关于锅炉风机机械振动的原因分析

青岛高科热力有限公司 匡健

1 风机构成

锅炉离心风机一般由电机、风机本体构成。电机为动力源，通过电机轴、联轴器将动力传递给风机叶轮部分转动。

叶轮：风机主要旋转部件；机壳：能量转换主要装置部件；入口调节风门：用来调节风量大小、控制流量的主要装置；大轴:承担传递力矩零部件；轴承：对转子具有支撑作用，承担及限制转子径向轴向力；联轴器：连接动力源与转子部件，传递动力装置；集流器：使气流均匀地布满叶轮进口断面。轴承箱：放置轴承装置，给予轴承运转、润滑、冷却等。

2 风机运转原理

当离心式风机的叶轮被电动机带动旋转时，充满于叶片之间的气体随同叶轮一起转动，在离心力作用下，气体从叶片间槽道甩出，并将气体由叶轮出口处输送出去。当气体的外流造成叶轮空间形成真空，外界的气体就会自动进入叶轮补充。由于风机不停工作，将气体吸进压出，形成了气体的连续流动，从而形成了连续的工作。

送引风机从风机的角度而言没有区别，都是由电动机带动风机的扇页旋转产生风，虽然比电扇要复杂些，但本质上没有区别。引送风机的作用不同是由它们安装的部位决定的，前者位于锅炉的后端，向锅炉外的烟道鼓风，对炉膛产生负压，对烟气起导引作用，所以叫引风机；后者相反位于锅炉的前端，向锅炉内鼓风，所以叫送风机。

3 产生振动原因

由上述风机工作原理可知，在风机运转过程中任何一个构成部件出现小的问题都会引起风机振动超标，严重者会导致风机不能正常运转，造成严重后果。现从机械设计及现场实际发生的问题进行分析。

电机部分，电机为整个风机提供动力源，当出现风机振动超标时，首先判断电机本体及轴承是否出现故障，判断电机轴承出现故障主要从以下几个方面考虑：电机负荷端轴承轴向振动量、水平振动量、垂直振动量及电机非负荷端轴向、水平、垂直振动量，当3 项指标中任意一项振动量超出允许范围均会引起风机振动量超标。除以上3 项指标外，还可根据经验利用听杆来判断电机轴承及电机本体是否出现问题。现有一电机本体造成振动超标实例：锅炉一次风机电机参数为功率1120kW，定子 10000V，电流 78A，1493 转，频率 50HZ，COS￠0.89，绝缘 F，接法 Y，重量 8800kg，防护等级IP54，调速范围885～1493rpm，电机轴承均为skf 轴承，故障表现形式为当风机电机频率在30HZ 以下时，各项振动量均符合要求，当继续加大电机频率时，电机轴承振动超标，实际测得电机负荷端轴承轴向振动量为220μm；故障分析，电机负荷端轴承室设计不合理，由于电机轴承室在设计时与电机定位轴承设计配合数据不准确，导致电机定位轴承无法正常工作，出现窜轴现象，直接导致风机振动量超标。解决办法，由于轴承室衬壁厚度不足，用铁胚车制出一铁饼，将铁饼精密的放入轴承室中，经焊机焊牢固后，自然冷却3 天，然后经车床在端盖上车制新的轴承室修复，这样修复接近于原装轴承室尺寸，解决了由于轴承室及轴承配合间隙不对引起的风机振动超标。

联轴器：联轴器是用来连接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。当联轴器出现问题时，也会引起风机振动量超标，联轴器与轴的配合及两联轴器对中度都决定风机是否正常运转。联轴器与轴之间为键连接，当联轴器与轴之间的配合出现异常时，风机振动测得的数据轴向、水平、垂直等均会超标，联轴器与轴之间配合变为间隙配合时，风机会出现轴向振动超标等现象，这就需要重新测量联轴器与轴内外圈尺寸，另加工一套联轴器来解决。联轴器对中度主要是指要保证两轴线同轴度，过大的同轴度误差会使联轴器、传动轴及其轴承产生附加载荷，其结果会引起风机的振动、轴承过早磨损，机械密封的磨损，严重时甚至会引起疲劳断裂事故。

两半联轴器配合存在问题一般为，平行不同心，同心不平行，既不平行也不同心，出现上述情况就需对联轴器进行找正处理，一般采用双表法，符合公式a1+a3=a2+a4，s1+s3=s2+s4 检查结果是否正确。

两半联轴器连接螺栓预紧力不足或者过大均会引起连接螺栓断裂，导致风机局部振动超标，在安装连接螺栓时，应尽量避免此类问题出现。

主轴：当风机主轴出现磨损时，与轴承的配合会出现间隙，也会导致风机振动量超标，现有一引风机，风机在运行过程中垂直及轴向振动量超标，其余指标均正常，初步判断为轴承及轴的配合出现问题，存在内圈与轴磨损现象，后经打开轴承箱检查发现主轴轴承位磨损，导致与轴承内圈配合间隙过大，主轴明显存在磨损迹象。出现此问题时，要对主轴进行修复，进行现场刷镀处理，先将需刷镀表面清理干净，测量磨损后尺寸及跳动度，经刷镀后，对主轴进行测量，测量椭圆度及锥度，均达到在0.02mm 内，符合大轴与轴承内圈配合尺寸要求后，对轴承进行更换装配，调试试机风机振动恢复正常。风机设备运行一段时间后存在的大轴缺陷给风机的安全稳定运行带来很多不利因素，作为专业技术人员,应认真分析查找缺陷原因,采用合理的手段进行处理,不断学习、吸收新工艺、新技术对设备检修工作可起到事半功倍的作用。在保证设备安全稳定运行的同时,尽可能降低检修费用、设备运行经济性是专业技术人员的职责所在。

叶轮：风机结构中，叶轮是最终产生作用的重要部件，叶轮的好坏直接决定了风机性能的好坏。叶轮由于长期使用，可能会存在锈蚀、磨损现象，尤其是引风机大大增加存在磨损和锈蚀的可能性。引风机由于各种原因不可避免地存在积灰，因此叶片积灰是一个普遍问题，也是生产现场的一大难题。引风机叶片上沉积物的存在会造成叶片的不平衡，是引起振动的重要原因，致使轴和轴承上的符合增加，引风机的电流也会增加，严重时还会引起引风机和电机的地脚螺栓断裂，造成轴和轴承及叶轮等其他零部件的损毁，更严重时会引起风机飞车事故。

引风机在不同工况时积灰状况也不相同，在风机负荷降到80%时，叶片非工作面上存在明显的积灰现象；当引风机负荷降到60%时，积灰比较严重；无论是在现场的长期运行中还是在进行负荷实验过程中发现，引风机负荷在65%时一出现明显的积灰现象及振动，必须要及时清灰，为了保证引风机不产生积灰和振动而安全平稳运行，引风机运行负荷以不低于80%为宜。

叶轮的不平衡，是由于叶轮的磨损、锈蚀等原因以及加工装配过程中的偏差，材质的不均、积灰及变性引起的。当转子转动时，产生不平衡惯性离心力，惯性力越大，引起轴承动反力越大，振动加剧，从而加速轴承磨损，降低了使用寿命，增大了风机噪声，甚至造成安全事故。为了减小轴承动反力和振动，对风机叶轮进行动平衡调试是十分重要的。

锅炉引风机叶轮动平衡分析：该风机运转过程中经测试振动水平振动已经达到200μm，在停机对叶轮进行积灰清扫处理后，振动仍未消除，最后检查叶轮有锈蚀现象，于是对叶轮进行平衡试验，如图所示。

首先准备好配重块尺寸为40mm×50mm 厚度为6mm 的钢板十块，40mm×50mm 厚度为12 毫米的钢板十块，电焊机的焊接线、接地线同时接到现场，地线必须直接与叶轮连接，防止起弧过程中轴承被当作接地线，造成轴承滚珠表面受损，同时风机停电，规定专人启停，焊一块厚度为6mm，40mm×50mm 的配重铁块在A 处，B（叶轮轮毂外缘上）点牢固后拆除地线焊线，关好人孔门，通知电气送电启动，启动正常后，用测振仪测得水平，垂直及轴向振动并记下三个方向振动值。

其次，用白色粉笔（或石笔）在叶轮轮毂圆周方向（直接在叶片上）做标记，按如图方式将叶轮等分（等分的原则根据叶片的数量保持一致），然后任选一点为A，比如选择叶片1 和叶片2 之间，然后通知运行人员停运，用同样方法，以A 为基准点，旋转叶轮在离A 点120°地方在焊接一块厚度为6mm，40mm×50mm 的配重块，同时将A 除配重块拆除。焊好后，送电，启动正常后记下水平、垂直、轴向振动值，然后停运。同样以B 为基点，选专业伦在B 点120°方向焊接配重块，同样将B 处配重块拆除，焊好后送电，启动记录三个方向振动值，同理将C 点三点方向振动值记录。

通过对三点的振动值比较，若振动值变化不大，则重新加载配重块，若振动值变化大，则取小值一点为基准，在其50mm～100mm 范围内加配重块，直到振动值降到合理范围内合格。在此过程中，需测量电极温升，防止电极启动频繁引起的温度过高，一般电机温度不超过60°为准。

此外，叶轮的材质、材料的变形、叶轮撕裂等均会引起风机的振动，叶轮的平衡是风机振动的重要因素。

轴承：是在机械传动过程中起固定和减小载荷摩擦系数的部件。换言之，当其他机件在轴上彼此产生相对运动时，用来降低动力传递过程中的摩擦系数和保持轴中心位置固定的机件。轴承是机械设备中重要的零部件。它的主要功能是支撑机械旋转体，来降低设备在传动过程中的机械载荷摩擦系数。因此，风机中轴承的性能好坏，是决定风机振动的重要因素。

风机轴承在运转过程中，由于其自身能承受较大的径向力及两个方向的轴向力，一旦轴承出现问题，会导致风机轴不同心，造成叶轮运转偏离轨道或者跳动，引起风机振动。现有一台一次风机，在运转过程中轴向、垂直方向振动为230μm、160μm，其他部件运转正常，后决定更换两盘轴承，测得原有轴承游隙为0.3mm、0.27mm，更换后测得轴向和垂直方向振动值为60μm、25μm，更换后振动值在合理范围内。由此可见，轴承内外圈、保持架及滚子之间的配合起着决定性作用。一般来说轴承保持架属于易损部件，引起保持架寿命缩短的因素主要有：轴承润滑不良，轴承运转若处于缺油状态，将容易产生粘着磨损，使工作表面状态恶化，保持架产生异常载荷，造成保持架断裂；轴承蠕变现象，套圈的滑动，再配合面过盈量不足的情况下，由于滑动而使载荷点向周围方向移动，产生套圈相对轴或外壳向圆周方向位置偏离的现象。轴承安装不到位、倾斜、过盈量过大等都能造成游隙减少，加剧摩擦生热，表面软化，过早出现异常剥落，随着剥落的扩大，剥落物进入保持架兜孔内，导致保持架运转阻滞并产生附加载荷，加剧了保持架磨损，这种恶化循环作用，会导致保持架断裂。保持架材料本身缺陷，如裂纹、大块异物、缩孔、气泡、铆合缺陷缺钉、垫钉或两半保持架结合面空隙，严重铆伤等因素都能导致保持架断裂；外来硬质异物或其他杂质进入，都会加剧保持架磨损。因此在使用轴承时要尽量避免此类问题的产生，以保证设备正常运行。此外轴承加工制造精度、装配质量等因素对轴承性能也起着决定性作用。

此外，轴承润滑油或脂应定期检查更换，保证轴承在良好的润滑条件下工作，避免因润滑不良产生的故障。风机的维护保养也对风机使用寿命产生较大影响，正确的维护、保养，是风机安全可靠运行，提高风机使用寿命的重要保证，因此，在使用风机时，必须引起足够重视。叶轮是风机的转动部件，将气体通过风机运送到出气端，它由后盘，一个带有进口圈的直前盘和叶片构成。叶片为具有较大曲率半径的弧板叶片构成。在叶轮运转初期及所有定期检查的时候，必须检查叶轮是否可靠固定在轴肩上，叶轮是否出现裂纹、磨损、积尘等缺陷。只要有条件，就必须保持叶轮表面的清洁状态，并定期清理附着于其表面的积灰或者锈皮。当随着运行时间的增长，积灰及锈皮不可能均匀地附着于叶轮之上，容易造成动平衡不良，引起转子波动。叶轮只要进行了修理，就需要对其进行动平衡。在动平衡之前，必须检查所有螺栓是否紧固，因叶轮已经在不平衡状态下运行了一段时间，对螺栓会产生松动等影响。根据风机安装分布图及集流器插入叶轮进口圈的尺寸检查叶轮轴向位置。检查集流器与叶轮进口圈的径向间隙，调整集流器或机壳以得到正确的间隙空间。从而确保机壳进气箱的侧板相对于主轴和主轴密封校准在正确位置上。主轴应保持清洁状态，轴肩应定期刮去污物，对于主轴穿过进气室侧板轴端密封位置，应重点检查，由于少量泄漏空气凝聚作用，此位置可能会产生腐蚀。若风机处于不平衡状态时间过长，应尽可能对主轴做平直度检查。联轴器保持清洁，并定期检查螺栓连接紧固情况。经常检查轴承润滑供油情况，检查箱体是否漏油，及时更换密封。轴承润滑油正常使用时，定期更换，如果为首次使用，至少半年检验一次油品。风机在不运转的情况下需定期进行盘车维保。

风机振动是一个比较复杂的课题，除了上述因素影响之外，电机底座及轴承箱刚性基础薄弱、轴承润滑不良、地脚螺栓松动、风机转速在临界转速产生共振、喘振及挡板门开度不一致，挡板销脱落或磨损严重等因素，均可引起风机的振动值超标。因此，引起风机振动的原因很多，如果针对不同的原因，能及时采取相应措施，在研究风机振动的过程中根据自身掌握的理论知识正确分析，积累大量经验之后才可避免出现较大的损失，在生产和生活中具有很重要的意义。