應光耀，吳 斌，董益華，馬思聰

（1.浙江省電力公司電力科學研究院，杭州 310014；2.浙江浙能鎮(zhèn)海發(fā)電有限責任公司，浙江 寧波 315208）

發(fā)電廠風機出現故障或事故時，會引起發(fā)電機組出力降低或停運。而風機運行中出現最多、影響最大的故障就是振動，因此，當出現振動故障時，尤其是在故障預兆期內，迅速做出正確的診斷，對保障機組安全運行具有重要意義。

目前，大型發(fā)電廠主要采用軸流式風機，爐側的一次風機、送風機和引風機是振動測試的重點。風機振動一般以振動烈度為監(jiān)測和考核指標，發(fā)電廠可以根據制造廠家的建議設定保護定值，如某廠送風機（型號：ASN-2875/1250）、一次風機（型號：AST-1812/1250）報警定值為5.6 mm/s，跳機定值為6.3 mm/s；引風機（型號：AN35e6）報警定值為4.6 mm/s，跳機定值為7.1 mm/s。

1 風機常見振動故障特征分析

1.1 質量不平衡故障

在現場發(fā)生的風機軸承振動中，屬于轉子質量不平衡的振動占多數。造成轉子質量不平衡的原因主要有：葉輪（主要是葉片）磨損不均勻或腐蝕；主軸局部高溫使軸彎曲；葉輪檢修后未找平衡；葉輪強度不足造成葉輪開裂或局部變形；葉輪上零件松動或連接件不緊固。

轉子質量不平衡引起的振動有以下特征：

（1）質量不平衡引發(fā)的振動在典型頻譜上出現與旋轉頻率相同的一倍頻分量（基頻分量）。在對質量不平衡的診斷中，不要過多地關注含有哪些頻率成分，而要注意基頻分量是否占主導地位。若基頻分量占通頻的70%以上，就可以診斷為強迫振動。

（2）軸流式風機的水平方向剛度最弱，因此振動值以水平方向為最大，而軸向很小。

（3）在轉速一定時，振幅和相位是穩(wěn)定的。當不平衡一定時，離心力只跟轉速有關，因此振動只是轉速的單值函數。即當轉速一定時，振動也是穩(wěn)定的，對負荷變化也不敏感。由于振動的影響因素很多，絕對的穩(wěn)定是不存在的，如果振幅的變化范圍在其平均值的±10%之內，相位變化在其平均值的±10°之內，就可認為是穩(wěn)定的。

（4）多次啟動振動有再現性。對于質量不平衡量而言，多次啟動后測量到的振動數據應該很接近。質量不平衡量與有些故障的區(qū)別僅僅依靠一次啟動是難以分清的。

（5）可以排除松動、剛度等因素，不平衡振動的大小不僅與不平衡量有關，還與自身的特性（剛度、阻尼、固有頻率）有關。如果系統(tǒng)的剛度過低（螺栓有松動），或者機組在共振區(qū)工作，將會使不平衡的靈敏度提高[1]。

1.2 軸承座剛度不夠引起的振動

檢修和運行過程中經常遇到的是基礎灌漿不良、機械松動等，非轉動部分配合松動（機械松動）是剛度下降常見故障之一。機械外部松動起因于固定螺栓松動、機座或軸承架有裂紋、風道擴散段法蘭螺栓松動。內部松動起因于軸瓦松動、軸套或滾動軸承的間隙過大，以及葉輪在軸上的松動。內部松動會在頻譜上產生較多的高次諧波分量。松動的特征之一是振動的非線性，典型頻譜上出現旋轉頻率的一倍頻、二倍頻并時常伴有高諧波分量；另一特征是振動的方向性，松動方向上的振動大多表現為垂直或軸向振動較大。

1.3 滾動軸承異常引起的振動

如果軸頸或軸肩臺加工不良，軸頸彎曲，軸承安裝傾斜，軸承內圈裝配后造成與軸心線不重合，使軸承每轉一圈產生一次交變的軸向力作用，滾動軸承的固定圓螺母松動等都會造成局部振動。其振動特征為：振動值以軸向為最大、振動頻率與旋轉頻率相等。滾動軸承表面損壞造成的振動是指由于制造質量差、潤滑不良、異物進入、與軸承箱的間隙不合標準等，因而出現磨損、銹蝕、脫皮剝落、碎裂，滾珠相互撞擊而產生高頻沖擊振動并傳給軸承座。將加速度傳感器放在軸承座上，即可監(jiān)測到高頻沖擊振動信號。這種振動穩(wěn)定性很差，與負荷無關，振動的振幅在水平、垂直、軸向3個方向均有可能最大，可以運用頻譜分析準確判斷軸承損壞的位置和損壞程度。

1.4 不對中

不對中通常是指轉子的軸心線與軸承中心線傾斜或偏移。造成不對中的原因主要是軸承座的標高和左右位置不一致，以及聯(lián)軸器安裝偏心。不對中分為平行不對中和角度不對中，診斷平行不對中的主要依據是：聯(lián)軸器兩側振動為同相分量，振動跟負荷關聯(lián)性很大，軸向振動也偏大。角度不對中故障的主要振動特征為：以基頻振動為主，聯(lián)軸器兩側的振動相位接近，晃度明顯增大。軸承安裝不正包括推力軸承不正，也會引起不對中[2]。

1.5 積灰引起的振動

發(fā)電廠的引風機處在鍋爐排灰出口，容易積累浮灰，長期運行會導致灰越積越多。葉片表面的不均勻積灰或附著物（如鐵銹），一方面會產生附加的質量不平衡，另一方面影響葉片鼓風散熱，使葉片表面溫度有所上升，兩者效應的疊加使風機振動波動和爬升，嚴重時會導致風機振動持續(xù)爬升而不得不進行熱態(tài)動平衡處理，如某廠1A引風機就因為積灰引起振動，每隔9個月需做1次動平衡，直到下次大修清灰后恢復正常。積灰首先反映在質量不平衡重新分布，其振動特征跟質量不平衡的特征雖有相同，但也有其它特點：

（1）隨著機組運行時間的延長，積灰越來越多，振動會持續(xù)慢慢爬升。

（2）振動以基頻為主，基頻相位在一段時間內穩(wěn)定（如某一天或者一周內），但長期來看，相位始終在變化。

（3）積灰嚴重情況下，振動會隨環(huán)境溫度變化而變化。

（4）多次啟動時的振動沒有重復性，因為風機停下來時，不均勻浮灰的積聚位置隨時都在變化，有可能導致風機再開機時的振動特別大。對有這類故障的風機，要在大小修期間進行清灰，如無機會清灰而振動特別大時，也可以先進行熱態(tài)動平衡處理。

2 振動處理實例

2.1 某送風機質量不平衡處理

某送風機為ASN-2875/1250動葉可調軸流式風機，轉速為990 r/min，其振動測點布置在風機前后軸承的垂直及水平方向，共4個，風機側水平方向與電機側水平方向的振動探頭安裝位置相差180°。基建調試期間首次啟動風機時，風機側軸承水平振動就達到14 mm/s以上，已超過跳機保護值，需立即處理，詳細數據見表1。振動 以基頻為主，相位比較穩(wěn)定，但水平方向振動特別大?？紤]到風機出廠已做過動平衡，首先檢查風機的機械松動情況，再排除振動探頭安裝問題，檢查軸承的間隙和螺栓都無異常，檢查風道擴散段時發(fā)現連接法蘭的螺栓有松動，對該法蘭面的全部螺栓用力矩扳手緊固到位，再未發(fā)現其他有松動的地方后，重新啟動風機，風機側水平方向振動明顯下降，前后2次啟動過程中振動的相位重復度較好，符合質量不平衡振動特征，且不平衡質量比較大，因此第一次試加重0.76 kg。加重2 kg后風機最大振幅降至2.6 mm/s，風機可以正常運行，動平衡結果見表1。這臺風機的診斷和處理表明，風機有松動的部件且存在較大的質量不平衡時，可能跟出廠動平衡精度過低有關。

表1 某送風機振動測試及處理結果（通頻/1倍頻/1倍頻相位角） mm·s-1/mm·s-1∠°

2.2 軸承異常耦合不平衡故障

某臺一次風機的型號為AST-1812/1250，轉速1 490 r/min，振動測點布置跟前文的送風機相同。大修后風機啟動時，風機側水平方向的振動最大達3.3 mm/s，但振動幅值變化不大，基頻相位也較穩(wěn)定。為了保證風機振動在優(yōu)秀值，先對其嘗試動平衡處理，但發(fā)現動平衡根本無法降低其振動，前后2次加重的影響系數差異較大，其后在不采取任何措施情況下再數次啟動風機，發(fā)現風機振動的重復性很差。分析其振動不穩(wěn)定的原因可能是軸承座剛度降低或軸承異常，因為還存在啟動后振動較大然后慢慢變小，且振動沒有持續(xù)爬升的情況，所以軸承異常的可能性較大。因此，當轉速低于200 r/min后，進入風機擴散段對風道進行檢查，聽到風機有異聲，馬上對風機軸承進行解體檢查，發(fā)現有滾動軸承銅套脫落，更換軸承后重啟風機，風機振動數據見表2，可見風機仍然存在不平衡量，對其一次加重0.32 kg后，振動降至優(yōu)良值。

表2 某一次風機振動測試及處理結果（通頻/1倍頻/1倍頻相位角） mm·s-1/mm·s-1∠°

3 結語

發(fā)電廠風機的振動基本以質量不平衡故障為主，其他故障有機械松動、軸承異常、軸承安裝問題等，這些振動在頻譜圖上的表現基本以基頻為主，因而在頻譜分析時很難區(qū)分故障類型，還要根據各測點的相位、振動的方向性、振動的趨勢、振動的穩(wěn)定性和重復性等因素，維修情況也要綜合考慮在內，從而對風機的異常振動做出比較正確的診斷。在故障類型不非常明確的情況下，可以先嘗試動平衡試驗，根據動平衡試驗的影響系數來判斷是否耦合了其他故障，再結合其他振動特征排除一些故障，制定相應的維修方案，采取正確的處理措施，保證風機盡快投入生產運行。

[1]錢小文.一次風機振動故障診斷與處理[J].風機技術，2002（6）：44-47.

[2]司濤，徐興科.引風機振動故障的診斷及分析[J].設備管理及維修，2004（2）：35－37.