汽輪鼓風機組軸瓦振動診斷
摘 要：針對汽輪鼓風機組的軸瓦振動超標的情況，通過雙通道時域波形的采集，利用頻譜分析及有關故障診斷理論，對汽輪鼓風機組振動原因進行了分析與反復試驗，最后得出振動主要是由軸彎曲造成的正確結論。
關鍵詞：鼓風機 振動 相位 彎曲 不平衡
攀鋼熱電廠2＃汽輪鼓風機組是煉鐵廠高爐送風系統重要的組成部分，其運轉正常與否直接關系行狀態監測和故2004年8月31日，2＃汽輪機組在開車試車過程中，當轉速升到3800r/min時，3#推力瓦（見圖1)振動達到8.6mm/s，超過規程規定最高值6.Omm/s，被迫停機，后揭蓋檢查，只是發現3#推力瓦有輕微磨損。于9月2日再次試車時，當轉速升高到3800r/min時，振動值達8.2mm/s，后打閘停機。為了減少損失，避免過剩維修，對其振動原因作了進一步分析和診斷。
圖1 機組測點布置圖
一、診斷過程
汽輪鼓風機組測點布置見圖1。功率12000kW，工作轉速3700一4200r/min，汽輪機1階臨界2502r/min，進汽壓力3.5MPa。鼓風機為Z一3650一52型軸流式風機，轉子是鼓形焊接結構，轉子焊接加工后車出10級動葉槽道，動葉采用扭轉葉片，材料為2Cr13，轉子重量6300kg，臨界轉速7310r/min，高于工作轉速，故轉子為剛性轉子。
圖2為8月31日開機時，轉速升到3800r/min（風壓0.15MPa、風量2600m3/min、出口風溫160℃）時鼓風機3#推力瓦垂直方向的頻譜圖。在譜圖中，1倍頻成分占了90%以上，并作有少量的諧波。由于在非線性系統中，不平衡也會激發諧波分量，初步判斷為不平衡。在9月1日解體檢修中發現，3＃推力瓦大墊磨損0.40mm，其他未發現明顯故障。處理后于9月2日再次開機。
圖3為9月2日開機升速到3800r/min時, 3#推力瓦垂直方向頻譜圖。在譜圖中，除了較多的1倍分量以外，還伴有2、3倍分量，且3倍分量值較大，根據振動理論推測鼓風機轉子存在不平衡或彎曲現象。由于不平衡和彎曲具有相似的頻譜，只能通過測定相位加以區分，而當時沒有測取相位的儀器，不能定論，故決定對機組作全面的檢查修理。
圖2 3＃瓦垂直方向頻譜圖 圖3 3＃瓦垂直方向頻譜圖
（振動總量為8.6mm/s) （振動總量為8.2mm/s)
鼓風機揭缸對轉子作動平衡校驗，優化調整各軸瓦和轉子中心，檢查出入口風管道及吸入室，規范調整補償器拉桿尺寸。對機組縱、橫、立銷、膨脹螺栓間隙檢查調整。
在9月15日的開機過程中，當轉速升到3800r/min時，振動總值為7.8 mm/s，仍然超標，頻譜圖（圖4)中，仍是以1倍頻為主，且伴有2、3倍分量，說明轉子仍存在一定的不平衡或彎曲，由于在檢修中對轉子作了動平衡校驗，且不平衡量在允許范圍之內，可排除存在不平衡，故推斷轉子發生了彎曲。但有關方面認為轉子為剛性轉子，（因其工作轉速3700一4200 r/min低于其1階臨界7310r/min)發生彎曲的可能性不大，為了進一步驗證轉子存在彎曲，在沒有專門相位測試儀器的情況下，通過一臺8通道振動測試儀，同時測取3#瓦、4＃瓦垂直方向的振動。
圖4 3＃瓦垂直方向頻譜圖
（振動總量7.8mm/s)
圖5為3#瓦、4＃瓦垂直方向同時測試時的時域波形圖。由圖可見，3＃瓦的波谷與4#瓦的波峰相對應，由此說明3＃瓦、4＃瓦的垂直方向的振動呈反相。根據振動理論，這正是區分轉子不平衡和彎曲的有力證據，因此判定轉子存在一定量的彎曲。通過幾次的開機試驗，彎曲量得到一定矯正，但仍存在一定量的殘余彎曲，同時由4＃瓦的時域波形圖來看，機組還存在輕微不對中，這都是轉子彎曲的表現。
圖5
二、總結
1．通過本次對2＃汽輪鼓風機的診斷，說明相位在振動測試中區分不平衡和彎曲的重要性，同時說明在相位不能夠準確測取的情況下，通過多通道數采器測取時域波形，也能分析判斷相位情況。
2．通過對送風系統檢查找到了造成轉子彎曲產生的原因：機組檢修后（2004年8月17日）負荷試車合格，在機組備用期間(8月17日一8月31日）送風系統閥門關閉不嚴，系統內熱風倒回缸體內，導致鼓風轉子受熱，而機組盤車工作又未跟上。
3．消除剛性轉子彎曲措施：轉子彎曲原因清楚后，采用工作轉速試運行，強制對轉子高速熱校直方法。在運行了一段時間后，振動大幅下降，通過做憋風壓試驗，機組各瓦振動趨于穩定，3＃推力瓦在4300r/min的振動值降至3.3mm/s，機組運行正常。圖6為機組運行一段時間消除殘余彎曲后，3＃瓦垂直方向的頻譜圖（轉速4330r/min、風壓0.3MPa、風量3200m3 /min、出口風溫200℃)，從圖上看2倍頻明顯的增加，說明機組轉子彎曲消除后整個軸系對中情況發生變化。
圖6 3＃瓦垂直方向頻譜圖
（振動總量8.2mm/s)