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G158/363引风机轴承故障的诊断分析及处理
陈培华1 ，唐启川2
（1.山西大唐国际运城发电公司，山西 风陵渡 044602；2.北京）
【摘 要】运城电厂2＃锅炉A引风机自投运后轴承振动逐渐增大，伴随出口侧异常声音增大。针对此隐患问题，使用设备综合故障诊断系统进行诊断，分析设备问题，提出解决方案，最终消除了引风机轴承振动大及声音异常问题，提高了机组运行的安全性和可靠性。
【关键词】 风机；轴承；故障；诊断
容量600MW以上的火电机组广泛采用静叶调节轴流风机作为锅炉的引风机，引风机作为锅炉的重要辅机，主要维持炉膛负压，对于锅炉乃至整个机组的经济、安全、稳定运行具有至关重要的作用。运城电厂引风机为上海鼓风机厂生产的G158/363型子午加速轴流风机，结构相对较复杂，轴承箱上盖、转子和轴承、轴承箱就有10多吨，拆卸、安装一次相当费时费力。引风机轴承长时间振动超标，会造成设备损坏，因此风机振动成为设备运行监视的指标，同时风机振动原因较多，能否尽早、尽快、准确地分析诊断出故障原因，消除风机振动超标对于锅炉及机组的安全、稳定和经济运行无疑具有十分重要的意义。
1、大唐国际运城发电有限责任公司2A引风机存在问题
1.1引风机有关参数：
风机工作转速：596r/min， 容积流量（BMCR）：473.66m3
风机总压升（BMCR）：4031 Pa , 风机轴功率：2245KW
引风机轴承箱前部安装一套NJ348M.C3滚柱轴承和一套7348BMP.UA角接触球轴承，后部安装一套NU348M.C3滚柱轴承。
1.2引风机存在故障
大唐国际运城发电有限责任公司2＃锅炉A引风机自2007年11月14日投入商业运行以来，轴承振动从0.69mm/s，0.65mm/s逐渐增大；到2008年3月14日，增大到1.08mm/s，0.78mm/s；到2008年3月14日，增大到4.6mm/s，3.9mm/s。在引风机轴承振动逐渐增大的过程中，伴随引风机出口侧异常声音增大，声音类似于碎石机冲击声音，声音频率约为260-280次/分；
1.3引风机存在故障处理
从2008年4月开始，在2＃机组4次停机备用及检修中，都对2A引风机内部检查或揭盖进行细致检查，主要有分析和检查有：
（1）引风机叶片裂纹引起？经检查叶片无裂纹，无磨损；
（2）引风机叶片积灰严重，且不均匀引起？经检查叶片无明显积灰；
（3）引风机入口静叶开关不均匀引起？经检查静叶灵活无卡涩，叶片开度均匀；
（4）引风机出口导叶及中部筒支撑筋板裂纹及强度不足引起？检查支撑筋板无裂纹及脱落，经焊接增加加强筋板振动值未减小；
（5）引风机叶轮上部平衡块检查脱落引起？检查平衡块无脱落；
（6）引风机联轴器中心偏差增大引起？经检查联轴器中心偏差小于0.06mm，偏差合格；
（7）引风机叶轮叶顶间隙不均匀引起？经检查叶顶间隙均匀；
（8）引风机叶轮瓢偏增大引起轴承振动增大、异音增大？经检查叶轮瓢偏小于0.12mm，瓢偏值合格；
（9）引风机机壳、轴承箱刚度不足引起？经对筋板加固，轴承振动未减小。
（10）引风机进出口风门开度偏差引起？经检查能全开全关，开度指示正确。
（11）引风机进出口风道特性变化引起？经检查风道无异常；
（12）引风机润滑油质不合格引起轴承振动大？经检查润滑油系统，温度正常，油质无异常。
另外经过对风机轴承温度和轴承声音监测。发现轴承温度和轴承声音正常；风机轴承无异常声音；
因为厂家及有关技术人员多次检查，问题未得到解决。2008年10月25日，风机返厂后更换一套轴承， 2008年12月06日风机启动，轴承振动未减小。试车时DCS系统（振动速度值）记录见下表：
0％ 8％ 22％ 31％
（径向）水平振动速度值 4.5mm/s 4.4mm/s 4.4mm/s 4.5mm/s
（径向）垂直振动速度值 2.7mm/s 2.4mm/s 2.5mm/s 2.5mm/s
2.精密诊断及分析
2. 1振动检测
在以上分析和检查未解决情况下，决定采用设备综合故障诊断系统进行精密诊断。
于2008年12月11日下午对2A引风机现场进行时域、频域波形采集、分析。图中：CH2和CH1依次为风机推力侧、承力侧轴承径向水平振动速度时域、频域谱。
图2:（CH1和CH2）径向水平振动速度时域谱
图3－1a：（CH1）径向水平振动速度频域谱（0～197.8125Hz）
图3－1b：（CH2）径向水平振动速度频域谱（0～197.8125Hz）
图3－2a（CH1）径向水平振动速度频域谱（194.0825～390.8750Hz）
图3－2b（CH2）径向水平振动速度频域谱（194.0825～390.8750Hz）
图4 (CH1) 径向水平振动加速度频域谱
2.2引风机轴承振动频率计算：
（1）风机推力侧使用一套角接触球轴承和一套滚珠轴承。
角接触球轴承型号为7348BMP.UA，参数如下：
轴承内套旋转，外套固定。外径500mm，内径240mm，滚珠个数Z＝14
特征频率计算公式：
内套旋转频率 f=596/60=10Hz
保持器旋转频率 fc=(1-d÷D×COSα)f/2=3.58Hz
一个滚动体通过外滚道一点的频率 fc=(1-d÷D×COSα)f/2=3.58Hz
Z个滚动体通过外滚道一点的频率 Zfc=3.58×14=50.1Hz
一个滚动体通过内滚道一点的频率 fi=(1+d÷D×COSα)f/2=4.99Hz
Z个滚动体通过内滚道一点的频率 Zfi=4.99×14=69.9Hz
滚动体一点通过内环或外环的频率 fb＝f【1-（d/D）²COS²α】D/2d=22.7Hz
值得注意的危险频率 Zfc=50.1Hz
fb=22.7Hz 2fb=45.4Hz
Zfi=69.9Hz 2Zfi=139.8Hz
推力侧滚柱轴承型号为NU348MC3，轴承参数如下：
轴承内套旋转，外套固定。外径500mm，内径240mm，α≈0, 滚柱个数Z＝16
特征频率计算公式如下：
内环旋转频率 f=596/60=10Hz
保持器旋转频率 fc=(1-d÷D×COSα)f/2=4.19Hz
一个滚动体通过外滚道一点的频率 fc=(1-d÷D×COSα)f/2=4.19Hz
Z个滚动体通过外滚道一点的频率 Zfc=4.19×16=67Hz
一个滚动体通过内滚道一点的频率 fi= (1+d÷D×COSα)f/2=5.87Hz
Z个滚动体通过内滚道一点的频率 Zfi=5.87×16=93Hz
滚动体一点通过内环或外环的频率 fb＝f【1-（d/D）²COS²α】D/2d=30Hz
值得注意的危险频率 Zfc =67Hz
fb=30Hz 2fb=60Hz
Zfi=93Hz 2Zfi=186Hz
（2）风机承力侧滚柱轴承一套，型号NJ348M.C3 ，此轴承在11月1日更换成新轴承，参数如下：
轴承内套旋转，外套固定。外径500mm，内径240mm，α≈0, 滚柱个数Z＝16
滚柱轴承NJ348M.C3和NU348MC3的故障特征频率相同，特征频率计算公式如下：
内环旋转频率 f=596/60=10Hz
保持器旋转频率 fc=(1-d÷D×COSα)f/2=4.19Hz
一个滚动体通过外滚道一点的频率 fc=(1-d÷D×COSα)f/2=4.19Hz
Z个滚动体通过外滚道一点的频率 Zfc=4.19×16=67Hz
一个滚动体通过内滚道一点的频率 fi= (1+d÷D×COSα)f/2=5.87Hz
Z个滚动体通过内滚道一点的频率 Zfi=5.87×16=93Hz
滚动体一点通过内环或外环的频率 fb＝f【1-（d/D）²COS²α】D/2d=30Hz
值得注意的危险频率 Zfc =67Hz
fb=30Hz 2fb=60Hz
Zfi=93Hz 2Zfi=186Hz
2.3振动分析、诊断
图2中：时域波形较杂乱，有较明显的冲击信号和不稳定的非周期信号。图3中：1~2×峰值明显不占优势，且实时动态幅值有较大波动。与不平衡和不对中的波形特征明显不符。可排除不平衡和不对中类型故障。图4为径向水平加速度频域幅值谱：除光标处的轴承特征故障频率波峰外，陗度指标为3.36,说明轴承存在故障的可能性极大。
图3－1a和图3－1b中标注的波峰频率68.75Hz与角接触球轴承7348BMP.UA内套频率zfi=69.9Hz非常接近，未发现接近zfc=50.1Hz fb=22.7Hz 2fb=45.4Hz频率的波峰。不能排除角接触球轴承7348BMP.UA轴承滚珠及内套存在点蚀的可能性。
图3－1a和图3－1b上标注的波峰频率187.187Hz与轴承内套频率谐波2Zfi=186Hz非常接近，应是（NU348M..C3和NJ348M.C3）轴承内套故障特征频率并且有边带，边带间隔1×,表明其内套有点蚀或形成滚痕的可能性较大。
图3－1a、2a和图3－1b、2b上标注的波峰频率68.75Hz与（NU348M.C3和NJ348M.C3）轴承外套故障特征频率zfc=67Hz、波峰频率334.375Hz与（NU348M.C3和NJ348M.C3）轴承外套故障特征频率高次谐波频率5zfc=335Hz都非常接近，并且都有边带，边带间隔1×。特别值得注意的是：轴承故障诊断理论中，在轴承内套旋转，外套固定的条件下，仅有内滚道轴承故障特征频率处有边带，边带间隔1×;以及轴承外套故障特征频率fc=(1-d÷D×COSα)f/2，和zfc的论述;没有指出轴承外套特征频率zfc有1×间隔边带的特征。应该肯定相关轴承故障诊断理论的严谨与正确性。那么，实际频谱图上标注的频率为68.75Hz的波峰和图上标注的频率为334.375Hz的波峰都有边带，边带间隔1×，又如何解释？合理的注解应该是:并未与理论相矛盾，而是不符合该理论的“轴承内套旋转，外套固定”的前提条件。所以应解释为：（NU348M.C3或NJ348M.C3）轴承外套故障特征频率及各次谐波受1×调制，是由于同时还存在外套松动的故障。据此判断：滚柱轴承(NU348M.C3或NJ348M.C3）外套存在点蚀的可能性较大，并且轴承外套与轴承座的配合间隙很可能偏大，引起轴承外套松动甚至旋转（轴承跑外套）。那么，风机运行过程中产生短促的、类似喘振的异常声音的原因以及停机过程中产生类似撞击的“咣－咣－咣”异常声响的原因，也就不难解释了。
图上标注的61.25Hz与2fb=60Hz非常接近，是（NU348M.C3和NJ348M.C3）轴承滚子和保持器的振动故障特征频率，表明轴承滚子存在磨损、点蚀的可能性较大。
诊断结论：
1）滚柱轴承（NU348M.C3和NJ348M.C3）轴承本体故障可能性较大，建议解体检查风机前后滚柱轴承。
2）轴承外套与轴承座的配合间隙极可能偏大，建议重点检查轴承外套与轴承座的配合间隙。
以上结论确定后，要求将风机第二次返厂检查，按照以上结论作为重点检查。
3.故障处理：
3.1风机返厂检查、检修情况。
轴承箱承力侧为一盘滚柱轴承，为新更换的轴承，检查未发现问题（11月份返厂检修新更换），型号为FAG NJ348E.M1.C3，用塞尺检查轴承径向游隙为180µm；轴承外圈与轴承箱配和间隙为100µm，远大于30～50µm的要求而引起轴承外圈松动。
推力侧滚柱轴承检查发现轴承外观陈旧（11月份返厂检修未更换），滚柱轴承型号为NU348E.M1.C3，滚柱上有轻微的划痕（见图5），轴承内圈与滚柱接触部位有明显的磨损痕迹（见图6）；用塞尺检查轴承径向游隙为280µm；轴承外圈与轴承箱配和间隙为110µm，远大于30～50µm的配合要求而引起轴承外圈松动。
推力球轴承型号为FAG 7348B.MP.UA，检查发现滚珠与轴承内外滚道有明显的滑痕（见图7）；检查发现推力侧两盘轴承间的保持架体紧钉销端面磨损。
对推力侧滚柱轴承(NU348M.C3)、角接触球轴承7348BMP.UA两盘轴承进行了更换，并且对轴承箱进行激光涂敷处理，使轴承外圈与轴承箱配合间隙达到40µm左右的要求。
图5 推力侧滚柱轴承滚柱外观
图6 推力侧滚柱轴承内圈磨损
图7 推力球轴承滚珠磨损
3.2风机安装及试转情况：
2A引风机于2008年12月31日安装完成，经运行，DCS在线显示：振动速度值0.9mm/s，异音消失。运行至今振动速度值一直在1.00mm/s以下，达到优良标准。从而消除了风机轴承振动大这一设备隐患。证明使用EMT690D2设备综合故障诊断系统进行精密诊断的结论是基本准确的。
4、总结
对电力企业的工程技术人员来讲，不仅要求熟练掌握转动设备检修、质量验收的相关知识，还应该运用设备状态检测与故障诊断的专业理论，使用新技术、新设备、新工具解决现场设备故障问题。同时还要建立一套较为完善的故障检测专用的设备档案，包括设备运行参数、部件的特征频率、故障诊断的结论和验证资料、检修和更换备件的记录，为设备检测服务。从而保证设备安全、可靠运行，为电力企业创造更大的经济效益。
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发表于 2012-3-27 17:24
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发表于 2012-4-22 19:22
