锅炉风机振动故障分析及处理

王 刚 赵彦海

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，并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，及时指导进行应急检修，保证了机组稳定运行。

一、机组振动异常现象及分析

6#炉风机为单吸式（后倾平板叶片12片）、悬臂支撑、柱销联轴器传动，额定转速1480r/min（可变频调速电机），水冷式整体轴承座。机组构成及测点布置如图1所示。

2009年8月初，6#风机检修，更换风机 3#、4#两处悬臂支撑轴承（测点 3、测点 4）。8月23日，当班巡检风机时，发现机组突然出现明显异常的声音。监测中心采用Bentley snapshot测振系统对风机进行现场复测，从表1测量的振动值看出，测点3、测点4的轴向振动较高，测点4的轴向振动最大达10.95mm/s（明显超出ISO 10816/3标准），并且轴向振幅不断变化，瞬间变化在2mm/s左右。

表1 8月23日风机振动值 mm/s

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的原因有以下几种：①联轴器不对中；②叶轮异常，存在不平衡等因素；③轴承松动，存在不对中或安装间隙不当；④轴弯曲，存在变形。

由于联轴器不对中通常会激起联轴器两侧较为突出的2×转频，而测点3的频谱中（图2、图3）2×转频能量均不明显，径向振动以丰富小幅值转频的倍频为主，轴向振动则4×频为主，首先排除联轴器不对中。测点4水平振动（图4）以转频为主，轴向振动（图5）以3倍频为主，虽然与转子不平衡和轴弯曲类型故障轴向和径向一般以较大的1×、2×转频振动为主的特点不太一致，但各点频谱中1×转频的振动峰值均达到4mm/s，因此不能完全排除该因素的影响。除测点4水平振动外，其他频谱结构与轴承松动特征较为相似，振动均以1×～4×频为主，存在较高的噪声底线。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。

鉴于检修前该风机就出现过轴承座磨损、变形，因此监测人员倾向于风机存在轴承松动、安装间隙不当故障，建议检查风机叶轮和转子及轴承安装情况。

8月26日，检修人员对风机解体检查结果如下：①基础和地脚螺栓等紧固，未见异常；②联轴器对中，符合技术要求；③3#轴承座密封存在磨损，轴承外观无明显异常；④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；⑤轴头跳动误差16μm（超过规定值14μm），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也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，产生明显的轴向振动。但对于之前主要怀疑的轴承松动问题，判断可能是转子弯曲造成其与轴承座密封的磨损，因此轴承壳振存在大量的高次谐波。

根据该检查情况，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，监测中心使用法国01DB APT1105进行设备验收，发现测点4轴向振动更加严重为22.5mm/s，测点3轴向振动也达到21.4mm/s（表2），振动严重超标。振动频谱（图6～图9），以大量丰富的高幅值倍频为主，异常频率、基础振动则不明显。

基于轴承各点振值受负荷变化影响不大以及对转子动平衡、轴承安装等检修数据的分析，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。

表2 9月4日风机振动值 mm/s

9月6日，风机再次解体检查，发现在8月份检修中，3#轴承轴承座被更换。与原轴承座比较，轴承座位置向电机侧移动了约10～15mm，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上了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、叶轮与轴配合松动的，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3#轴承处密封磨损及转子弯曲等故障产生的原因。

二、处理措施

由于加工新轴的周期较长，在时间紧迫的情况下，采取对风机的轴进行车削的措施。

（1）把前端轴承定位台阶往电机一侧车削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，这样可以使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，所以重新增厚一倍。

（3）转子重新做动平衡，转子两个平面的不平衡量为326g和266g，经过调整配重后，不平衡量5.49g和5.34g，在允许的不平衡量（20g）规定值内。

检修后试车，鼓风机振动明显减小，除测点4轴向振动较大为5.12mm/s，其他各测点振动均在2.3mm/s范围内（ISO 10816/3标准），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。

三、结论

对风机的监测全过程说明，对于悬臂支撑结构的风机，轴向振动异常除了需要考虑进气流道是否完好、叶轮有无异常、轴是否弯曲，还需要关注是否存在零部件松动（如叶轮、轴承、联轴节等），并根据不同部位的特点，将松动故障区分开来。

此外，监测人员除了要有扎实的诊断技能，还需要加强与检修单位的紧密联系，只有在充分了解相关检修信息后，才能更好地做出准确判断。