電廠風常見的震動故障的實例
摘要：針對電廠風機幾種常見的振動故障，介紹幾種振動故障特征的識別及處理措施，并輔以不平衡耦合松動故障及不平衡耦合軸承異常故障的識別和處理的實例。
關鍵詞：風機；振動故障；診斷
前言
風機是電廠的重要輔機，風機出現故障或事故時，將引起發電機組降低出力或停運，造成發電量損失。而電廠風機運行中出現故障zui多、影響zui大的就是振動超標。因此，當振動故障出現時，尤其是在故障預兆期內，迅做出正確的診斷，對機組正常運行具有重要意義。
目前，大型電廠風機主要采用軸流式風機。爐側的六大風機（一次風機、送風機、引風機）是振動測試的重點，風機的振動一般都以振動烈度來監測和考核，各個電廠可以根據風機制造廠家的建議設定各保護定值。如某廠送風機、一次風機報警定值為5.6mm/s，跳機定值為6.3mm/s，引風機報警定值為4.3mm/s，跳機定值為7.1mm/s。
風機常見的振動故障特征分析
質量不平衡故障
在現場發生的風機軸承振動中，屬于轉子質量不平衡的振動占多數。造成轉子質量不平衡的原因主要有：葉輪磨損（主要是葉片）不均勻或腐蝕；主軸局部高溫使軸彎曲；葉輪檢修后未找平衡；葉輪強度不足造成葉輪開裂或局部變形；葉輪上零件松動或連接件不緊固等。轉子質量不平衡引起的振動的特征有：
（1）質量不平衡引發的振動在典型頻譜上出現與旋轉頻率相同的1倍頻分量（基頻分量）。在對質量不平衡診斷中，不要過多地關注含有那些頻率成分，而要注意基頻分量是否占主導地位。若基頻分量占通頻的70％以上，就可以診斷為強迫振動。
（2）軸流式風機水平方向剛度zui弱，因此振動值以水平方向為zui大，而軸向很小。
（3）在轉速一定時，振幅和相位是穩定的。當不平衡達定值時，離心力只跟轉速有關。因此振動只是轉速的單值函數。即當轉速一定時，振動也是穩定的，對負荷變化也不敏感。由于影響振動的因素很多，穩定是不存在的。如果振幅變化范圍在其平均值的±10％之內，相位變化在其平均值的±10°之內，就可認為是穩定的。
（4）多次啟動后振動的再現性。對于質量不平量而言，多次啟動后測量到的振動數據應該很接近。質量不平量與有些故障的區別僅僅依靠一次啟動是難以分清的。
（5）可以排除松動、剛度等因素，不平衡振動的大小不僅與不平衡量有關，還與自身的特性有關（剛度、阻尼、固有頻率）。如果振動系統的剛度過低（螺栓有松動），或者機組在共振區工作，將會使不平衡的靈敏度提高。
2.2軸承座剛度不夠引起的振動
軸承座剛度不夠，檢修和運行過程中經常遇到的是基礎灌漿不良，機械松動等。非轉動部分配合松動（機械送動）是剛度下降常見故障之一。機械外部松動起因于固定螺栓松動、機座或軸承架的裂紋、風道擴散段法蘭螺栓松動。內部松動起因于軸瓦松動、軸套或滾動軸承的過大間隙，以及葉輪在軸上的松動。內部松動會在頻譜上產生較多的高次諧波分量。松動的特征是振動的非線性，振典型頻譜上出現旋轉頻率的1倍頻、2倍頻，并有時常伴有高諧波分量。松動的另一特征是振動的方向性，特別是松動方向上的振動，大多數表現為垂直或軸向振動較大。
2.3滾動軸承異常引起的振動
軸承裝配不良振動如果軸頸或軸肩臺加工不良，軸頸彎曲，軸承安裝傾斜，軸承內圈裝配后造成與軸心線不重合，使軸承每轉一圈產生一次交變的軸向力作用，滾動軸承的固定圓螺母松動造成局部振動。其振動特征為振動值以軸向為zui大，振動頻率與旋轉頻率相等。
（2）滾動軸承表面損壞的振動
滾動軸承由于制造質量差、潤滑不良、異物進入、與軸承箱的間隙不合標準等，會出現磨損、銹蝕、脫皮剝落、碎裂而造成損壞后，滾珠相互撞擊而產生的高頻沖擊振動將傳給軸承座，把加速度傳感器放在軸承座上，即可監測到高頻沖擊振動信號。這種振動穩定性很差，與負荷無關，振動的振幅在水平、垂直、軸向三個方向均有可能zui大，振動的精密診斷要借助頻譜分析，運用頻譜分析可以準確判斷軸承損壞的準確位置和損壞程度。
2.4轉子不對中
通常是指轉子軸心線與軸承中心線傾斜或偏移的程度。造成不對中的原因主要是軸承座標高和左右位置不一致以及聯軸器安裝偏心。不對中分為平行不對中和角度不對中。診斷平行不對中的主要依據：2倍頻分量通常大于基頻分量，聯軸器兩側振動為同相分量，振動跟負荷關聯性很大，軸向振動也偏大。角度不對中故障的主要振動特征：以基頻振動為主，聯軸器兩側振動的相位接近，聯軸器兩側的晃度明星增大。軸承安裝不正，包括推力軸承不正，也會引起不對中。目前，電廠風機的聯軸器普通采用半撓性或撓性聯軸器，對中心的要求普通不高。
2.5積灰引起的振動問題
電廠引風機處在鍋爐排灰出口，容易積累浮灰，*運行會導致灰越積越多，葉片表面有不均勻積灰或附著物（如鐵銹等），一方面產生了附加的質量不平衡，另一方面浮灰又影響葉片鼓風熱量散發，使葉片表面溫度也有所上升，兩者效應的疊加使風機振動波動和爬升，嚴重時能導致風機振動持續爬升而不得不進行熱態動平衡處理。如某廠1a引風機就因為積灰引起的振動每隔9個月就需做動平衡一次，直到下次大修清灰后恢復正常。積灰首先反映在質量不平衡的重新分布，它的振動特征跟質量不平衡特征有所相同，但也有其自己的特點：
（1）機組隨運行時間越長，積灰越來越多，振動會持續慢慢爬升。
（2）振動仍以基頻為主，基頻相位在一段時間內穩定（如某一天或者一周內），但*來看，相位始終在變化。
（3）多次啟動振動沒有重復性。因為風機停下來時，不均勻的浮灰隨時都在變化的積聚到某些位置，這也有可能導致風機再開機時，振動會特別大。對這類故障風機，要在大小修期間進行清灰，如無機會清灰而振動特別大時，也可以*行熱態動平衡處理。
實例
3.1某電廠送風機質量不平衡處理
某電廠送風機為asn-2875/1250動葉可調軸流式風機，轉速為990r/min，其振動測點布置在風機前后軸承垂直、水平方向共4個，風機側水平方向振動探頭跟電機側水平方向的振動探頭安裝位置相差180。風機在基建調試期間啟動風機時，風機側軸承水平振動就達到14mm/s以上，已超過跳機保護值，需立即處理，詳細數據見表1，振動以基頻為主，相位比較穩定，水平方向振動特別大，考慮到風機出廠已做動平衡試驗。故首先檢查風機的機械松動情況，在排除振動探頭安裝，檢查軸承間隙和螺栓都無異常，再檢查風道擴散段連接法蘭的螺栓有松動。對該法蘭面的全部螺栓用力矩扳手緊固到位后，且無發現其他有松動的地方后，重新啟動風機，風機側水平方向振動有明顯下降，前后兩次啟動振動相位的重復較好，符合質量不平衡振動特征，且不平衡質量還比較大。因此，*次試加重0.76kg，實際加重2kg使風機zui大振幅降至2.6mm/s，風機可以正常運行，動平衡結果見表1。這臺風機的診斷和處理表明，風機有存在松動的地方，且存在較大的質量不平衡，可能跟出廠動平衡精度過低有關。
表1 某電廠送風機振動測試及處理結果（通頻/1 倍頻/1 倍頻相位角；單位：mm/s / mm/s ∠°）
3.2軸承異常耦合不平衡故障
某電廠一次風機，型號ast-1812/1250，轉速1490r/min，振動測點布置跟3.1的送風機相同。大修后，風機啟動后，風機側水平方向振動zui大，其值為3.3mm/s，振動幅值變化不大，基頻相位也較穩定。為了保證風機振動值在合格范圍內，先對其嘗試動平衡處理，但發現動平衡根本無法降低其振動。前后2次加重的影響系數差異較大，其后在不采取任何措施情況下，再啟動風機幾次，發現風機振動的重復性很差。分析其振動不穩定的有兩種可能原因：軸承座剛度降低或是軸承異常，風機振動還存在啟動后振動大，而后慢慢變小的過程，振動沒有持續爬升，所以軸承異常情況可能性大。因此，當轉速低于200r/min后，進入風機擴散段風道檢查，聽到風機有異聲，馬上對風機軸承進行解體檢查，發現有滾動軸承銅套脫落，更換軸承后，再重啟風機，風機振動數據見表2，可見風機仍然存在不平衡量，對其一次加重0.32kg，振動降至優良值。
表2 某電廠一次風機振動測試及處理結果（通頻/1 倍頻/1 倍頻相位角；單位：mm/s / mm/s ∠°）
結論
電廠風機振動基本上以質量不平衡故障為主，耦合其他一些故障，比如機械松動、軸承異常、軸承安裝問題等，這些振動在頻譜圖上基本上表現以基頻為主。這使得有時在頻譜分析上很難區別各種常見的故障類型，還需借助各測點的相位，不同方向振動的方向性，振動的趨勢，振動的穩定性和重復性，對維修情況也要綜合考慮在內。這樣才能對風機異常振動做出比較正確的診斷。在故障情況未明確情況下，可以先嘗試動平衡試驗，根據動平衡試驗的影響系數是否一致來判斷是否耦合其他故障，再結合其他振動特征排除一些故障，制定相應的維修方案，采取正確的處理措施，保證風機盡快的投入生產運行
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關鍵詞：風機；振動故障；診斷
前言
風機是電廠的重要輔機，風機出現故障或事故時，將引起發電機組降低出力或停運，造成發電量損失。而電廠風機運行中出現故障zui多、影響zui大的就是振動超標。因此，當振動故障出現時，尤其是在故障預兆期內，迅做出正確的診斷，對機組正常運行具有重要意義。
目前，大型電廠風機主要采用軸流式風機。爐側的六大風機（一次風機、送風機、引風機）是振動測試的重點，風機的振動一般都以振動烈度來監測和考核，各個電廠可以根據風機制造廠家的建議設定各保護定值。如某廠送風機、一次風機報警定值為5.6mm/s，跳機定值為6.3mm/s，引風機報警定值為4.3mm/s，跳機定值為7.1mm/s。
風機常見的振動故障特征分析
質量不平衡故障
在現場發生的風機軸承振動中，屬于轉子質量不平衡的振動占多數。造成轉子質量不平衡的原因主要有：葉輪磨損（主要是葉片）不均勻或腐蝕；主軸局部高溫使軸彎曲；葉輪檢修后未找平衡；葉輪強度不足造成葉輪開裂或局部變形；葉輪上零件松動或連接件不緊固等。轉子質量不平衡引起的振動的特征有：
（1）質量不平衡引發的振動在典型頻譜上出現與旋轉頻率相同的1倍頻分量（基頻分量）。在對質量不平衡診斷中，不要過多地關注含有那些頻率成分，而要注意基頻分量是否占主導地位。若基頻分量占通頻的70％以上，就可以診斷為強迫振動。
（2）軸流式風機水平方向剛度zui弱，因此振動值以水平方向為zui大，而軸向很小。
（3）在轉速一定時，振幅和相位是穩定的。當不平衡達定值時，離心力只跟轉速有關。因此振動只是轉速的單值函數。即當轉速一定時，振動也是穩定的，對負荷變化也不敏感。由于影響振動的因素很多，穩定是不存在的。如果振幅變化范圍在其平均值的±10％之內，相位變化在其平均值的±10°之內，就可認為是穩定的。
（4）多次啟動后振動的再現性。對于質量不平量而言，多次啟動后測量到的振動數據應該很接近。質量不平量與有些故障的區別僅僅依靠一次啟動是難以分清的。
（5）可以排除松動、剛度等因素，不平衡振動的大小不僅與不平衡量有關，還與自身的特性有關（剛度、阻尼、固有頻率）。如果振動系統的剛度過低（螺栓有松動），或者機組在共振區工作，將會使不平衡的靈敏度提高。
2.2軸承座剛度不夠引起的振動
軸承座剛度不夠，檢修和運行過程中經常遇到的是基礎灌漿不良，機械松動等。非轉動部分配合松動（機械送動）是剛度下降常見故障之一。機械外部松動起因于固定螺栓松動、機座或軸承架的裂紋、風道擴散段法蘭螺栓松動。內部松動起因于軸瓦松動、軸套或滾動軸承的過大間隙，以及葉輪在軸上的松動。內部松動會在頻譜上產生較多的高次諧波分量。松動的特征是振動的非線性，振典型頻譜上出現旋轉頻率的1倍頻、2倍頻，并有時常伴有高諧波分量。松動的另一特征是振動的方向性，特別是松動方向上的振動，大多數表現為垂直或軸向振動較大。
2.3滾動軸承異常引起的振動
軸承裝配不良振動如果軸頸或軸肩臺加工不良，軸頸彎曲，軸承安裝傾斜，軸承內圈裝配后造成與軸心線不重合，使軸承每轉一圈產生一次交變的軸向力作用，滾動軸承的固定圓螺母松動造成局部振動。其振動特征為振動值以軸向為zui大，振動頻率與旋轉頻率相等。
（2）滾動軸承表面損壞的振動
滾動軸承由于制造質量差、潤滑不良、異物進入、與軸承箱的間隙不合標準等，會出現磨損、銹蝕、脫皮剝落、碎裂而造成損壞后，滾珠相互撞擊而產生的高頻沖擊振動將傳給軸承座，把加速度傳感器放在軸承座上，即可監測到高頻沖擊振動信號。這種振動穩定性很差，與負荷無關，振動的振幅在水平、垂直、軸向三個方向均有可能zui大，振動的精密診斷要借助頻譜分析，運用頻譜分析可以準確判斷軸承損壞的準確位置和損壞程度。
2.4轉子不對中
通常是指轉子軸心線與軸承中心線傾斜或偏移的程度。造成不對中的原因主要是軸承座標高和左右位置不一致以及聯軸器安裝偏心。不對中分為平行不對中和角度不對中。診斷平行不對中的主要依據：2倍頻分量通常大于基頻分量，聯軸器兩側振動為同相分量，振動跟負荷關聯性很大，軸向振動也偏大。角度不對中故障的主要振動特征：以基頻振動為主，聯軸器兩側振動的相位接近，聯軸器兩側的晃度明星增大。軸承安裝不正，包括推力軸承不正，也會引起不對中。目前，電廠風機的聯軸器普通采用半撓性或撓性聯軸器，對中心的要求普通不高。
2.5積灰引起的振動問題
電廠引風機處在鍋爐排灰出口，容易積累浮灰，*運行會導致灰越積越多，葉片表面有不均勻積灰或附著物（如鐵銹等），一方面產生了附加的質量不平衡，另一方面浮灰又影響葉片鼓風熱量散發，使葉片表面溫度也有所上升，兩者效應的疊加使風機振動波動和爬升，嚴重時能導致風機振動持續爬升而不得不進行熱態動平衡處理。如某廠1a引風機就因為積灰引起的振動每隔9個月就需做動平衡一次，直到下次大修清灰后恢復正常。積灰首先反映在質量不平衡的重新分布，它的振動特征跟質量不平衡特征有所相同，但也有其自己的特點：
（1）機組隨運行時間越長，積灰越來越多，振動會持續慢慢爬升。
（2）振動仍以基頻為主，基頻相位在一段時間內穩定（如某一天或者一周內），但*來看，相位始終在變化。
（3）多次啟動振動沒有重復性。因為風機停下來時，不均勻的浮灰隨時都在變化的積聚到某些位置，這也有可能導致風機再開機時，振動會特別大。對這類故障風機，要在大小修期間進行清灰，如無機會清灰而振動特別大時，也可以*行熱態動平衡處理。
實例
3.1某電廠送風機質量不平衡處理
某電廠送風機為asn-2875/1250動葉可調軸流式風機，轉速為990r/min，其振動測點布置在風機前后軸承垂直、水平方向共4個，風機側水平方向振動探頭跟電機側水平方向的振動探頭安裝位置相差180。風機在基建調試期間啟動風機時，風機側軸承水平振動就達到14mm/s以上，已超過跳機保護值，需立即處理，詳細數據見表1，振動以基頻為主，相位比較穩定，水平方向振動特別大，考慮到風機出廠已做動平衡試驗。故首先檢查風機的機械松動情況，在排除振動探頭安裝，檢查軸承間隙和螺栓都無異常，再檢查風道擴散段連接法蘭的螺栓有松動。對該法蘭面的全部螺栓用力矩扳手緊固到位后，且無發現其他有松動的地方后，重新啟動風機，風機側水平方向振動有明顯下降，前后兩次啟動振動相位的重復較好，符合質量不平衡振動特征，且不平衡質量還比較大。因此，*次試加重0.76kg，實際加重2kg使風機zui大振幅降至2.6mm/s，風機可以正常運行，動平衡結果見表1。這臺風機的診斷和處理表明，風機有存在松動的地方，且存在較大的質量不平衡，可能跟出廠動平衡精度過低有關。
表1 某電廠送風機振動測試及處理結果（通頻/1 倍頻/1 倍頻相位角；單位：mm/s / mm/s ∠°）
3.2軸承異常耦合不平衡故障
某電廠一次風機，型號ast-1812/1250，轉速1490r/min，振動測點布置跟3.1的送風機相同。大修后，風機啟動后，風機側水平方向振動zui大，其值為3.3mm/s，振動幅值變化不大，基頻相位也較穩定。為了保證風機振動值在合格范圍內，先對其嘗試動平衡處理，但發現動平衡根本無法降低其振動。前后2次加重的影響系數差異較大，其后在不采取任何措施情況下，再啟動風機幾次，發現風機振動的重復性很差。分析其振動不穩定的有兩種可能原因：軸承座剛度降低或是軸承異常，風機振動還存在啟動后振動大，而后慢慢變小的過程，振動沒有持續爬升，所以軸承異常情況可能性大。因此，當轉速低于200r/min后，進入風機擴散段風道檢查，聽到風機有異聲，馬上對風機軸承進行解體檢查，發現有滾動軸承銅套脫落，更換軸承后，再重啟風機，風機振動數據見表2，可見風機仍然存在不平衡量，對其一次加重0.32kg，振動降至優良值。
表2 某電廠一次風機振動測試及處理結果（通頻/1 倍頻/1 倍頻相位角；單位：mm/s / mm/s ∠°）
結論
電廠風機振動基本上以質量不平衡故障為主，耦合其他一些故障，比如機械松動、軸承異常、軸承安裝問題等，這些振動在頻譜圖上基本上表現以基頻為主。這使得有時在頻譜分析上很難區別各種常見的故障類型，還需借助各測點的相位，不同方向振動的方向性，振動的趨勢，振動的穩定性和重復性，對維修情況也要綜合考慮在內。這樣才能對風機異常振動做出比較正確的診斷。在故障情況未明確情況下，可以先嘗試動平衡試驗，根據動平衡試驗的影響系數是否一致來判斷是否耦合其他故障，再結合其他振動特征排除一些故障，制定相應的維修方案，采取正確的處理措施，保證風機盡快的投入生產運行
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