锅炉一次风机轴向振动原因分析及改进措施

钱云山，郭天武，胡政

(1.神头第二发电厂，山西 朔州 0360111 2.山西大唐国际霍家发电厂，山西 长治 046000)

神头第二发电厂锅炉制粉系统#22一次风机型号为1854B/1476，风量143.48 m3/s，介质温度50℃，全压力19 415 Pa，转速1 480 r/min。结构为单吸离心式风机，主轴被装在风机外部的2个轴承体双侧支承，轴承均为双向滚柱轴承，轴承的轴向固定方式为单支点双向固定。为提高风机的稳定性，将轴承箱底座由原来的柔性支承改为刚性支承，主轴轴向膨胀由支承轴承在轴承箱内轴向位移补偿。改造后风机的其它参数都比较理想，但轴向振动一直偏大，造成多次停运检修。通过进一步查找振动原因，进行技术改进，风机的振动得以降低，提高了设备可靠性。

1 存在的问题

经过对风机运行参数1年的跟踪发现，正常运行时，风机的轴向振动为80～100 μm，接近标准的上限值，每当昼夜温差超过13℃时，风机轴向振动增大，难以维持运行，特别是春季、秋季昼夜温差大，入口介质温差相应增大，产生轴承箱轴向周期振动，支承轴承箱振动最大幅值317 μm，止推轴承箱振动最大幅值80 μm。数次因振动大停运检修，严重威胁机组的安全经济运行。

2 轴向振动的原因分析

2.1 主轴膨胀的影响

风机轴承箱轴向振动受介质温度影响显著，介质入口温度达到27℃，且日温差大于13℃时，轴向即产生周期振动〔1〕，如图1。

图1 轴承箱振动与介质温度关系曲线

温度对振动的影响究其根源还是主轴的膨胀问题。风机主轴两轴承之间的轴长4089 mm，根据文献〔2〕提出的计算方法，轴的热伸长值l可按下式计算:

式中l为热伸长值 (mm);t为轴周围介质最高温度 (℃);L为轴承之间的轴长度 (m)。

以日介质入口最高温度27℃，最低温度14℃计算，热伸长值分别为3.78 mm，3.14 mm时，膨胀差为0.64 mm。按照正常情况，介质温度变化时，支承轴承外圈在轴承箱内的轴向位置相应地发生变化，以适应主轴的膨胀。但从图1可以看出，轴向振动是随环境温度的变化而变化，可以判断支承轴承外圈不能自由游动来补偿主轴的热膨胀(或收缩)，阻碍了主轴的正常膨胀。热应力使主轴产生临时性弓形弯曲〔3〕，引发轴向振动。

2.2 轴承间隙的影响

依据制造厂提供的设备技术文件的规定，轴承外圈与轴承箱之间径向间隙为Φ1500+0.02，止推轴承轴向无间隙，支承轴承轴向收缩侧有3 mm间隙，膨胀侧自由延伸，无限位。由于支承轴承径向有预紧力，影响其作为游动支承的正常轴向位移，阻碍了轴的膨胀，热应力增大，产生异常振动响应。

2.3 底座变形的影响

原一次风机转子组结构如图2，支承轴承箱底座为A3钢焊接件，外形尺寸为l=500 mm，h=1 185 mm，受材质及几何高度影响，底座动刚度差，在较小的扰动力作用下，即可产生较大的轴向振动。

图2 改造前转子组结构图

表1为支承轴承箱安装数据与产生周期振动后停机测量数据对比，底座变形，致使轴承不对中，对转子不平衡响应明显，引发轴向振动。主轴水平度较安装时偏差增大，致使轴系角度不对中，产生附加的轴向力，引起转子的轴向振动。

表1 支承轴承箱安装与检修后数据对比

2.4 支承系统的影响

经检查，支承轴承箱底座基础台板固定方式不合理，台板宽度600 mm，垫铁长度应为620 mm，实际垫铁长120 mm，不符合SDJ 245—1988《电力建设施工及验收技术规范》的规定。左前侧地脚螺栓连接刚度不足，底盘松动，在外力和温升作用下产生间隙，造成机械阻抗偏低，在极小的不对中状态下就会导致支承系统产生很大的振动。

4 改进措施

4.1 调整支承轴承外圈与轴承箱之间间隙

支承轴承外圈取保证有间隙的配合〔4－5〕。综合考虑过大的径向间隙对轴承支承刚度、载荷区内的滚动体数的影响，及可能造成跑外圈的后果，调整径向间隙为Φ150－0.04－0.02;轴向收缩间隙为3 mm，膨胀间隙自由延伸。使外圈能够在轴承箱内随主轴热伸长量的变化自由游动。

4.2 将钢结构底座改为铸铁底座

将支承轴承箱底座由A3钢焊接件改为HT250铸铁底座，底座的几何高度由1 185 mm降为345 mm，几何形状由梯形改为菱形，与基础通过5条M36×800 mm地脚螺栓联接，由10组垫铁支承并调整底座位置。以增加底座的减振性能和增强底座抵抗轴向变形能力，如图3。

图3 改造后转子组结构图

3.3 支承轴承箱基础改造

去除后轴承座以下全部混凝土基础及底盘，引出轴承箱基础尺寸线，基础尺寸线外沿每隔15 cm钻Φ20孔至作业面下50 cm处，植筋、配筋到设计标高。钢筋与入口风箱基础钢筋有效连接，作业面清理干净，使新旧混凝土结合可靠。重新浇灌混凝土，降低支承轴承箱底座高度，减少底座的轴向变形，增强了基础的刚度。

4 改造后效果

实施技术改造后，锅炉#22一次风机支承轴承箱轴向振动明显下降，振动幅值最大25 μm，且不受介质温度影响。机组已连续运行150天，检修维护工作量相应减少，为机组的正常运行提供了可靠保证。

5 结论

支承轴承外圈采用较松的过渡配合，通过降低其底座高度，提高连接刚度，可以有效地控制刚性支承系统刚度不足引发的轴向振动，以上改进措施已在神头第二发电厂#21一次风机上得以成功应用。

〔1〕陈大禧，朱铁光.大型回转机械诊断现场实用技术〔M〕.北京:机械工业出版社，2002.

〔2〕SDJ 245—1988，电力建设施工及验收技术规范 (锅炉机组篇)〔S〕.

〔3〕陈大禧，朱铁光.大型回转机械诊断现场实用技术〔M〕.北京:机械工业出版社，2002.103-106.

〔4〕杨可桢，程光蕴.机械设计基础〔M〕.北京:高等教育出版社，1988.

〔5〕SKF轴承与轴、轴承箱常用配合公差〔EB/OL〕.http://www.skf.com.tw/page05.htm，2004-03-17.