一次加重现场动平衡技术在锅炉引风机检修中应用

杜永春，杨生贵

（广西华银铝业有限公司设备部，广西德保 533700）

0 前言

广西华银铝业有限公司热电厂有220 t/h锅炉5台，配有30台风机，其中LH-BR260SW引风机10台。受烟气粉尘气流的冲刷，风机叶轮叶片出现不同程度的磨损。同时，受运行条件变化、结垢等原因影响，出现质量偏心，引起转子不平衡从而产生振动。锅炉风机约有60～70%的振动故障是由于转子不平衡所引起的，所以转子不平衡是锅炉风机的主要故障。现场动平衡方法就是解决此类故障的有效手段。

1 转子平衡方法的比较

风机转子常用的平衡方法主要有4种：①专用平衡机平衡法。该法需要专用平衡机，并要将转子从现场卸下，运输吊装到平衡机上，对于工矿企业来说，这种方法工作量大、费时，成本较高，所以该法主要用于制造厂。②3点平衡法。该法可以现场进行，在转子的圆周上选取互为120°的3个点分别试加重量，用测振仪分次测出振动状态，按比例作图求出不平衡量的大小与位置。该法要至少启动设备5次，平衡精度不很理想。③2点3圆平衡法。该法可以现场进行，测试中把一定质量的试重块分别加在转子同一圆周平面的2个点上，用测振仪分次测出振动状态，以此作3个圆并交汇于一点，以此求出不平衡量的大小与位置。这种方法需要启动设备至少4次，平衡精度不是很理想。④影响系数法。此法要利用专业仪器测量风机转子初始和试加重量后的振动相位和幅值，根据测得的数据和试加重量，计算出影响系数，再通过影响系数计算出不平衡质量的位置和大小。该方法实施动平衡至少需要启动设备3次，是一种快速、高效、高精度的现场平衡法，也是较为常用的一种方法。

从以上比较可以看出：3点平衡法或2点3圆平衡法完成风机转子现场动平衡校验，都需要多数启停设备，既影响生产和电机及轴承的使用寿命，又会对电网造成较大冲击；影响系数法也至少要启动机组3次。而采用一次加重平衡法只需启停设备2次，所以该方法能有效提高平衡效率，减少对正常生产的影响，经济效益显著。

2 一次加重平衡法研究

一次加重平衡法就是在现场转子动平衡校正中，对转子仅进行一次加重设备振动即合格的一种方法。其关键点是加重点位置和加重重量的确定。

2.1 相位及相位测量

相位是相对于基准位置的量，是简谐振动的三要素之一。从广义上讲，相位是指两个事件之间的时间差。在旋转机械的振动测量中，相位是指键相脉冲与振动正峰值之间的时间差。由基频振动的相位和转子的机械滞后角可以确定不平衡的角度。实际应用中最重要的是测量基频振动的相位。

为了测量相位，必须在转子轴上用反光带作一个基准，还要有一个接收基准信号的传感器（称为键相器），每当反光条经过键相器时，键相器的电压就会输出产生一个脉冲信号，该脉冲与1倍频谐波信号第一个正峰值之间的时间差定义为相位Φ。将一个周期的时间划分为360等分，称为360°，相位单位“°”表示。例如：相位为45°，说明从键相器脉冲到第一个正峰值经过了1/8个转动周期的时间。

用“°”表示相位的优点在于它与转子转动的角度是一致的。因此，相位也可以看作是键相脉冲到振动信号第一个正峰值期间转子转动的角度。由相位可以确定理转子上的高点（图1）：当键相器对准反光条时，高点在H位置；高点转动到探头对应下面振动的正峰值，因此将轴上的反光条对准键相器，由振动传感器的位置逆向转动Φ角，即高点位置。由高点位置和滞后角就可以知道不平衡的角度。

图1 相位测量原理

2.2 滞后角及其确定方法

滞后角一般是指机械滞后角。在一定的转速下，转子重点（即转子不平衡矢量和的位置）和高点之间的夹角称为机械滞后角。由于系统存在阻尼，高点和重点不在同一个角位置，在时间上高点滞后于重点一个角度就是滞后角。对同一台机组而言，转速一定时其滞后角是不变的。

由高点的位置顺着转速的方向加上滞后角，就是转子的重点。重点是指某一断面处转子不平衡向量的角位置，实际上是转子质心的角位置。不平衡质量位置、原始不平衡的振动相位、滞后角三者关系是ψ=d+φ。其中，ψ为不平衡质量位置；d为原始不平衡的振动相位；Φ为滞后角。配重块的位置在不平衡质量位置ψ的反面。如果设配重块的位置为θ，则θ=d+Φ+180°。

滞后角确定，用仪器对转子原始不平衡进行测试，然后再用矢量法对转子进行动平衡操作，求得配重块的位置，再根据配重块的位置和原始不平衡振动相位，即可确定滞后角大小（图2）。

图2 滞后角确定原理

2.3 动平衡常数

动平衡常数即转子灵敏度，即风机每mm/s应加配重重量。振动幅值正比于不平衡量，从而由给定不平衡量会引起多大的振动，用矢量法将最终的动平衡修正重量被原始的振动幅值来除，即可得到风机转子的动平衡常数。

3 一次加重平衡法的应用实例

通过2.2，2.3的方法探索出公司热电厂锅炉引风机转子一次加重的动平衡的重要参数，即动平衡参数：水平方向，滞后角为 115°，风机应加配重重量 200 g（/mm/s）。

3.1 设备主要参数及设备简图

锅炉引风机设备简图及测点布置如图3所示。

图3 锅炉引风机设备简图及测点布置

电机型号YFKK560-6W，功率900 kW，转速994 r/min，容量900 kW，转子重量3037 kg，风机叶片数12片，风机两侧轴承为滚动轴承型号为22232cc，有19个滚动体。风机叶轮左右两端支承在轴承座3，4上，再通过联轴器与电机相连。

3.2 采用一次加重法操作步骤

以3-2#锅炉引风进行现场动平衡为例：

（1）在风机转轴合适的位置贴上反光条作为相位测量基点，架好键相器，将传感器与振动数据采集器连接好。

（2）启动设备，用振动数据采集器（VB7振动分析仪器）采集不平衡振动数据，即振幅和相位。3#轴承与4#轴承的水平方向和垂直方向的振动相位基本相同，是典型的动不平衡。根据现场经验，只要计算水平方向的相位就能完全满足动平衡要求。

（3）停止风机，确定加重块的大小和位置。

用转子的平衡常数乘以不平衡振动的幅值，求出平衡块重量大小。风机的最大振动为水平方向，7.83 mm/s，平衡块重量大小为7.83×200=1566 g。用振动高点位置和滞后角求出平衡块重量的位置为 84.29°+115°+180°=379.29°

（4）在风机转子上的379.29°处将1566 g平衡块焊牢。

（5）启动设备。测得振动值（表1）达到机械设备振动标准ISO2372优级水平，振动合格。

表1 轴承振动值数据

4 结束语

（1）在实施现场动平衡前，通过频谱分析和相位分析正确诊断故障原因，确认设备振动是由转子的不平衡引起的。否则不能降低设备的振动水平，还会延误检修时间。

（2）初始振动信号的相位和幅值是加重相位和质量大小选取的依据，平衡前准确测量风机的振动向量十分关键。一次加重平衡法实施前，必须根据实践经验，对所使用的测量系统和风机参数等有所了解。同时，经验积累越多成功的概率就越大。

（3）一次加重平衡技术平衡风机转子的方法可以减少大型风机的开停机次数。提高了风机轴承和电机的使用寿命，减少对电网的冲击，经济效益良好。

（4）一次加重现场动平衡的整个过程不超过2 h，如果准备工作充分、停送电配合及时，将不超过1 h，减少对生产的影响，经济效益明显。