摘要：不平衡是引起锅炉风机振动的主要故障之一，而现场动平衡是消除其振动的主要手段。本文重点探讨了锅炉风机振动的现场处理。
关键词：风机；转子；振动；动平衡
风机应用在很多领域，而风机在使用过程中，于各方面的原因，致使风机振动加剧，给企业的安全管理、生产组织及效益等带来较大影响。同时，风机振动是电站风机运行中常见故障之一，而解决风机振动问题是确保锅炉机组稳定运行的重要一环。
一、风机概述
风机是依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体的机械，它是一种从动的流体机械。它广泛用于工厂、矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的通风、排尘和冷却；锅炉和工业炉窑的通风和引风；空气调节设备和家用电器设备中的冷却和通风；风洞风源和气垫船的充气和推进等。风机的工作原理与透平压缩机基本相同，只是由于气体流速较低，压力变化不大，一般不需要考虑气体比容的变化，即把气体作为不可压缩流体处理。
二、风机振动机理
风机转子具有质量大、叶片旋转半径大、转子跨距短、工作转速低的特点，通常卧式放置。风机转子是典型的刚性转子，在其工作转速范围内，转子在不平衡激振力作用下不会发生明显的挠曲变形，从而影响风机轴承的振动。
由于支撑风机转子的轴承刚度不可能无限大，通常风机地面轴承的水平刚度明显小于垂直刚度，因此刚性转子和弹性支承构成一个振动系统，其动力响应特性复杂。
风机振动激振的主要来源是转子的不平衡激振力，造成转子质量不平衡的原因有很多，如转子与叶片加工安装误差、转子的挠曲变形、叶片表面保护涂层喷涂不均匀、叶片表面积灰不均匀等。
由于锅炉风机多为单级叶轮，转子直径远小于叶轮直径，所以转子不平衡质量主要集中在叶轮上。风机的不平衡质量主要是对称分布，且几乎不存在反对称现象。
转子的现场动平衡是解决转子不平衡振动故障的一种有效方法，其方便快捷。
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，只要某一速度平衡合格，它的振动就可保证在所有速度的工作速度范围内。在实际的现场动平衡中，通常以工作转速为平衡转速。
三、600MW机组锅炉送风机振动处理
该送风机为轴流式风机，其额定转速为1000r/min，从电机端部顺时针旋转。电机功率为1900kW，两个轴承都封闭在轴承箱中，轮毂侧为径向滚珠轴承，电机侧为径向/推力组合滚珠轴承。两台风机电机单独试验时，轴承振动不大。
在调试启动阶段，由于振动超标，风机保护动作停止。为了确定故障原因，首先测试了装置的振动。选择测点作为两个轴承的水平振动，测量量为振动位移的峰值（µm）。通过两次连续启动和试验，发现振动频率的主要成分是工频振动。振动随转速变化明显，振幅和相位在固定转速下较稳定。两个轴承的工频振动相位基本相同，并且两次启动试验数据重复性良好。
通过上述试验结果和振动特性，可得出振动原因是轮毂质量不平衡。随后，进行了现场动平衡试验，并在轮毂平衡槽中添加了一个175mm的配重块（由于现场没有称重设备，所以用配重块的长度度量不平衡量）。平衡后，设备振动大大降低，满足新设备的要求。
四、350MW机组锅炉引风机振动处理
图1
引风机为单级双吸离心引风机，由工作转速为600r/min的电机驱动，电机与引风机之间采用半柔性耦合。引风机由两个落地滑动轴承支撑，其中自由端轴承数为1，耦合端轴承数为2。说明书要求两个轴承振动速度均方根值不超过2.0 mm/s，设备简图如图1所示。
引风机规格要求两轴承振动速度均方根值不大于2.0mm/s，若振动频率为单次工频振动，极限值可转换为90µm的峰值位移。
在设备大修期间进行了叶片喷涂作业。检修启动后风机轴承振动过大，随后进行了现场振动试验，选取测点作为1、2号轴承的水平振动，测点为振动位移峰值（µm）。
从振动频率成分来看，主要是工频振动。两轴承的工频振动相位基本相同，在固定转速下，工频振幅和相位相对稳定。随后进行了引风机挡板开度调整试验，轴承振动没有明显变化。因此，引起振动的原因是引风机质量不平衡过大，通过现场动平衡试验，可降低轴承的振动。
由于风机内没有预留配重槽，试验时在叶轮外缘焊接一块小方钢片调整配重。在叶轮外缘加4Kg配重块两次，大大降低了引风机的振动，满足了投产要求。
五、800MW机组一次风机振动处理
一次风机为单级离心式风机，由电动机驱动，定速运行，用挡板调节风量。工作转速为1000r/min，转子轴系有两个转子和四个轴承，轴承均为独立的落地轴承。
机组检修时，风机检修后投入试运行。启动转速后，风机两个轴承的振动增大，并随着运行时间的延长而增大。随后，对设备进行了振动试验，测点为风机1号和2号两个轴承的垂直和水平振动，测得的量为峰值位移（µm）。
设备启动后，固定转速时风机轴承的垂直振动较小，但水平振动超过100µm，随后各测点的振动继续增大。当设备运行18min时，两个轴承在水平方向的振动超过了200µm。通过对振动试验数据的分析，可看出振动频率的主要组成部分是工频振动，在固定转速下相位相对稳定。振动的主要原因是转子质量不平衡，同时，在固定速度下，振动幅度明显增大，升降速度振动的波德图不重合（图2），减速过程中的振动明显大于升速过程中的振动，说明减速过程中仍存在动静态摩擦故障。
图2
由于振动的主要原因是转子的质量不平衡，故决定采用现场动平衡的方法，先减小转子的振动。同时，还可降低静、动摩擦发生的概率，有可能解决静、动摩擦问题。
由于风机没有预留平衡加重槽，采用在叶轮边缘焊接钢板的方法调整配重。通过在风机上进行两次加重后，在叶轮两侧的外缘焊接400g配重块。当设备开始以转速工作时，轴承的振动大大改善，然后设备连续运行3小时，刚开始时，振动有一定程度的增大，说明仍然存在一些动静态摩擦故障。然后振动逐渐回落，并在较低的水平上稳定下来。从一次风机处理过程来看，平衡配重调整量小，仅800g，轴承水平振动远大于垂直振动。结果表明，轴承的水平刚度较差，轴承的振动对不平衡量的变化非常敏感（由轴承形式的设计缺陷引起）。
六、风机振动响应影响系数相位
由于卧式风机的工作转速远低于其一阶临界转速，因此它是一个刚性转子，当接近固有频率时迅速增加，等于固有频率时达到9O︒，因此也希望风机振动响应的相位稍大于0︒，所以能直接通过振动测试数据确定出初始不平衡的位置，可能只通过一次加重就使风机振动降至合格范围内。
动平衡试验得到的影响系数相位是转子轴承振动系统对激振（转子质量不平衡旋转离心力）的响应。但应满足以下条件：相键传感器与振动测量速度传感器的安装角度应相同，转子上相键传感器标记的零点为加重时测量角度的零点。
当振动传感器和关键相位传感器的安装角度不同时，可通过加减安装角度差来校正工频振动的相位。修正上述三种风机的影响系数后，得出的风机实际振动响应相位角见表1。由于风机两轴承的影响系数基本相近，仅列出风机自由端的数据。
表1
从表1的数据可知，风机轴承振动的影响因素相位不满足略大于0︒的要求，也没有共同的期望法则。这是因尽管风机的转子是刚性的，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，轴承的振动更复杂。通过观察轴承振动的波德图也可知，在设备加减速过程中，相位变化较大，且不局限于较小的范围内。因此，将轴承简化为弹性支承所产生的误差相对较大。在实际的现场动平衡过程中，需要通过试加重来得到影响系数。
总之，随着火电机组容量的增大，由于风机振动过大导致机组不能启动或带负荷受到严重限制将造成巨大的经济损失。因此，需运行、检修人员在工作中不断研究和总结，掌握风机运行特征和振动特点，从而保障设备安全稳定运行。
参考文献：
[1]刘家钰.锅炉一次风机异常振动试验研究[J].风机技术，2014（05）．
[2]常强.锅炉风机振动现场处理[J].东北电力技术，2014（03）.
论文作者:李丰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/9/8
标签：风机论文; 转子论文; 轴承论文; 转速论文; 相位论文; 不平衡论文; 动平衡论文; 《基层建设》2019年第18期论文;