轴承座密封存在磨损，轴承外观无明显异常；叶轮无异物，风机入口调节挡板底部断裂1片（共13片）、脱槽1片；轴头跳动16道（超过规定值14道），轴存在弯曲。检查结果证实了监测人员对轴弯曲的怀疑。风机入口调节挡板的破损，能够使入口气流作用在叶轮的力不均匀，形成一个不平衡力矩，作用到悬臂支撑的转子上，会产生明显的轴向振动。而对于之前主要怀疑的轴承松动问题，监测人员则判断是转子弯曲造成转子与轴承座密封的磨损，因此轴承壳振体现大量的高次谐波。

根据检查情况，检修人员将轴外委校正，并对风机调节挡板进行修复。9月4日现场安装找正后试运行（振动测量值见表1），发现叶轮侧轴承座轴向振动更加严重为22.5mm/s，联轴器侧轴向振动也达到21.4mm/s，振动严重超标。轴承座各点振动以丰富的高幅值倍频为主，异常频率、基础振动不明显（图6、7、8、9）。

表1 9月4日鼓风机的振动测量值

图6 联轴器侧轴承座垂直振动频谱图

图7 联轴器侧轴承座轴向振动频谱图

基于轴承各点振值受负荷变化影响不大以及检修人员对转子动平衡数据、轴承检查情况的说明，监测人员排除了流道进气不均、叶轮不平衡、轴承松动以及轴弯曲等因素，将轴上零件松动列为排查重点，并最终确定对风机转子的零部件安装情况进行检查。

2.二次停机解体检查及故障原因分析

9月6日，再次解体检查风机。监测人员发现，8月检修中，风机联轴器侧轴承座被更换。与原轴承座比较，轴承座位置向电机侧移动了约10～15mm。因叶轮安装后，叶轮背部与风机蜗壳容易发生摩擦，所以检修人员在风机轴前端安装了10～12mm的调整垫片。

正是由于风机叶轮内孔与轴颈定位配合尺寸发生变化，造成叶轮与轴配合松动。这种轴上零部件配合松动，能够引起转子平衡状态的破坏。风机入口调节挡板破损导致的气动不平衡、叶轮与轴配合松动共同作用于悬臂风机转子上，产生明显的轴向异常振动，这也是联轴器侧轴承座密封磨损及转子弯曲等故障产生的原因。

图9 叶轮侧轴承座轴向振动频谱图

三、处理措施

由于加工新轴的周期较长，在时间紧迫的情况下，监测人员建议对风机的轴进行车削。（1）把前端轴承定位台阶往电机一侧车去15mm，后轴承定位台阶则增加15mm的垫片，使两端轴承保持原有尺寸，这样可把风机的轴整体向叶轮一侧移动，以保证叶轮与轴颈的配合接触面；（2）更换叶轮轴端挡板，原有挡板厚度不够，所以重新增厚1倍；（3）转子重新做动平衡，不平衡量达到5.49g和5.34g，符合允许的不平衡量20g的规定值。

四、试车情况

检修后试车，鼓风机振动明显减小，2009年9月11日6#鼓风机测点3水平、垂直、轴向振动测量值分别为0.99mm/s、0.78mm/s、1.90mm/s，测点4水平、垂直、轴向振动测量值分别为0.91mm/s、1.76mm/s、5.12mm/s。复查相关测点的振动频谱，除自由端轴承座轴向振动较大，以1、2倍频为主外，其他轴承座各点振动以转频为主，频谱中存在小幅值轴承故障频率，风机基本恢复到良好运行状态，并等待装置大检修时更换转子。