郭毅
山西大唐国际神头发电有限责任公司
山西省朔州市 036011
摘要：随着科技的发展与进步，电力企业制度改革的不断深化和发展，电力企业逐步由生产型向经营型转变，由高耗能企业向节约型企业发展。为增加经济效益，节能减排，火电厂发展趋势更是趋向于大火电，即电厂机组数量多、容量大，各电厂由于风机振动故障导致降负荷现象时有发生,而引风机与一次风机是火电厂的主要辅助设备，其运行情况的好坏直接关系到锅炉能否安全稳定运行，而振动是影响风机正常运行的重要因素，克服和解决风机振动问题将有助于锅炉长期安全稳定运行。
关键词：风机；振动；故障诊断
火力发电厂中拥有数量庞大的旋转设备，几乎每一台旋转设备都由各种类型电机驱动。据某发电厂运行数据在满负荷运行的情况下，这些设备每年由于振动故障产生的经济损失占运行成本的 5%，其中汽轮发电机及其他核心设备的驱动电机等由于振动故障而引起的停机事故，不仅造成了巨大的经济损失，还对员工的人身安全产生了极大的威胁。
一、故障原因
(1) 常规检查。在进行故障分析之前需要针对该电机进行常规检查，以排除部分可能的故障原因。①结构松动原因：在现场检测时首先对底脚螺栓、电机各零部件的连接螺栓进行了检查，确认其连接良好，排除结构松动原因；②风机原因：根据重新开机时的运行数据，风机没有喘振等情况出现，运行情况良好，自叶轮侧至联轴器侧的三个轴承的振动值分别为0.92 mm/s、1.37 mm/s、2.23 mm/s；较故障发生前的振动数据有一定上升，但幅度未超过运行标准，以上情况可以排除风机故障因素，同时判断风机振动升高是由于电机振动引起。③轴承系统原因：根据该电机轴瓦拆检和研磨的测量记录，转子与轴瓦之间的间隙约为 0.24 mm，重新开机运行时使用位移传感器测得轴承位置的相对轴位移约为 0.105 mm，占间隙比例约为 43.75%；轴承温度约为 66 ℃，且运行过程中轴承无异响，油路及其冷却管路均正常运行；以上情况表明轴承运行情况良好，温升可控，对轴承及润滑冷却原因予以排除。
（2）锤击固有频率试验与频谱。通过常规检查后并未发现引起振动故障的原因，若要进一步排查故障原因，常规的振动数据已无法满足要求，需要进行额外的振动测试，在进行设备故障诊断时使用了振动监测分析与转子平衡软硬件系统，对电机进行固有频率试验和频谱分析，以获得更多的振动测试信号及数据。对电机进行锤击固有频率试验，其冲击振动峰值频率大约为38 Hz。一次风机机组重新开机运行了 1 小时左右，测试其水平、垂直及轴向三个方向的通频振动值分别为 6.8 mm/s、5.6 mm/s、1.2 mm/s；且振动值相对稳定。
二、一次风机电机侧振动原因
从振动测量情况中，一次风机系统驱动电机侧振动严重超标，而风机机械侧振动良好，且振动从电机侧向风机侧呈现逐渐递减现象；电机侧振动从基础至冷却箱呈现逐渐增加的趋势，这与常规的风机系统振动存在很大的差异。通常导致电机振动大的原因有：电机转子本身存在一定的质量不平衡；电机转子和定子的同心度不好；电机支撑轴承存在问题；电机基础连接刚度弱；电机与基础之间存在共振等[2]。
1、相关试验。为了查明风机侧振动超标的原因，并从中寻找解决振动的途径，针对此异常振动故障，对该一次风机系统进行如下试验： 1）电机空转试验：将电机与风机连接的对轮解开，拿掉联轴器，对电机进行空转试验，并测量电机各测点的振动情况。试验表明：电机空转各测点的振动水平均处于合格范围内，1、2号支撑轴承的振动处于优秀水平。
2）固有频率测量试验：对一次风机系统电机侧基础进行固有频率测量，并与一次风机额定转速下频率进行比较，试验结果表明：电机侧基础的固有频率与风机系统额定转速下的频率有足够的避开率（分别为16Hz和24.5Hz）。3）差别振动测量试验：在对风机系统进行原始振动数据测量时，也着重对风机电机侧的各结合面进行了差别振动测量，试验结果表明：电机侧基础与台板之间、台板与电机座之间的差别振动均大于20μm，而风机机械侧各结合面的差别振动均小于5μm。
2、振动原因。该一次风机系统的振动问题集中体现在电机侧轴承与电机壳体上，且振动表现以工频振动为主，虽然存在其他频率的振动成分，但均很小。通过对风机的启停试验，发现各测点的振幅与相位重合较好，说明此系统在此支撑刚度上存在较为稳定的激振力。对于这种相对稳定的周期性振动可以简化为单自由度强迫振动的响应[1]：
三、一次风机电机振动处理
通过对一次风机系统振动情况的测量、试验与分析，现场决定采用减小系统激振力与增加系统支持刚度同时进行的方法对该风机电机侧振动超标进行治理。 1）对风机电机侧各结合面的连接刚度进行加固，对各连接螺栓进行打紧，进一步提升支持系统的连接刚度，空转电机试验，各测点振动水平均有下降，连接风机后电机各测点振动仍然处于超标状态。 2）通过现场动平衡手段降低系统的激振力。通过电机空转试验，可以排除电机自身的质量不平衡，系统的激振力应该来自电机的外伸端。振动反应在电机轴承和壳体上，最直接的办法就是直接在电机轴承跨内进行配重来降低激振力，但电机空转表明自己不存在不平衡，因此决定在电机与风机连接的对轮上或风机叶轮上进行配重来消除存在的不平衡力。
1、对轮处配重。根据测量的原始振动数据，在对轮处靠近电机一侧进行配重，在现场对旋转机械进行动平衡时，对于首次试加重的重量应该将转子的质量、转子的转动速度、加重半径、加重响应以及原始振动的大小均考虑在内，因为平衡的目标是风机电机侧的振动，由测得的电机两支撑轴承的振动相位来看，是同相振动，而非力偶不平衡，不需要进行力偶配重。在对轮上配重对电机侧各测点的振动情况改善很小，并导致风机机械侧振动增加，且影响系数与同类型风机对轮加重相差甚远，决定放弃进一步在对轮上配重。
2、风机叶轮处配重。对该一次风机系统异常振动进一步分析，风机机械侧的质量和刚度都比电机侧要高很多，不能排除因风机侧的质量失衡导致刚度较弱的电机侧振动超标故障，而风机侧由于自身的刚度较好，其振动响应并不明显。由于风机侧的加重半径较大，且原始振动较小，因此决定在风机叶轮上尝试加重150g，启动后，电机侧与风机侧各测点的振动均有所下降，尤其是电机侧振动下降明显。根据加重后对各振动测点的响应经过准确计算，决定在风机叶轮处共计加重350g，启动风机后，一次风机系统所有测点的振动均下降至合格水平。
结论
（1）引起该一次风机电机侧异常振动的根本原因为电机外伸端存在不平衡，且电机侧自身的连接刚度较弱。
（2）在解决振动问题时，不应局限于常规处理振动故障方法，应该在关注故障设备自身问题的同时更应关注其连接设备。
（3）在旋转机械工程应用中，要充分关注相连两设备质量与刚度差异较大所引起的异常振动故障。
参考文献：
[1] 何新荣, 郭嘉, 傅行军.电厂风机动平衡技术研究及应用[J]. 电站系统工程, 2018, 34(2): 31～34.
[2] 房林铁. 600 MW双级轴流式引风机振动故障分析及处理[J]. 电站系统工程, 2018, 34(2): 39～44.
[3] 刘占辉, 刘静宇, 罗剑斌. 动叶可调双级轴流风机的现场动平衡[J].风机技术, 2019, 45(3): 77～80.