摘要：对风机气流脉动引起风机机壳及进、出口管道振动的研究较多，在解决某电厂两台锅炉一次风机存在的低负荷轴承振动异常问题时，通过试验研究，得出由入口调节门后中心涡流造成的气流周期性高脉动可引起风机轴承振动超标的结论。并采取加装反涡流装置解决了该问题。
关键词：电厂锅炉；一次风机；异常振动试验；
锅炉一次风机本体采用整体钢架机座设计。其结构简单，安装方便，环境条件要求不高。在生产运行一段时间后出现风机振动加剧故障，我们通过分析，发现故障原因并采取相应的措施，解决了问题。
1.电厂锅炉一次风机异常振动试验
1.1试验内容
（一）风机热态性能试验。
本一次风机在锅炉低负荷时的异常振动与风机入口调节门的开度密切相关，即与风机运行工况点有密切关系。为此首先应判明两台风机在实际系统中的工作区域。
（二）振动测量
①为弄清风机在正常情况下的振动情况，测量了每台风机两轴承箱的振动速度，并进行频谱分析。
②为弄清风机异常振动时与风机正常振动时的风机运行参数和振动之差别，在机组带54 %负荷下，用调节风门先后将两台一次风机分别调节到出现异常振动工况下，测量风机的各运行参数和两轴承箱的振动速度，并进行频谱分析。
1.2试验结果
风机侧（支撑）轴承箱在机组高负荷时，其振动较小，在低振动时，垂直和水平方向的振动频率同风机转速频率，而轴向振动频率当出现异常振动时，垂直、水平和轴向3 个方向均变为24 .5Hz 左右。其最大振动方向在低振动时为轴向，高振动时轴向和水平方向振动均很大。风机振动与入口调节门开度密切相关，但使风机振动的开度并不是固定的，有一个范围。从振动频率成分看，主要为工频振动，两轴承工频振动的相位基本相同，且在固定转速下工频振幅和相位都比较稳定。随后进行了调整引风机挡板开度的试验，轴承振动没有明显变化。因此判断振动原因为引风机质量不平衡过大。可通过现场动平衡试验降低轴承振动。分析振动测试数据，可以看出振动频率成分主要为工频振动，在固定转速下相位比较稳定。振动的主要原因为转子质量不平衡。
同时在固定转速下振动振幅显著增长，升降速振动波德图不重合，降速过程中振动显著大于升速过程中振动，表明还存在动静碰磨故障。因为振动主要原因为转子质量不平衡，因此决定首先采取现场动平衡的方法降低转子振动。同时也可以减少动静碰磨故障发生的几率，有可能解决动静碰磨的问题。如在机组负荷降低到54 %的过程中，当两台风机调节门开度为51 %时，未知其是否振动增大。但在进行54 %工况试验时，虽然两台风机调节门开度均较大，振动试验时，原不振动的风机（开度为59 .9 %）也振动起来了。在进行风机振动试验时，现场观察风机也在振动。
事实说明，当风机入口调节门开度在45 %～ 60 %范围内都有可能出现异常振动。且一旦有一台风机发生异常振动，另一台本未进行操作的风机也跟着异常振动起来。这说明风机的振动与出口管道内气流有关。依据制造厂提供的设备技术文件的规定，轴承外圈与轴承箱之间径向间隙止推轴承轴向无间隙，支承轴承轴向收缩侧有间隙，膨胀侧自由延伸，无限位。由于支承轴承径向有预紧力，影响其作为游动支承的正常轴向位移，阻碍了轴的膨胀，热应力增大，产生异常振动响应。
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2.振动处理
2.1风机振动机理
风机转子具有质量大、叶片回转半径大、转子跨距较短、工作转速较低的特点，通常为卧式放置。风机转子一般为典型的刚性转子，在其工作转速范围内，转子不会在不平衡激振力的作用下发生显著的、能够影响风机轴承振动的挠曲变形。由于支撑风机转子的轴承刚度不可能无穷大，通常风机的落地轴承在水平方向的刚度显著小于在垂直方向的刚度，因此刚性转子和弹性支撑构成了一个振动系统，其动力响应特性复杂。风机最主要的振动激励来源是转子上的不平衡激振力。能够导致转子产生不平衡质量的原因很多，如转子和叶片加工及安装的误差、转子的挠曲变形、叶片表面保护涂料喷涂不均匀、叶片表面不对称的灰尘堆积等。由于锅炉风机大多为单级叶轮，而转子的直径相对叶轮直径要小得多，因此转子的不平衡质量主要集中在叶轮上。风机的不平衡质量主要为对称分布，反对称很少。转子进行现场动平衡是解决不平衡类振动故障的有效方法，方便、快捷。由于风机转子—轴承系统的第一阶临界转速远高于其工作转速，根据刚性转子平衡理论，只要在某一个转速下进行平衡并达到合格，就可以保证在工作转速范围内所有转速下其振动都能合格。在进行现场实际动平衡时，平衡转速一般选其工作转速。
2.2风机振动评价标准
对于风机振动测量的要求和评价标准。对于卧式安装的设备，应同时测量轴承的垂直和水平方向振动。现场习惯于测量振动的位移峰峰值。标准中对于轴承振动的评价采用烈度，也即振动速度均方根值（mm/s）。考虑低转速设备振动频率较低，可能产生较大的振动位移，因此标准中也提出了振动位移的评价标准。由于大多数卧式风机的第一阶临界转速都远高于其工作转速，属于刚性支撑范围。且其限值比挠性支撑设备的限值更为严格，更趋于安全。
根据试验结果分析，风机振动与入口导叶调节门开度紧密相连。当调节门开度在45 %～ 60 %之间的某一角度时，风机振动异常增大；每次异常振动时的开度虽不完全一致，但均在中间位置。且其振动频率与机壳振动频率一致，由于机壳的受迫振动是由气流脉动引起的，其振动频率应与气流压力脉动频率一致。因此笔者认为：一次风机气流压力周期性高脉动的主要原因是入口导叶调节门后的中心涡流引起的。
2.3风机振动响应影响系数相位
由于卧式风机工作转速远低于其一阶临界转速，为刚性转子，而振动系统对激励响应的相位在激励频率远低于固有频率时接近0°，在接近固有频率时迅速增大，等于固有频率时达到90°，因此也期望风机振动响应的相位稍大于0°，这样就能够直接通过振动测试数据判断出初始不平衡的位置，有可能仅通过1次加重就使风机振动降至合格范围内。在动平衡试验中获得的影响系数相位即为转子—轴承振动系统对于激励（转子不平衡质量旋转离心力）响应的相位。但要满足以下条件：测量相位的键相传感器和测量振动的速度传感器的安装角度应一致，转子上键相标记的零点即为加重时度量角度的零点。当振动传感器和键相传感器安装角度不一致时，可以通过加减安装角度差校正工频振动的相位。由于风机两轴承影响系数相位基本接近，因此只列出风机自由端的数据。风机轴承振动的影响系数相位并不满足稍大于0°的期望，也没有共同规律。这是因为虽然风机转子是刚性，但风机的轴承和基础是一个具有刚度、质量和阻尼的复杂振动系统，轴承振动比较复杂。通过观察轴承振动波德图也可以看出，在设备升降速过程中相位变化也比较大，并没有局限在一个较小的范围内。因此将轴承简化为一个弹性支撑所带来的误差比较大。在实际现场动平衡过程中，需要通过试加重来获取影响系数。
结语：
通过风机振动故分析，让我们清楚地认识到，要保证设备长、安、稳、优运行，必须要从小事做起、从细节做起，把隐患消除在萌芽状态，做到判断准，不留根，拒绝差不多、将就等词语，只有通过不断的深入研究、改进、总结才能使设备处于良好状态。
参考文献：
[1]陈大禧，朱铁光. 大型回转机械诊断现场实用技术〔M〕. 北京：机械工业出版社，2017.
[2]电力建设施工及验收技术规范（锅炉机组篇）〔S〕.
论文作者:韩峰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第28期
论文发表时间:2019/3/13
标签：风机论文; 转子论文; 轴承论文; 转速论文; 相位论文; 频率论文; 不平衡论文; 《电力设备》2018年第28期论文;