发电厂风机常见振动故障及处理

应光耀，吴 斌，董益华，马思聪

（1.浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310014；2.浙江浙能镇海发电有限责任公司，浙江 宁波 315208）

发电厂风机出现故障或事故时，会引起发电机组出力降低或停运。而风机运行中出现最多、影响最大的故障就是振动，因此，当出现振动故障时，尤其是在故障预兆期内，迅速做出正确的诊断，对保障机组安全运行具有重要意义。

目前，大型发电厂主要采用轴流式风机，炉侧的一次风机、送风机和引风机是振动测试的重点。风机振动一般以振动烈度为监测和考核指标，发电厂可以根据制造厂家的建议设定保护定值，如某厂送风机（型号：ASN-2875/1250）、一次风机（型号：AST-1812/1250）报警定值为5.6 mm/s，跳机定值为6.3 mm/s；引风机（型号：AN35e6）报警定值为4.6 mm/s，跳机定值为7.1 mm/s。

1 风机常见振动故障特征分析

1.1 质量不平衡故障

在现场发生的风机轴承振动中，属于转子质量不平衡的振动占多数。造成转子质量不平衡的原因主要有：叶轮（主要是叶片）磨损不均匀或腐蚀；主轴局部高温使轴弯曲；叶轮检修后未找平衡；叶轮强度不足造成叶轮开裂或局部变形；叶轮上零件松动或连接件不紧固。

转子质量不平衡引起的振动有以下特征：

（1）质量不平衡引发的振动在典型频谱上出现与旋转频率相同的一倍频分量（基频分量）。在对质量不平衡的诊断中，不要过多地关注含有哪些频率成分，而要注意基频分量是否占主导地位。若基频分量占通频的70%以上，就可以诊断为强迫振动。

（2）轴流式风机的水平方向刚度最弱，因此振动值以水平方向为最大，而轴向很小。

（3）在转速一定时，振幅和相位是稳定的。当不平衡一定时，离心力只跟转速有关，因此振动只是转速的单值函数。即当转速一定时，振动也是稳定的，对负荷变化也不敏感。由于振动的影响因素很多，绝对的稳定是不存在的，如果振幅的变化范围在其平均值的±10%之内，相位变化在其平均值的±10°之内，就可认为是稳定的。

（4）多次启动振动有再现性。对于质量不平衡量而言，多次启动后测量到的振动数据应该很接近。质量不平衡量与有些故障的区别仅仅依靠一次启动是难以分清的。

（5）可以排除松动、刚度等因素，不平衡振动的大小不仅与不平衡量有关，还与自身的特性（刚度、阻尼、固有频率）有关。如果系统的刚度过低（螺栓有松动），或者机组在共振区工作，将会使不平衡的灵敏度提高[1]。

1.2 轴承座刚度不够引起的振动

检修和运行过程中经常遇到的是基础灌浆不良、机械松动等，非转动部分配合松动（机械松动）是刚度下降常见故障之一。机械外部松动起因于固定螺栓松动、机座或轴承架有裂纹、风道扩散段法兰螺栓松动。内部松动起因于轴瓦松动、轴套或滚动轴承的间隙过大，以及叶轮在轴上的松动。内部松动会在频谱上产生较多的高次谐波分量。松动的特征之一是振动的非线性，典型频谱上出现旋转频率的一倍频、二倍频并时常伴有高谐波分量；另一特征是振动的方向性，松动方向上的振动大多表现为垂直或轴向振动较大。

1.3 滚动轴承异常引起的振动

如果轴颈或轴肩台加工不良，轴颈弯曲，轴承安装倾斜，轴承内圈装配后造成与轴心线不重合，使轴承每转一圈产生一次交变的轴向力作用，滚动轴承的固定圆螺母松动等都会造成局部振动。其振动特征为：振动值以轴向为最大、振动频率与旋转频率相等。滚动轴承表面损坏造成的振动是指由于制造质量差、润滑不良、异物进入、与轴承箱的间隙不合标准等，因而出现磨损、锈蚀、脱皮剥落、碎裂，滚珠相互撞击而产生高频冲击振动并传给轴承座。将加速度传感器放在轴承座上，即可监测到高频冲击振动信号。这种振动稳定性很差，与负荷无关，振动的振幅在水平、垂直、轴向3个方向均有可能最大，可以运用频谱分析准确判断轴承损坏的位置和损坏程度。

1.4 不对中

不对中通常是指转子的轴心线与轴承中心线倾斜或偏移。造成不对中的原因主要是轴承座的标高和左右位置不一致，以及联轴器安装偏心。不对中分为平行不对中和角度不对中，诊断平行不对中的主要依据是：联轴器两侧振动为同相分量，振动跟负荷关联性很大，轴向振动也偏大。角度不对中故障的主要振动特征为：以基频振动为主，联轴器两侧的振动相位接近，晃度明显增大。轴承安装不正包括推力轴承不正，也会引起不对中[2]。

1.5 积灰引起的振动

发电厂的引风机处在锅炉排灰出口，容易积累浮灰，长期运行会导致灰越积越多。叶片表面的不均匀积灰或附着物（如铁锈），一方面会产生附加的质量不平衡，另一方面影响叶片鼓风散热，使叶片表面温度有所上升，两者效应的叠加使风机振动波动和爬升，严重时会导致风机振动持续爬升而不得不进行热态动平衡处理，如某厂1A引风机就因为积灰引起振动，每隔9个月需做1次动平衡，直到下次大修清灰后恢复正常。积灰首先反映在质量不平衡重新分布，其振动特征跟质量不平衡的特征虽有相同，但也有其它特点：

（1）随着机组运行时间的延长，积灰越来越多，振动会持续慢慢爬升。

（2）振动以基频为主，基频相位在一段时间内稳定（如某一天或者一周内），但长期来看，相位始终在变化。

（3）积灰严重情况下，振动会随环境温度变化而变化。

（4）多次启动时的振动没有重复性，因为风机停下来时，不均匀浮灰的积聚位置随时都在变化，有可能导致风机再开机时的振动特别大。对有这类故障的风机，要在大小修期间进行清灰，如无机会清灰而振动特别大时，也可以先进行热态动平衡处理。

2 振动处理实例

2.1 某送风机质量不平衡处理

某送风机为ASN-2875/1250动叶可调轴流式风机，转速为990 r/min，其振动测点布置在风机前后轴承的垂直及水平方向，共4个，风机侧水平方向与电机侧水平方向的振动探头安装位置相差180°。基建调试期间首次启动风机时，风机侧轴承水平振动就达到14 mm/s以上，已超过跳机保护值，需立即处理，详细数据见表1。振动 以基频为主，相位比较稳定，但水平方向振动特别大。考虑到风机出厂已做过动平衡，首先检查风机的机械松动情况，再排除振动探头安装问题，检查轴承的间隙和螺栓都无异常，检查风道扩散段时发现连接法兰的螺栓有松动，对该法兰面的全部螺栓用力矩扳手紧固到位，再未发现其他有松动的地方后，重新启动风机，风机侧水平方向振动明显下降，前后2次启动过程中振动的相位重复度较好，符合质量不平衡振动特征，且不平衡质量比较大，因此第一次试加重0.76 kg。加重2 kg后风机最大振幅降至2.6 mm/s，风机可以正常运行，动平衡结果见表1。这台风机的诊断和处理表明，风机有松动的部件且存在较大的质量不平衡时，可能跟出厂动平衡精度过低有关。

表1 某送风机振动测试及处理结果（通频/1倍频/1倍频相位角） mm·s-1/mm·s-1∠°

2.2 轴承异常耦合不平衡故障

某台一次风机的型号为AST-1812/1250，转速1 490 r/min，振动测点布置跟前文的送风机相同。大修后风机启动时，风机侧水平方向的振动最大达3.3 mm/s，但振动幅值变化不大，基频相位也较稳定。为了保证风机振动在优秀值，先对其尝试动平衡处理，但发现动平衡根本无法降低其振动，前后2次加重的影响系数差异较大，其后在不采取任何措施情况下再数次启动风机，发现风机振动的重复性很差。分析其振动不稳定的原因可能是轴承座刚度降低或轴承异常，因为还存在启动后振动较大然后慢慢变小，且振动没有持续爬升的情况，所以轴承异常的可能性较大。因此，当转速低于200 r/min后，进入风机扩散段对风道进行检查，听到风机有异声，马上对风机轴承进行解体检查，发现有滚动轴承铜套脱落，更换轴承后重启风机，风机振动数据见表2，可见风机仍然存在不平衡量，对其一次加重0.32 kg后，振动降至优良值。

表2 某一次风机振动测试及处理结果（通频/1倍频/1倍频相位角） mm·s-1/mm·s-1∠°

3 结语

发电厂风机的振动基本以质量不平衡故障为主，其他故障有机械松动、轴承异常、轴承安装问题等，这些振动在频谱图上的表现基本以基频为主，因而在频谱分析时很难区分故障类型，还要根据各测点的相位、振动的方向性、振动的趋势、振动的稳定性和重复性等因素，维修情况也要综合考虑在内，从而对风机的异常振动做出比较正确的诊断。在故障类型不非常明确的情况下，可以先尝试动平衡试验，根据动平衡试验的影响系数来判断是否耦合了其他故障，再结合其他振动特征排除一些故障，制定相应的维修方案，采取正确的处理措施，保证风机尽快投入生产运行。

[1]钱小文.一次风机振动故障诊断与处理[J].风机技术，2002（6）：44-47.

[2]司涛，徐兴科.引风机振动故障的诊断及分析[J].设备管理及维修，2004（2）：35－37.