锅炉一次风机轴向振动大成因分析及改进

朱建洛

（河南省安装集团有限责任公司，河南洛阳 471000）

0 引言

一次风机是锅炉的重要辅机设备，检修维护工作量大，有较高的技术要求。本次研究的一次风机为1854B/1476，转速1480 r/min，全压力19 415 Pa，风量143.48 m3/s。一次风机结构为单吸离心式风机，轴承是双向滚柱轴承，外部2个轴承体双侧支撑主轴，使用单支点双向固定方式固定轴承的轴向。原轴承箱底座为柔性支撑，后由于风机稳定性的需求，改成刚性支撑。风机改造后的其他参数满足使用需求，但存在轴向振动大的问题，导致停运检修，影响正常运行。

1 锅炉一次风机轴向振动大的成因分析

1.1 主轴膨胀

经过长期跟踪发现，一次风机正常运行时期，轴向振动接近标准的上限，达到（80～100）μm，如果昼夜温差＞13 ℃，风机轴向振动明显增加，尤其在昼夜温差大的季节，止推轴承箱振动的最大值为80 μm，支撑轴承箱的振动幅度达到3217 μm。受一次风机轴向振动大的影响，出现多次停运检修的情况，影响机组的正常运行。介质温度对一次风机轴承箱的轴向温度有明显影响，昼夜温差大，入口介质的温差也会随之增加。当日温差＞13℃，入口介质温度达到27℃，产生轴向周期性振动。温度影响一次风机轴向振动，主要与主轴的膨胀有关[1-2]。轴周围介质的最高温度用t表示，热伸长值用l表示，轴承间的轴长度用L表示，轴的热伸长值可以用公式l=1.2L（t+50）/100计算。一次风机主轴D的2个轴承之间的轴距为4089 mm。介质入口温度以14℃为最低温度，热伸长值为3.14 mm，以27℃为最高温度，热伸长值为3.78 mm，有0.64 mm的膨胀差。在正常情况下，支撑轴外圈在轴承箱内的轴向位置，随着介质温度的变化，为适应膨胀的变化会有所改变。如图1所示，随着环境温度的变化，轴向振动随之改变，主轴热膨胀或收缩，都不能得到有效补偿，主轴的正常膨胀受到明显的影响。由于热应力的作用，主轴出现临时性的弓形弯曲，导致一次风机出现轴向振动。

1.2 底座变形

图1 轴承箱振动与介质温度关系

图2为改造前一次风机转子组结构，支承轴承箱底座长500 mm，高1185 mm，是A3钢焊接件，底座的刚度比较差，即便扰动力很小，也会产生大的轴向振动。轴承箱轴向水平度的安装数据为0.02 mm，检修后为0.55 mm，主轴水平度安装数据0.02 mm，检修后为0.18 mm，轴承箱和主轴的同轴度安装数据0.03 mm，检修后0.44 mm，主轴横向收缩间隙安装2.7 mm，检修后0.7 mm。由于底座变形，轴承出现不对中的现象，导致明显的转子不平衡响应，一次风机出现轴向振动问题。相比安装时，主轴水平度有较大的差距，轴系角度不对中，附加轴向力产生，导致转子的轴向振动。

图2 改造前风机转子组结构

1.3 轴承间隙

根据设备的技术规定，止推轴承轴向没有间隙，轴承外圈和轴承箱径向有（0～0.02）mm的间隙，支承轴轴向膨胀侧自由延伸，同时收缩侧间隙3 mm。支承轴承径向的预紧力的存在，对正常轴向位移产生影响。支承轴轴承径向也作为游动支承发挥作用，但位移受到阻碍，影响轴膨胀，增加了热应力，导致振动的产生。

1.4 支承系统

通过检查发现在支承轴承箱底座上，存在不合理的基础台板固定，台板宽600 mm，实际使用的垫铁长为120 mm，但应该使用的垫铁长620 mm，与相关规定不符。底盘出现松动，主要是由于左前侧脚螺栓刚度低，由于温度升高和外力的作用，底盘产生空隙，降低了机械的阻抗能力。即使出现极小的不对中问题，都会导致大的轴向振动，影响正常运行。

2 改进措施

2.1 使用铸铁底座

一次风机原使用的是A3钢焊接件支承轴承箱底座，为钢结构底座，为改善轴向振动问题，使用铸铁底座。改变底座的几何形状，使用菱形更换原来的梯形。底座高度从1185 mm降为345 mm。菱形底座与脚螺栓连接，支承使用10组垫铁，根据情况对底座位置进行调整。通过增加底座的抵抗轴向变形能力，以及底座的减振性能，改善风机轴向振动大的问题。改造后的转子组结构见图3。

图3 改造后风机转子组结构

2.2 调整间隙

要保证间隙的配合，主要是在支承轴承外圈，综合考虑调整径向间隙，改为（-0.04～-0.02）mm，使其能够充分考虑可能造成跑外圈的后果，径向间隙过大对载荷去内滚动体数和轴承支承刚度的影响，满足使用需求。轴向膨胀间隙依旧自由延伸，轴向收缩间隙为3 mm，保证在轴承箱内，外圈可以随着主轴热伸长量的变化而自由变化，减少振动的可能。

2.3 改造支承轴承箱基础

将后轴承座以下的混凝土基础和底盘全部去除，将轴承箱基础尺寸线引出，沿钻孔到作业面50 cm以下的地方，依据设计标高植筋、配筋。清理干净作业面，连接钢筋和入口风箱的基础钢筋，结合新旧混凝土，保证结合的可靠性和有效性。对混凝土进行重新浇灌，保证底座轴向变形的减少，以及支承轴承箱底座高度的降低，使基础刚度增加，减少一次风机的轴向振动。

3 改造效果分析

通过对锅炉一次风机轴向振动大的原因分析以及相应的技术改造，明显降低了一次风机支承轴承箱的轴向振动，介质温度的影响明显消除，振动最大值为25 μm，减少了维修工作次数和工作量，保障机组的正常运行。

风机轴承振动是常见的运行故障，异常振动会损坏风道和机壳、引起螺栓松动、损坏叶片和轴承等部件。风机振动有多种成因，如不停炉处理非工作面叶片积灰引起的问题。气体进入叶轮后，和旋转叶片工作面有一定的角度，产生一定的漩涡，在漩涡作用下，灰粒就会在非工作面上沉积[3-4]。最容易积灰的地方是机翼型的叶片。积灰积累到一定程度，在离心力的作用下，就会将积灰甩出。积灰通常是不均匀的，甩出也是不同步的，就会导致叶轮质量的不平衡分布，增加风机的振动。通常需要临时停炉，进行人工检修，将叶轮上的积灰清除。检修时间长，劳动强度大，并且存在不安全因素，因此可以采用加装喷嘴的方式，在机壳的喉舌处加装不同角度的喷嘴，将其连接冲灰水泵，利用叶轮的惯性作用对非工作面进行喷洗，解决风机振动问题。

地脚螺栓折断会导致振动，在冷却水流通、油位、轴温等都正常的情况下，可能由于风机叶轮导致的振动。轴承箱垫铁下出现小幅度振动，没有滑出垫铁的现象，通常有一个螺杆折断的问题，螺母松动，垫圈碎断，轴承箱和转子出现共振，导致轴承振动问题[5-6]。可以用传统方法进行维修，地脚螺母接地，或者绑焊螺柱，修复螺栓。

风机轴承损坏会引起振动，在运行中，滚动轴承出现紧定套松动、游动间隙超标、烧坏等故障，都会导致振动。需要详细检查轴承，更换游隙超标的轴承和损坏的轴承，重新调整轴承的顶部间隙，紧固轴承的紧定套。如果检查维修后振动仍然较大，说明不是造成风机轴承振动的主要原因，需要重新检修。

联轴器中心不对中，常会导致风机的振动。地脚螺栓松动、轴承磨损、检修工艺不到位等，都会出现联轴器不同心的问题。因此需要在对风机轴承检查后，检查紧固地脚螺栓、各部的连接螺栓，损坏的弹簧片进行及时更换，重新校验同心度，使误差降到最低。联轴器中心不对中不仅导致风机轴承振动大，也会导致电机轴承振动大。

依据风机理论，风机转子的临界转速与风机的运行转速过于接近，或者运行工况不稳定的情况下，都会导致风机暂时的严重振动，在稳定的工况区，风机就会平稳工作，但与一次风机连续剧烈振动不同。风机转子动不平衡也会引起振动，输送介质含有的固体颗粒会加快风机内部的磨损，导致转子质量不平衡[7]。一次风机输送的介质为清洁的空气，磨损相对小，通常是排粉风机和引风机的问题。在实际检修工作中，需要通过合理分析，灵活观察和检测，找到造成一次风机轴承振动大的主要原因，采取相应的措施进行改进。

4 结语

作为锅炉的重要设备之一，一次风机出现故障严重影响锅炉的安全运行，对于锅炉一次风机轴向振动大的问题，要加强分析和积累经验，及时解决问题。锅炉一次风机通过提高支承轴承连接刚度，降低底座高度，改善过渡配合的松度等，控制刚度不足引发的轴向振动，改造钢结构底座，调整支承轴承外圈和轴承箱的间隙，提高减振性能，保证机组的安全运行。