电厂锅炉风机轴承座振动异常现象及处理研究

电厂锅炉风机轴承座振动异常现象及处理研究

邢玉杰

内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司  内蒙古自治区呼和浩特市 010200

摘要：电厂锅炉风机运行稳定性是生产安全管理应当关注的重点方面，轴承座是风机系统的基础组成部分，在实际运行中会出现不同形式的振动异常现象。本文在简要概述轴承座振动异常现象影响基础上，分析振动异常现象产生的主要原因，并结合具体案例说明振动异常现象的具体措施，以此为相关运维管理工作开展提供参考，为提升电厂锅炉安全生产管理水平起到应有的促进作用。

关键词：电厂锅炉；风机；轴承座；振动

风机是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，以旋转为主要运行形式的设备，振动是衡量旋转机械运行可靠性的重要指标，在发电厂锅炉运行中，高速旋转机械必然会存在振动现象。但是在振动超出标准限值后，会对设备性能和稳定性产生影响。轴承座风机运行的基础支撑，在风机振动现象不断传递情形下，会导致轴承座出现显著振动，导致设备或结构失效，甚至是出现严重损坏。

1、轴承座振动异常现象影响

电厂锅炉风机系统运行中，轴承座振动异常现象是一种发生率高、影响严重的事故，尤其是在当前大容量、高参数机组广泛投运背景下，旋转机械变频改造力度不断加大，为适应电网调节需求，需满足机组长时间低负荷运行特征。引风机、送风机及一次风机等设备，是电厂锅炉侧的重要辅机设备，在设备运行出现故障情形下，会导致机组无法正常启动或出力受限。但是由于风机设备类型多样，运行环境较为复杂，实际运行中对机械、流体及锅炉系统耦合作用具有较高要求，轴承座振动异常现象发生频繁。在处理不到位情形下，会导致锅炉风机轴承或叶片损坏，螺栓紧固性不足，机壳、风道损坏等次生故障，对发电机组安全稳定运行产生显著影响。因此在生产作业中，必须要做好轴承座运行状态监测，及时发现问题并采取针对性处理措施，消除振动异常现象，为机组安全稳定运行提供坚实保障。

2、轴承座振动异常主要原因

2.1 转子质量不平衡

转子是风机设备中直接运动的构件，在不平衡力作用下产生显著的激振现象。相关统计数据显示，在锅炉风机振动故障中，由于转子不平衡导致的振动异常，占比达到70%以上。转子质量不平衡现象产生主要原因，主要是由于转子和叶片在加工及安装环节出现较大误差，叶轮或叶片在长期运行中出现磨损现象，腔室或叶片部位存在不对称积灰现象，叶片表面所涂刷的涂料不够均匀。通常情形下，风机轴承垂直方向的刚度较大，水平方向的刚度不足，因此在水平方向上更为容易出现振动现象。在日常检测中，通常是利用频谱测试方式检测轴承座运行基频。风机转子多是以刚性转子为主，在一个平面内进行加重，即可有效解决振动问题，因此在检测有转子质量不平衡时，主要是利用现场动平衡方式进行处理，以有效规避故障恶化。

2.2 轴承部件损坏

滚动轴承是支撑风机和配套电机的重要部件，在长期受力运行状态下，会由于保持架的磨损甚至破坏，造成轴承内圈与轴心线无法完全重合，也就是轴承每转一圈，都会产生一次交变轴向力作用[1]。在滚动轴承长时期运行中，滚珠、滚柱等部件也会由于质量因素、润滑不良及检修工作不到位等因素，造成磨损、锈蚀及碎裂现象。这些部件在损坏后会与转子不断撞击而产生高频冲击振动，在传递至轴承座时，会出现不同程度的破坏现象。在运维检修工作中，可以通过振动频谱测试监测到高频冲击振动信号，发现振动问题，为后续维修处理提供参考。

2.3 轴承座刚度不足

在机械物理运行中，刚度是指使物体产生单位位移所需要力的大小，在线性系统中，某一测点出现的振幅值与作用在该点的扰动力成正比，与该点的刚度成反比。如出现刚度不足现象，则会导致振幅值偏大，从而导致设备故障加剧。在轴承座运行中，如出现轴承座与台板、与支撑部件、与基础之间的连接不牢固等方面问题，也会导致轴承座刚度不足。在运维测试中，通过振动频谱测试，能够较为准确的分辨出轴承外特性导致的振动现象，如地脚螺栓松动、轴承座连接不牢固、基础灌浆不良等因素，有效分析轴承座刚度不足产生原因，从而为后续处理提供精准参考。

2.4 叶片或导叶损坏

在电厂锅炉风机运行中，如出现叶片或导叶损坏现象，也会导致振动频率发生偏差，以不同方式传递至轴承座位置，出现振动异常而导致故障发生[2]。锅炉风机长时间在高温、高尘恶劣环境下运行，不可避免会导致叶片和导叶出现磨损及腐蚀现象，逐渐演变成变形或裂纹，甚至出现断裂现象。同时部分火电厂锅炉所使用的燃煤质量较差，或处于长时间低负荷调峰运行状态，也会导致磨损现象加剧。在这种情形下，必然会导致风机机体振动频率与设计频率存在偏差，将振动传递至轴承座位置。如运行频率与叶片或导叶的固有频率相重合，也会由于共振作用导致振动频率过大，甚至出现损毁现象。

2.5 联轴器工作异常

联轴器是联接两轴与回转件，并在传动运动和动力过程中一同回转，在正常情况下不脱开的运行装置

[3]。在风机运行中，联轴器运行异常通常表现为对中不良，在转子连接处产生附加弯矩力和剪切力，导致轴承受力恶化，由此导致振动异常甚至设备损坏现象。同时在检修作业中还会发现，单转电机虽然能够在运行时保持在振动频率范围内，但是在联接后依然会存在风机或电机振动恶化现象。在检修作业中还发现，风机与电机轴找正时对运行状态下，也会出现轴承座标高变化或轴向补偿位移补偿不足问题，由此导致热态运行下不同心，导致轴承座异常振动较为显著，对运行安全产生影响。

3、轴承座振动异常现象的处理措施

3.1 引风机不平衡振动处理

某600MW机组配有两台引风机，型式为静叶可调轴流式，工作转速为595r/min，导叶调节范围介于-75°~30°之间，电机与引风机连接方式为半挠性联轴节，引风机由1个轴承支撑。在检修作业中对其中一台引风机解体检查，发现叶片存在显著磨损现象，并采用补焊方式处理。在依照要求做好运维后进行试运行，发现工作转速下轴承座出现振动严重超标问题。在检查地脚螺栓、静叶开度等部位后，排除这些方面故障，在进一步检查后发现，转子叶片在补焊后存在质量不平衡问题。分析问题产生原因，是由于风机转子补焊时没有设计配重部位，运维小组在讨论后采用叶轮外缘焊接钢板方法，并进行高速动平衡试验，在2次加重后试验结果显示能够达到正常运行状态。在正常启动后，风机振动现象明显降低，在各种运行工况下，轴承座振动位置均小于50 μm，轴承座振动超标问题得以有效解决[4]。

3.2 一次风机不平衡振动处理

某600MW机组配有两台双吸离心式引风机，工作转速为1480r/min，采用电机直接驱动，固定转速运行，依靠挡板调节风量，风机由2个轴承支撑。在其中一台风机运行中，检测发现轴承座振动较大，最高时达到150 μm，在运行中存在不断增加情况，对设备运行安全产生影响。在临时检修作业中，风机解体检查发现风机叶轮及叶片等部位有显著的不均匀粘黏大量积灰，虽然在现场进行针对性清理，但是在启动后仍存在轴承座水平方向振动偏大现象。在进行轴承座外特性试验时发现，风机支撑刚度和连接刚度都符合规范要求，在进行测试时，发现工作转速状态下风机两侧轴承座振动频率成分与相位基本相同，不同挡板开度下振幅和相位无明显变化，基本排除负荷对振动的影响，振动数据具有明显的重复性。在检测中排除轴承、联轴器、叶片及导叶等部件故障，在综合分析后，确定轴承座振动异常现象主要是由于风机转子质量不平衡因素造成[5]。

在确定故障因素后，决定采用在转子单侧加重方式进行处理，在现场采用在风机转子非驱动端叶轮外侧焊接钢板方式，进行高速动平衡试验，在一次焊接配重后，一次风机振动现象明显降低，测定轴承座振动位移小于30μm，有效解决实际运行中出现的风机轴承座振动超标问题。

3.3 引风机轴承异常振动处理

某600MW机组配有2台动叶可调轴流式引风机，额定转速为745r/min，动叶调节范围介于-36°~20°之间，电机与引风机采用半挠性联轴节进行连接，采用1个轴承支撑引风机。在运维检修中，其中一台引风机在检修作业完成后，振动速度在2mm/s以内，符合检修规范要求。但是在正式运行后，振动状态逐渐恶化，振动频率不断加大，在运行2d后，振动速度上升至8.2mm/s，轴承振动明显超出稳定运行要求。采用仪器设备测试，显示振动现象具有振幅小、振动速度大；基频振动小、高频分量大等特征[6]。测定结果显示高频振动主要集中于275Hz，由此可以排除叶片、导叶、联轴器等部位故障，同时检查转子平衡状态，也处于良好运行状态。在综合分析各种因素后，初步将振动原因归结为风机轴承异常。

在停运检查中发现，支撑轴承滚动体上，有出现平行于轴向的凹槽现象，尤其是在驱动侧轴承上，凹槽数量达到20个，非驱动侧的轴承上，凹槽数量有2个。在进一步检修时发现，主电机接地装置出现问题，导致风机主轴承有持续电流通过，在电腐蚀作用下造成滚动体损坏。在优化电机接电方式并更换轴承后，启动后测定风机振动控制在2.7mm/s以内，故障现象得以有效消除，风机设备能够保持良好运行状态[7]。

4、结束语

从上述研究可以看出，电厂锅炉风机轴承座振动现象产生的原因较为复杂，各种振动异常现象都有其较为显著的特征频率，但是某种振动频率可能是与多种类型故障相关联的，因此在运维检修工作中，应当先通过外特性试验判断轴承座是否存在刚度不足现象，再利用振动频谱测试存在异常变化的频率，在明确异常振动激振力来源后，根据具体原因采取针对性的处理措施，以此快速高效实现故障排除，为锅炉系统安全稳定运行提供有效保障。

参考文献

[1]付弢,王雪峰.电厂锅炉风机轴承座振动异常分析及处理[J].能源研究与管理,2022,14(02):101-104.

[2]闫楠.某电厂锅炉动叶可调轴流式引风机轴承箱频繁漏油的分析与治理[J].风机技术,2019,61(S1):56-59.

[3]曾小立.某电厂锅炉B一次风机轴承损坏原因分析及其预防措施[J].机电信息,2019(17):111+113.

[4]吴慧敏.浅析电厂锅炉主要辅机保护条件的优化相关问题[J].科技创新导报,2009(36):76.

[5]何国安,胡相余,杨铖,安仕江,张学延.轴承振动对油膜涡动的影响分析与试验[J].中国电力,2020,53(07):211-216.

[6]叶振环,吴金明.转子振动试验台轴承座设计[J].科技与创新,2019(18):80-81.

[7]刘静,徐子旦,唐昌柯,王林峰.轴承-轴承座系统振动特征与局部故障尺寸的关联[J].振动.测试与诊断,2019,39(04):860-866+910.