电厂风常见的震动故障的实例
摘要：针对电厂风机几种常见的振动故障，介绍几种振动故障特征的识别及处理措施，并辅以不平衡耦合松动故障及不平衡耦合轴承异常故障的识别和处理的实例。
关键词：风机；振动故障；诊断
前言
风机是电厂的重要辅机，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。而电厂风机运行中出现故障zui多、影响zui大的就是振动超标。因此，当振动故障出现时，尤其是在故障预兆期内，迅做出正确的诊断，对机组正常运行具有重要意义。
目前，大型电厂风机主要采用轴流式风机。炉侧的六大风机（一次风机、送风机、引风机）是振动测试的重点，风机的振动一般都以振动烈度来监测和考核，各个电厂可以根据风机制造厂家的建议设定各保护定值。如某厂送风机、一次风机报警定值为5.6mm/s，跳机定值为6.3mm/s，引风机报警定值为4.3mm/s，跳机定值为7.1mm/s。
风机常见的振动故障特征分析
质量不平衡故障
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；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等。转子质量不平衡引起的振动的特征有：
（1）质量不平衡引发的振动在典型频谱上出现与旋转频率相同的1倍频分量（基频分量）。在对质量不平衡诊断中，不要过多地关注含有那些频率成分，而要注意基频分量是否占主导地位。若基频分量占通频的70％以上，就可以诊断为强迫振动。
（2）轴流式风机水平方向刚度zui弱，因此振动值以水平方向为zui大，而轴向很小。
（3）在转速一定时，振幅和相位是稳定的。当不平衡达定值时，离心力只跟转速有关。因此振动只是转速的单值函数。即当转速一定时，振动也是稳定的，对负荷变化也不敏感。由于影响振动的因素很多，稳定是不存在的。如果振幅变化范围在其平均值的±10％之内，相位变化在其平均值的±10°之内，就可认为是稳定的。
（4）多次启动后振动的再现性。对于质量不平量而言，多次启动后测量到的振动数据应该很接近。质量不平量与有些故障的区别仅仅依靠一次启动是难以分清的。
（5）可以排除松动、刚度等因素，不平衡振动的大小不仅与不平衡量有关，还与自身的特性有关（刚度、阻尼、固有频率）。如果振动系统的刚度过低（螺栓有松动），或者机组在共振区工作，将会使不平衡的灵敏度提高。
2.2轴承座刚度不够引起的振动
轴承座刚度不够，检修和运行过程中经常遇到的是基础灌浆不良，机械松动等。非转动部分配合松动（机械送动）是刚度下降常见故障之一。机械外部松动起因于固定螺栓松动、机座或轴承架的裂纹、风道扩散段法兰螺栓松动。内部松动起因于轴瓦松动、轴套或滚动轴承的过大间隙，以及叶轮在轴上的松动。内部松动会在频谱上产生较多的高次谐波分量。松动的特征是振动的非线性，振典型频谱上出现旋转频率的1倍频、2倍频，并有时常伴有高谐波分量。松动的另一特征是振动的方向性，特别是松动方向上的振动，大多数表现为垂直或轴向振动较大。
2.3滚动轴承异常引起的振动
轴承装配不良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zui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zui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。
2.4转子不对中
通常是指转子轴心线与轴承中心线倾斜或偏移的程度。造成不对中的原因主要是轴承座标高和左右位置不一致以及联轴器安装偏心。不对中分为平行不对中和角度不对中。诊断平行不对中的主要依据：2倍频分量通常大于基频分量，联轴器两侧振动为同相分量，振动跟负荷关联性很大，轴向振动也偏大。角度不对中故障的主要振动特征：以基频振动为主，联轴器两侧振动的相位接近，联轴器两侧的晃度明星增大。轴承安装不正，包括推力轴承不正，也会引起不对中。目前，电厂风机的联轴器普通采用半挠性或挠性联轴器，对中心的要求普通不高。
2.5积灰引起的振动问题
电厂引风机处在锅炉排灰出口，容易积累浮灰，*运行会导致灰越积越多，叶片表面有不均匀积灰或附着物（如铁锈等），一方面产生了附加的质量不平衡，另一方面浮灰又影响叶片鼓风热量散发，使叶片表面温度也有所上升，两者效应的叠加使风机振动波动和爬升，严重时能导致风机振动持续爬升而不得不进行热态动平衡处理。如某厂1a引风机就因为积灰引起的振动每隔9个月就需做动平衡一次，直到下次大修清灰后恢复正常。积灰首先反映在质量不平衡的重新分布，它的振动特征跟质量不平衡特征有所相同，但也有其自己的特点：
（1）机组随运行时间越长，积灰越来越多，振动会持续慢慢爬升。
（2）振动仍以基频为主，基频相位在一段时间内稳定（如某一天或者一周内），但*来看，相位始终在变化。
（3）多次启动振动没有重复性。因为风机停下来时，不均匀的浮灰随时都在变化的积聚到某些位置，这也有可能导致风机再开机时，振动会特别大。对这类故障风机，要在大小修期间进行清灰，如无机会清灰而振动特别大时，也可以*行热态动平衡处理。
实例
3.1某电厂送风机质量不平衡处理
某电厂送风机为asn-2875/1250动叶可调轴流式风机，转速为990r/min，其振动测点布置在风机前后轴承垂直、水平方向共4个，风机侧水平方向振动探头跟电机侧水平方向的振动探头安装位置相差180。风机在基建调试期间启动风机时，风机侧轴承水平振动就达到14mm/s以上，已超过跳机保护值，需立即处理，详细数据见表1，振动以基频为主，相位比较稳定，水平方向振动特别大，考虑到风机出厂已做动平衡试验。故首先检查风机的机械松动情况，在排除振动探头安装，检查轴承间隙和螺栓都无异常，再检查风道扩散段连接法兰的螺栓有松动。对该法兰面的全部螺栓用力矩扳手紧固到位后，且无发现其他有松动的地方后，重新启动风机，风机侧水平方向振动有明显下降，前后两次启动振动相位的重复较好，符合质量不平衡振动特征，且不平衡质量还比较大。因此，*次试加重0.76kg，实际加重2kg使风机zui大振幅降至2.6mm/s，风机可以正常运行，动平衡结果见表1。这台风机的诊断和处理表明，风机有存在松动的地方，且存在较大的质量不平衡，可能跟出厂动平衡精度过低有关。
表1 某电厂送风机振动测试及处理结果（通频/1 倍频/1 倍频相位角；单位：mm/s / mm/s ∠°）
3.2轴承异常耦合不平衡故障
某电厂一次风机，型号ast-1812/1250，转速1490r/min，振动测点布置跟3.1的送风机相同。大修后，风机启动后，风机侧水平方向振动zui大，其值为3.3mm/s，振动幅值变化不大，基频相位也较稳定。为了保证风机振动值在合格范围内，先对其尝试动平衡处理，但发现动平衡根本无法降低其振动。前后2次加重的影响系数差异较大，其后在不采取任何措施情况下，再启动风机几次，发现风机振动的重复性很差。分析其振动不稳定的有两种可能原因：轴承座刚度降低或是轴承异常，风机振动还存在启动后振动大，而后慢慢变小的过程，振动没有持续爬升，所以轴承异常情况可能性大。因此，当转速低于200r/min后，进入风机扩散段风道检查，听到风机有异声，马上对风机轴承进行解体检查，发现有滚动轴承铜套脱落，更换轴承后，再重启风机，风机振动数据见表2，可见风机仍然存在不平衡量，对其一次加重0.32kg，振动降至优良值。
表2 某电厂一次风机振动测试及处理结果（通频/1 倍频/1 倍频相位角；单位：mm/s / mm/s ∠°）
结论
电厂风机振动基本上以质量不平衡故障为主，耦合其他一些故障，比如机械松动、轴承异常、轴承安装问题等，这些振动在频谱图上基本上表现以基频为主。这使得有时在频谱分析上很难区别各种常见的故障类型，还需借助各测点的相位，不同方向振动的方向性，振动的趋势，振动的稳定性和重复性，对维修情况也要综合考虑在内。这样才能对风机异常振动做出比较正确的诊断。在故障情况未明确情况下，可以先尝试动平衡试验，根据动平衡试验的影响系数是否一致来判断是否耦合其他故障，再结合其他振动特征排除一些故障，制定相应的维修方案，采取正确的处理措施，保证风机尽快的投入生产运行
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关键词：风机；振动故障；诊断
前言
风机是电厂的重要辅机，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。而电厂风机运行中出现故障zui多、影响zui大的就是振动超标。因此，当振动故障出现时，尤其是在故障预兆期内，迅做出正确的诊断，对机组正常运行具有重要意义。
目前，大型电厂风机主要采用轴流式风机。炉侧的六大风机（一次风机、送风机、引风机）是振动测试的重点，风机的振动一般都以振动烈度来监测和考核，各个电厂可以根据风机制造厂家的建议设定各保护定值。如某厂送风机、一次风机报警定值为5.6mm/s，跳机定值为6.3mm/s，引风机报警定值为4.3mm/s，跳机定值为7.1mm/s。
风机常见的振动故障特征分析
质量不平衡故障
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；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等。转子质量不平衡引起的振动的特征有：
（1）质量不平衡引发的振动在典型频谱上出现与旋转频率相同的1倍频分量（基频分量）。在对质量不平衡诊断中，不要过多地关注含有那些频率成分，而要注意基频分量是否占主导地位。若基频分量占通频的70％以上，就可以诊断为强迫振动。
（2）轴流式风机水平方向刚度zui弱，因此振动值以水平方向为zui大，而轴向很小。
（3）在转速一定时，振幅和相位是稳定的。当不平衡达定值时，离心力只跟转速有关。因此振动只是转速的单值函数。即当转速一定时，振动也是稳定的，对负荷变化也不敏感。由于影响振动的因素很多，稳定是不存在的。如果振幅变化范围在其平均值的±10％之内，相位变化在其平均值的±10°之内，就可认为是稳定的。
（4）多次启动后振动的再现性。对于质量不平量而言，多次启动后测量到的振动数据应该很接近。质量不平量与有些故障的区别仅仅依靠一次启动是难以分清的。
（5）可以排除松动、刚度等因素，不平衡振动的大小不仅与不平衡量有关，还与自身的特性有关（刚度、阻尼、固有频率）。如果振动系统的刚度过低（螺栓有松动），或者机组在共振区工作，将会使不平衡的灵敏度提高。
2.2轴承座刚度不够引起的振动
轴承座刚度不够，检修和运行过程中经常遇到的是基础灌浆不良，机械松动等。非转动部分配合松动（机械送动）是刚度下降常见故障之一。机械外部松动起因于固定螺栓松动、机座或轴承架的裂纹、风道扩散段法兰螺栓松动。内部松动起因于轴瓦松动、轴套或滚动轴承的过大间隙，以及叶轮在轴上的松动。内部松动会在频谱上产生较多的高次谐波分量。松动的特征是振动的非线性，振典型频谱上出现旋转频率的1倍频、2倍频，并有时常伴有高谐波分量。松动的另一特征是振动的方向性，特别是松动方向上的振动，大多数表现为垂直或轴向振动较大。
2.3滚动轴承异常引起的振动
轴承装配不良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zui大，振动频率与旋转频率相等。
（2）滚动轴承表面损坏的振动
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（1）机组随运行时间越长，积灰越来越多，振动会持续慢慢爬升。
（2）振动仍以基频为主，基频相位在一段时间内稳定（如某一天或者一周内），但*来看，相位始终在变化。
（3）多次启动振动没有重复性。因为风机停下来时，不均匀的浮灰随时都在变化的积聚到某些位置，这也有可能导致风机再开机时，振动会特别大。对这类故障风机，要在大小修期间进行清灰，如无机会清灰而振动特别大时，也可以*行热态动平衡处理。
实例
3.1某电厂送风机质量不平衡处理
某电厂送风机为asn-2875/1250动叶可调轴流式风机，转速为990r/min，其振动测点布置在风机前后轴承垂直、水平方向共4个，风机侧水平方向振动探头跟电机侧水平方向的振动探头安装位置相差180。风机在基建调试期间启动风机时，风机侧轴承水平振动就达到14mm/s以上，已超过跳机保护值，需立即处理，详细数据见表1，振动以基频为主，相位比较稳定，水平方向振动特别大，考虑到风机出厂已做动平衡试验。故首先检查风机的机械松动情况，在排除振动探头安装，检查轴承间隙和螺栓都无异常，再检查风道扩散段连接法兰的螺栓有松动。对该法兰面的全部螺栓用力矩扳手紧固到位后，且无发现其他有松动的地方后，重新启动风机，风机侧水平方向振动有明显下降，前后两次启动振动相位的重复较好，符合质量不平衡振动特征，且不平衡质量还比较大。因此，*次试加重0.76kg，实际加重2kg使风机zui大振幅降至2.6mm/s，风机可以正常运行，动平衡结果见表1。这台风机的诊断和处理表明，风机有存在松动的地方，且存在较大的质量不平衡，可能跟出厂动平衡精度过低有关。
表1 某电厂送风机振动测试及处理结果（通频/1 倍频/1 倍频相位角；单位：mm/s / mm/s ∠°）
3.2轴承异常耦合不平衡故障
某电厂一次风机，型号ast-1812/1250，转速1490r/min，振动测点布置跟3.1的送风机相同。大修后，风机启动后，风机侧水平方向振动zui大，其值为3.3mm/s，振动幅值变化不大，基频相位也较稳定。为了保证风机振动值在合格范围内，先对其尝试动平衡处理，但发现动平衡根本无法降低其振动。前后2次加重的影响系数差异较大，其后在不采取任何措施情况下，再启动风机几次，发现风机振动的重复性很差。分析其振动不稳定的有两种可能原因：轴承座刚度降低或是轴承异常，风机振动还存在启动后振动大，而后慢慢变小的过程，振动没有持续爬升，所以轴承异常情况可能性大。因此，当转速低于200r/min后，进入风机扩散段风道检查，听到风机有异声，马上对风机轴承进行解体检查，发现有滚动轴承铜套脱落，更换轴承后，再重启风机，风机振动数据见表2，可见风机仍然存在不平衡量，对其一次加重0.32kg，振动降至优良值。
表2 某电厂一次风机振动测试及处理结果（通频/1 倍频/1 倍频相位角；单位：mm/s / mm/s ∠°）
结论
电厂风机振动基本上以质量不平衡故障为主，耦合其他一些故障，比如机械松动、轴承异常、轴承安装问题等，这些振动在频谱图上基本上表现以基频为主。这使得有时在频谱分析上很难区别各种常见的故障类型，还需借助各测点的相位，不同方向振动的方向性，振动的趋势，振动的稳定性和重复性，对维修情况也要综合考虑在内。这样才能对风机异常振动做出比较正确的诊断。在故障情况未明确情况下，可以先尝试动平衡试验，根据动平衡试验的影响系数是否一致来判断是否耦合其他故障，再结合其他振动特征排除一些故障，制定相应的维修方案，采取正确的处理措施，保证风机尽快的投入生产运行
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