锅炉风机振动原因分析及处理方法

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风机是电站的重要辅机，风机出现故障或事故时，将引起发电机组降低出力或停运，造成发电量损失。而电站风机运行中出现最多、影响最大的就是振动。因此，当振动故障出现时，尤其是在故障预兆期内，迅速作出正确的诊断具有重要的意义。简易诊断是根据设备的振动或其他状态信息，不用昂贵的仪器，通常运用普通的测振仪，自制的听针，通过听、看、摸、闻等方式，判断一般风机振动故障的原因。文中所述振动基于电厂离心式送风机、引风机和排粉机。

一、轴承座振动

1. 转子质量不平衡引起的振动

在现场发生的风机轴承振动中，属于转子质量不平衡的振动占多数。造成转子质量不平衡的原因主要有：

  · 叶轮磨损（主要是叶片）不均匀或腐蚀；

  · 叶片表面有不均匀积灰或附着物（如铁锈）；

  · 机翼中空叶片或其他部位空腔粘灰；

  · 主轴局部高温使轴弯曲；

  · 叶轮检修后未找平衡；

  · 叶轮强度不足造成叶轮开裂或局部变形；

  · 叶轮上零件松动或连接件不紧固。

转子不平衡引起的振动的特征：

  · 振动值以水平方向为最大，而轴向很小，并且轴承座承力轴承处振动大于推力轴承处；

  · 振幅随转数升高而增大；

  · 振动频率与转速频率相等；

  · 振动稳定性比较好，对负荷变化不敏感；

  · 空心叶片内部粘灰或个别零件未焊牢而位移时，测量的相位角值不稳定，其振动频率为30%～50%工作转速。

2. 动静部分之间碰摩引起的振动

如集流器出口与叶轮进口碰摩、叶轮与机壳碰摩、主轴与密封装置之间碰摩。其振动特征为：

  · 振动不稳定；

  · 振动是自激振动与转速无关；

  · 摩擦严重时会发生反向涡动。

3. 滚动轴承异常引起的振动

(1) 轴承装配不良的振动

如果轴颈或轴肩台加工不良，轴颈弯曲，轴承安装倾斜，轴承内圈装配后造成与轴心线不重合，使轴承每转一圈产生一次交变的轴向力作用，滚动轴承的固定圆螺母松动造成局部振动。

其振动特征为：

  · 振动值以轴向为最大；

  · 振动频率与旋转频率相等。

(2) 滚动轴承表面损坏的振动

滚动轴承由于制造质量差、润滑不良、异物进入、与轴承箱的间隙不合标准等，会出现磨损、锈蚀、脱皮剥落、碎裂而造成损坏后，滚珠相互撞击而产生的高频冲击振动将传给轴承座，把加速度传感器放在轴承座上，即可监测到高频冲击振动信号。这种振动稳定性很差，与负荷无关，振动的振幅在水平、垂直、轴向三个方向均有可能最大，振动的精密诊断要借助频谱分析，运用频谱分析可以准确判断轴承损坏的准确位置和损坏程度，在此不加阐述。

表1 滚动轴承异常现象的检测

注：○—有效，△—可能，×—不适合。

表1列出滚动轴承异常现象的检测，可以看出各种缺陷所对应的异常现象中，振动是最普遍的现象，抓住振动监测就可以判断出绝大多数故障，再辅以声音、温度、磨耗金属的监测，以及定期测定轴承间隙，就可在早期预查出滚动轴承的一切缺陷。

4. 轴承座基础刚度不够引起的振动

基础灌浆不良，地脚螺栓松动，垫片松动，机座连接不牢固，都将引起剧烈的强迫共振现象。这种振动的特征：

  · 有问题的地脚螺栓处的轴承座的振动最大，且以径向分量最大；

  · 振动频率为转速的1、3、5、7等奇数倍频率组合，其中3倍的分量值最高为其频域特征。

5. 联轴器异常引起的振动

联轴器安装不正，风机和电机轴不同心，风机与电机轴在找正时，未考虑运行时轴向位移的补偿量，这些都会引起风机、电机振动。其振动特征为：

  · 振动为不定性的，随负荷变化剧烈，空转时轻，满载时大，振动稳定性较好；

  · 轴心偏差越大，振动越大；

  · 电机单独运行，振动消失；

  · 如果径向振动大则为两轴心线平行，轴向振动大则为两轴心线相交。

示例：某厂M5-29-NO19D型排粉机，转速n=1450r/min，在运行中出现振动，运用普通测振仪测振情况如下：

表2 运行中测振情况

根据振动情况，振动在承力端的水平方向为最大，垂直及轴向较小，据此判断很可能是叶轮不平衡引起振动，而且振幅随转速的升高而增长很快，转速降低时振幅可趋近于零，再用听针听承力轴承声音正常，用手摸轴承温度正常，检查地脚螺栓完好，轴承和基础原因可排除，联轴器问题也不可能。检查叶轮发现叶轮磨损严重，系磨损不均匀所至，经进行动平衡试验，在叶轮上加平衡块重450g后振动消除。

二、转子临界转速引起的振动

当转子的转速逐渐增加并接近风机转子的固有振动频率时，风机就会猛烈地振动起来，转速低于或高于这一转速时，就能平稳地工作。例如：

  · 改造后的风机，由于叶轮太重，使风机轴系的临界转速下降到风机工作转速附近，引起共振；

  · 基础刚度不足，重量不够，其固有频率接近旋转频率；

  · 风机周围的其他物件、管道、构筑物的共振。

  · 调节门执行机构传动杆的共振。其振动特征为：该物件共振处的相对振动最大；振动频率与旋转频率相同或接近。

三、风机风道振动

这种振动是由于风道系统中气流的压力脉动与扰动而引起的。

1. 风箱涡流脉动造成的振动

入口风箱的结构设计不合理，导致进风箱内的气流产生剧烈的旋涡，并在风机进口集流器中得到加速和扩大，从而激发出较大的脉动压力波。其振动特征为：压力波常常没有规律，振幅随流量增加而增大。

2. 风道局部涡流引起的振动

风道某些部件（弯头、扩散管段）的设计不合理，造成气流流态不良，在风道中出现局部涡流或气流相互干扰、碰撞而引起气流的压力脉动，从而激发出噪声和风道的振动。其振动特征：振动无规律性，振幅随负荷的增加而增大。

3. 风机机壳和风道壁刚度不够引起振动

刚度较弱的位置，振幅就较大。

4. 旋转失速

当气流冲角达到临界值附近时，气流会离开叶片凸面，发生边界层分离从而产生大量区域的涡流，造成风机风压下降。旋转失速主要发生在轴流式风机中，在离心式风机的叶轮及叶片扩压器中，由于流量减少，同样也会出现旋转失速。旋转失速引起的振动的特征：

  · 振动部位常在风机的进风箱和出口风道；

  · 振动多发生在进口百叶式调节挡板、后弯叶片的风机上；

  · 挡板开度在0～30%时发生强烈振动，开度超过30%时降至正常值；

  · 旋转失速出现时，风机流量、压力产生强烈的脉动。

5. 喘振

具有驼峰型性能曲线的风机在不稳定区域内工作，而系统中的容量又很大时，则风机的流量、压头和功率会在瞬间内发生很大的周期性的波动，引起剧烈的振动和噪声。喘振是风机性能与管道装置耦合后振荡特性的一种表现形式，其振幅、频率受风机管道系统容量的支配，其流量、压力、功率的波动又是不稳定工况区造成的。

四、结 语

风机的振动问题是很复杂的，但只要掌握各种振动的原因及基本特征，加上平时多积累经验，就能迅速和准确判断风机振动故障的根源所在，进而采取措施，提高风机的安全可靠性。

来源：化工设备创新基地微信公众号（ID：hgsbcxjd），原文来自《四川电力技术》，作者：余红明。