双级动叶可调轴流式引风机振动故障分析与处理闫楠

双级动叶可调轴流式引风机振动故障分析与处理闫楠

闫楠

（内蒙古蒙泰不连沟煤业有限责任公司煤矸石热电厂内蒙古鄂尔多斯市010300）

摘要：双级动叶可调轴流风机广泛用于电厂火电燃煤机组一次风机和引风机，其通过液压调节系统来改变叶轮动叶片的工作角度，以满足烟风系统流量和压力的变化需求。本文论述了双级动叶可调轴流式引风机振动故障原因与处理。

关键词：双级动叶可调轴流式引风机；振动；故障；处理

随着对火电机组节能要求的提高，双级动叶可调轴流式风机会普遍应用于大型电站锅炉的烟、风道系统中。因引风机运行环境差及该类风机自身调节方式等原因，运行过程中风机动叶因受长期磨损，易造成转子质量不平衡，从而发生引风机振动超标的问题。双级动叶町调轴流式引风机运行过程中2个叶轮上的叶片均有可能受到磨损，因此，应制订合理的振动处理方案，及时处理振动问题，进而保障机组的安全稳定与经济运行。

一、双级动叶可调轴流式引风机结构

双级动叶可调轴流式引风机主要由进汽室、集流器、双级动叶、导叶、扩压管、动叶调节机构等部件构成。双级叶轮布置在轴承箱两端，引风机转子和电动机转子之间由一根空心长轴连接，在电动机转子及引风机转子侧分别由一个膜片式联轴器与空心长轴连接。电动机分别由两个支持轴承和一个推力轴承支撑，双级轴流引风机的支撑方式为：两个支撑转子的滑动轴承，两个支撑轮毂的滚珠轴承和两个平衡轴向推力的角接触球轴承，其结构如图1所示。引风机主要用来维持炉膛压力，形成流动烟气，从而将烟气排除。一般布置在锅炉后部，电除尘出口，脱硫系统入口。当风机叶轮旋转时，气体被叶轮轴向吸入和压出，在叶片的推挤作用下而获得能量，然后经导叶、扩散器沿轴向流出。

二、振动故障现象

1、引风机概况。某电厂引风机为AP系列双级动叶可调轴流式风机，配备型号为YKK710-6异步电动机，工作转速为994r/min。

从风机侧向电动机侧方向看，该引风机第1级动叶处轴承为1号轴承，第2级动叶处轴承为2号轴承，电动机两侧驱动端和非驱动端分别为3号和4号轴承，转子顺时针旋转。

此外，该引风机在大修启动后一直存在振动大问题，严重影响了机组的安全稳定运行。

2、振动测试

1）振动测点布置方式。在l、2号轴承处垂直和右侧水平方向及3、4号轴承处右侧水平方向各布置1个振动测点，鉴相信号位置为左侧水平方向。

2）振动测试结果。引风机第1次启动定速1000r/min，1号轴承垂直振动数据为40/37/46μm/°，2～4号轴承垂直振动数据为180/176/224μm/°；1号轴承水平振动数据为230/200/327μm/°，2号轴承水平振动数据为377/369/314μm/°，3号轴承水平振动数据为70/50/279μm/°，4号轴承水平振动数据为47/35/131μm/°。由以上数据可知，该引风机1、2号轴承振动严重超标。引风机2号轴承处振动剧烈，水平方向振动最大（达377μm），垂直方向振动也达到了180μm；1号轴承水平方向振动达230μm，垂直方向振动不大；3号轴承水平方向振动稍大；4号轴承水平方向振动较小，且上述各测点振动成分均以基频振动为主，基频振动幅值及其相位稳定。

三、振动分析

1、振动特点。1）从引风机第1次启动定速1000r/min时各测点的振动数据可知，振动较大位置为1号轴承水平方向和2号轴承水平、垂直方向。2）各测点振动成分主要以基频振动为主，其他频率振动分量较小，且各测点基频振动相位保持稳定。3）2号轴承水平方向振动和垂直方向振动相位差值为90°，基本符合现场实际情况。综合分析振动现象与现场测试情况，初步判断该引风机转子存在质量不平衡问题。由于该引风机为双级动叶引风机，不平衡位置的确定需做进一步分析。

2、振动属性。该引风机转子工作转速为994r/min，测试转速为1000r/min，均小于其一阶临界转速，上述转速下该转子状态可认为是刚性转子。同时，从振动较大的1、2号轴承水平振动数据可得出，基频振动相位基本为同相，据此判断该引风机转子平衡主要为一阶质量不平衡，处理方法主要有单平面动平衡和双平面同相动平衡。

3、不平衡位置。通常情况下，引风机轴承垂直方向刚度比水平方向大，由于1、2号轴承距离较近，1号轴承垂直方向振动较小，而2号轴承水平和垂直方向振动均较大，且2号轴承侧二级动叶为主要迎风叶片，运行过程中叶片易受磨损，所以基本可确定转子的不平衡位置在2号轴承附近。另外，据了解，在该引风机大修时主要对第2级动叶进行了维修处理，综合分析判断认为可先在第2级叶轮处进行单平面动平衡，然后根据测试情况再制定下一步处理方案。

四、振动处理

1、动平衡基础数据。该引风机转子与配重有关的参数为：加重半径为0.4m，转子质量为192kg，工作转速为994r/min-1，测试转速为1000r/min-1，临界转速为＞2000r/min-1。

2、动平衡过程。从上述数据可知，该引风机测试转速远低于其临界转速，因此按照刚性转子进行动平衡处理工作。计算时机械滞后角预估为0°，参考转子质量、加重半径和同类型风机加重质量的经验值，以2号轴承水平方向振动为主要平衡对象。经分析计算，决定于第2级动叶叶轮处试加平衡块4.65kg，角度为315°。

试加平衡块后，引风机第2次启动定速1000r/min，1号轴承垂直方向振动数据为25/115μm/°，2～4号轴承垂直方向振动数据为115/280μm/°；1号轴承水平方向振动数据为138/33μm/°，2号轴承水平方向振动数据为217/20μm/°，3号轴承水平方向振动数据为44/322μm/°，4号轴承水平方向振动数据为32/159μm/°，因此可说明，各测点振动振幅及相位稳定，振幅均有所降低但仍然较大。

分析相位变化情况，认为需要进一步调整平衡块角度。结合以上数据，综合分析决定拆除第1次所加平衡块，直接于第2级动叶叶轮处加平衡块5.1kg，角度调整为0°。

3、处理效果。平衡块调整完成后，引风机第3次启动定速1000r/min，1号轴承垂直方向振动数据为12/268μm/°，2～4号轴承垂直方向振动数据为34/115μm/°；1号轴承水平方向振动数据为49/242μm/°，2号轴承水平方向振动数据为53/229μm/°，3号轴承水平方向振动数据为12/258μm/°，4号轴承水平方向振动数据为12/122μm/°。从第2次动平衡处理后的数据可知，各轴承处振动均达优秀水平，处理效果理想。

五、故障原因分析

1、机械方面。机械方面的主要故障有：转子质量不平衡、风机转子和电机转子连接不对中、滑动轴承轴瓦偏斜或不同心、滚动轴承故障或间隙不当、转子动静部件摩擦、共振、支撑刚度差等。

2、气流扰动方面。根据流体动力学研究，在封闭蜗壳的气流压力、风量的变化会改变风机的工作状态，致使风机发生振动；当气流通道不畅，气流对动叶的不均匀冲击和腐蚀，也会造成风机的叶片和轴承振动；当气流中的粉尘浓度不均匀时，将导致转子受力不均衡，且风机叶片的不均匀磨损，也诱发风机振动异常。

3、润滑系统方面。所用旋转设备的支撑轴承包含两类轴承，即滑动轴承和滚动轴承。轴承的供油和保证其润滑系统的动态特性引起轴承各种形式的振动，对于滑动轴承可能引起油膜涡动和油膜振荡等故障；对于滚动轴承易引起轴承温度高、轴承点蚀及胶粘等故障。

对该引风机轴承振动烈度超标的振动现象如下：在轴承座和机壳振动烈度中，振动主要以多倍频成分为主，且基频份额占30%左右。可从以下方面进行故障排查：①检查引风机连接情况；②检查引风机和空心长轴及空心长轴和电机中心情况；③检查联轴器的膜片情况；④检查风机是否存在碰磨情况；⑤检查风机的动叶不同步情况；⑥风机轴承是否正常。

六、结语

随着机组容量的增加，引风机作为火力发电厂的重要辅机设备，其运行性能直接影响着机组的安全稳定与经济性运行。近年来，双级动叶可调轴流式引风机具备着流量调节范围宽、运行效率高、高效率运行范围宽、调峰能力优等特点，在大容量火力发电机组上得到了广泛的应用。

参考文献：

[1]李新颖.两级动叶可调轴流风机内流特征与气动性能研究[D].保定：华北电力大学，2014．

[2]赵炎钧.双级动叶可调轴流风机性能研究[D].北京：华北电力大学，2014．

[3]杨朝.双级动叶可调轴流风机振动分析与解决方法[J].中国科技纵横，2016．