双级动叶可调一次风机振动分析与处理

刘双白 吴 昕 谢昌亚 张春雷 赵瑞峰

（1.国网冀北电力有限公司电力科学研究院（华北电力科学研究院有限责任公司）；2.陕西德源府谷能源有限公司）

一次风机是火力发电厂锅炉风烟系统的重要设备，主要为磨煤机干燥燃煤和输送煤粉提供所需的热风、磨煤机调温风（冷风），并供给燃料燃烧初期所需的空气［1］。 火力发电机组通常配置有两台一次风机，高负荷运行时两台风机并列运行，因此一次风机故障将直接影响机组的正常生产。 近年来，火电机组频繁调峰，辅机设备运行状态变动迅速，风机振动故障也更为频发，通常有不平衡振动、通过频率振动、低频振动及转子裂纹振动等问题。 虽然风机内部结构简单，但其振动问题的处理却很复杂。

某600MW 亚临界机组一次风机系统配套上海鼓风机厂有限公司生产的PAF19-14-2 型双级动叶可调式轴流式风机，设计转速1 490r/min，单级叶片数量为24 片， 驱动电机采用上海电机厂有限公司生产的YKK710-4 型异步电动机。 该风机采用卧式布置，具有流量大、高效区域广等特点。 DCS 远传振动测点为2 支振速传感器，分别设置于4 号轴承的水平、垂直方向。

1 故障现象

一次风机调停12 天后再次启动， 启动后远传风机振速略微增大，水平、垂直方向振速由调停前的1～2mm/s，增大到2～3mm/s，继续运行后，水平方向振速爬升至6mm/s，最大波动至7mm/s。停机检查发现二级动叶液压缸漏油。 清理后再次启动， 水平振速稳定在3mm/s， 垂直振速保持2.5mm/s，运行一段时间后，最大波动至4.1mm/s，振动数值依旧偏大， 接近振动报警值（4.6mm/s），为保证机组安全稳定运行，需进一步分析处理。

图1 为机组并网后6～30h 内相关参数变化曲线。 从图1 中可以看出，该段时间前期振动较为稳定， 当时垂直、 水平方向振速均在2～3mm/s区间内波动，随后水平方向振动开始恶化，振速在3～5mm/s 区间摆动（报警值4.6mm/s），垂直方向振速微增至3mm/s。 摆动现象出现2h 后，水平方向振速逐步稳定在5mm/s，且保持上涨趋势。经就地检查确认了远传振动信号的真实性，检查结果显示风机侧振动大，电机侧振动较小。

图1 机组并网后6～30h 内相关参数趋势

继续运行数小时后，水平方向振速已爬升至6mm/s，最大波动至7mm/s。 考虑到设备的安全，决定紧急停机检查。 检修人员揭盖检查后发现，设置于二级动叶后端的液压缸大面积漏油。 漏油流出渗至轮毂和叶片， 风机叶片沾有大量油泥。同时检查了液压推杆是否正常、两级动叶执行动作是否保持同步性。 最终更换液压缸并清理了轮毂和叶片周边的油污和积灰。

检查后再次启动一次风机， 振动有所好转，水平振速稳定在3mm/s，垂直振速保持2.5mm/s。图2 为机组检查后运行5 日相关参数的变化曲线，从图2 中可以看出，此次检修后，水平、垂直方向振动均有所减小，并且水平方向振动波动略有好转，最大波动至4.1mm/s。 观察发现，水平振动不稳定现象均出现在入口风温较低的时间段。调取数据做进一步分析，当一次风机滚动轴承温度高于59℃，推力轴承温度高于52℃时，水平方向振动稳定，未发生振速波动，此时风机入口风温均大于0℃，而不满足上述条件时，水平方向振动出现波动。

图2 机组经检查后运行5 日相关参数趋势

2 测试分析

在一次风机第1 级叶轮（3 号轴承）、第2 级叶轮（4 号轴承）处对应的风机罩壳水平结合面上布置水平、垂直振动传感器（图3），测量记录了一次风机运行时的振动情况，而此时动叶开度仅有56%。

图3 一次风机振动测点示意图

图4 为水平方向振动稳定期间各测点振动频谱图，观察发现：水平方向振动较为稳定，垂直方向振动波动明显，存在明显的一倍频以下的振动分量，而且波动剧烈；振动频谱显示存在诸多不同倍频分量的振动杂波。 其中，一倍频振动分量较为稳定，杂波分量波动明显。 表1 为稳定时期主要振动参数。

图4 振动频谱图

表1 稳定时期振动参数

此次振动测量记录捕捉到了一次振动波动现象，测量结果显示此次波动主要是轴承两侧水平方向的振动波动。 波动时期的振动参数见表2。

表2 波动时期振动参数

对比分析两种状态的振动参数，振动波动期间的主要特征有：

a. 两侧水平振幅的波动源于一倍频振动分量的变化，3 号轴承水平方向工频振动分量由44μm 增至最大103μm，4 号轴承水平方向工频振动分量由35μm 增至最大89μm；

b. 工频振动相位未发生大的变化，3 号轴承水平方向由稳定时的325°变为313°，4 号轴承水平方向由稳定时的303°变为300°，并且待波动消失，振动稳定后，相位恢复；

c. 3、4 号轴承水平方向振速也主要表现为一倍频振动分量的波动。

采用手持式振动传感器测量了一次风机两侧地脚螺栓的振动情况，结果显示南侧螺栓振动均为12μm，北侧螺栓振动均为3μm。基于上述测量数据，分析认为：

a. 液压缸存在轻微漏油，伴随着机组的持续运行，在机组调停前，漏油较为均匀地分布在叶轮轮毂和叶片上。 停机后，风机静止，在重力作用下，轮毂和叶片上的漏油流至底部，相当于在底部位置增加了不平衡量，打破了原先的平衡。 结合同型风机振动敏感度和现场漏油情况，停机后的漏油汇集极大可能导致了再次启动后振动的恶化。

b. 停机揭盖处理液压缸并清理漏油后，风机的平衡较调停前存在差异，振动无法回到调停前的运行数值。

c. 持续的杂波分量可能源于支撑间的刚性不足。

d. 历史数据显示，调停前，也存在风机振动与轴承温度的相关规律，波动幅度随振动基数的增大而增大。 此现象重复性较好，说明较高的润滑油温度对转子保持稳定运行具有积极作用。

基于上述分析，建议采用如下措施：

a. 提高润滑油和轴承温度，保持风机在稳定区间运行；

b. 检修期间， 检查轴承与轴承座间支撑情况，复查联轴器对中情况，拧紧南侧螺栓；

c. 若检查后，振动未有明显改善，考虑进行动平衡，减小激振力，降低振动基数。

3 检修处理

考虑到振动基数较大， 为了保证设备的安全可靠，再次停机，进行了处理。 主要检查情况如下：

a. 液压缸下部仍有少量渗油，检查后确定此次液压缸并无漏油， 渗油是上次处理的遗留，再次清理了油污和叶片积灰；

b. 用塞尺测量了轴承与凹窝间隙，未有明显的过大间隙，但两者结合面中油污较多，由于停机时间紧迫，并未吊出轴承做进一步检查清理；

c. 复查了联轴器对中情况，重新调整至合格范围；

d. 人工拧紧南侧螺栓。

现场观察发现，轴承座两侧与罩壳连接存在差异。 图5 显示轴承座靠近一级叶轮侧与罩壳间焊接了一圈导叶刚性连接，另一侧并未采用此种设计，而在下方焊接了两片导叶。 由于此前将振动传感器布置于风机罩壳上对应位置，这种连接结构会对4 号轴承振动数据的测量产生干扰。 因此，分别在4 号轴承上设置水平、垂直方向振动传感器，3 号轴承的振动测量则仍靠外部风机罩壳上布置的振动传感器。 扣盖后启动风机，再次监测风机振动状态。

图5 风机实物图

风机启动后，逐步开启动叶，测量记录各动叶开度下的振动情况，如图6 所示。 对比此前数据，证实了风机内部连接设计确实造成了测量数据失真。 从图6 中可以看出：对比两侧轴承振动表现，4 号轴承的振动情况更为恶劣，其振动主要表现在水平方向振动，在100μm 附近波动，最大至140μm；4 号轴承水平方向一倍频振动占比相对较小，其他频率分量波动。

图6 各动叶开度下振动参数

记录了一次风机停机过程振动数据，由此绘制了一次风机降速过程波德图。 图7 为3、4 号轴承水平方向振动波德图。 从图7 中可以看出，两侧轴承水平方向在1 459r/min 附近振动出现了明显的振动峰值。 同时，在该区域附近，两侧相位角存在较大变化。 考虑到4 号轴承垂直方向振动并无明显变化，由此认定该转速近似为风机轴承水平方向的共振转速。

图7 3、4 号轴承水平方向振动波德图

由于工作转速与共振转速极为接近，一次风机运行落入共振区，风机系统对于环境参数极为敏感， 参数的微小变化极易引起振动的不稳定，激发一倍频振动分量的突增， 引起振动的波动。考虑到启机的紧迫性和增加支撑提高共振频率的不确定性，最终决定进行精细平衡试验，尽量降低扰动力，削弱共振的放大效应［2］。

4 动平衡

根据测量参数，3、4 号轴承一倍频振动同向，因此采用对称加重法， 结合经验参数和现场振幅，决定试加重量408g∠100°。 考虑到4 号轴承水平振动的波动程度和1 级叶轮施工的便利性，将重量全部加至1 级叶轮处。 重新启动后，通频振动数据如图8 所示。

图8 各动叶开度下振动参数

从图8 中可以看出：3 号轴承水平方向和4号轴承水平、垂直方向振幅均出现降低，尤其在60%动叶开度以下，各测点振动最大仅为35μm；4 号轴承水平方向杂波分量被大幅抑制； 当动叶开至60%以上，轴承振动开始爬升，尤其是4 号轴承低频分量小幅度波动。 由于启机时间紧迫，考虑到满负荷动叶开度仅为56%，此时振幅最大35μm，振速最大1.5mm/s。 因此，此次动平衡结果较为满意，不再继续加重。

5 结束语

分析处理了某600MW 亚临界机组一次风机振动异常问题，得知机组调停期间，一次风机液压缸漏油的汇集极大可能导致了启动后振动的恶化。 一次风机工作转速与共振转速极为接近，是导致振动不稳定的主要原因。 通过动平衡的方法，有效降低了不平衡扰动，大幅削弱了共振的影响，为机组安全稳定运行提供有力的保障。