刘习平1，索绪洲2
(1.攀钢（集团）公司热电厂；2.攀钢设备诊断中心，四川攀枝花617063)
摘要：通过对攀钢热电厂2#汽轮鼓风机超速时机组剧烈振动的测试分析，找出振动原因。说明在设备诊断过程中考虑挠性转子的临界转速和共振对机组振动的影响是很重要的。
关键词：汽轮鼓风机；超速；临界；共振；诊断
攀钢热电厂2#~5#汽轮鼓风机是炼铁厂1#~3#高炉送风系统的重要组成部分，是高炉生产的关键设备。
汽轮鼓风机类的大型关键设备一般都设有速度保安系统，保证机组速度突然升高时能自动启动速度调节器，调整主汽门控制机组转速，使机组重新在安全转速下运行。汽轮机大修后，由于叶片调整和做动平衡，机组的安全转速值，必须通过做超速实验重新确定。2#汽轮机在2004年4月大修后做超速实验时，当转速达到4310r/min时，机组振动突然剧增而被迫停机。
一、超速时情况
汽轮鼓风机由汽轮机和鼓风机构成，中间由挠性联轴节连接，由于该机在1阶临界转速以上工作，故为挠性转子。
图1汽轮鼓风机结构简图及测点布置
超速实验是使机组在工作转速之上升速运行直到设定的安全值(4880r/min)，以检验在超速时机组运行的稳定性和保安系统的可靠性。为了防止突发事故，通常只对汽轮机（与鼓风机断开）进行实验。
该机以盘车转速9.15r/min充分预热后，在30r/min冲转时，盘车机构自动脱开，转速逐渐升高。为减少连续升速导致机组产生的扭振，当升到1200r/min后，每升高100r/min运行5分钟，待稳定后再升。图2为测点1垂直方向在1200r/min时的频谱图，由图可见有许多基频及其谐波成分，其他各瓦有类似情况，说明在低转速时，各瓦油膜形成不是很好。由雷诺方程可知，油膜压力与转速成正比，故在低转速下，油膜承压能力低，机组存在轻微的擦瓦现象。图3为测点1垂直方向随转速升高时的振动趋势图，可见垂直方向振动值在2500r/min达到较大值，这是过一阶临界转速时引起的共振。为避开升速时一阶临界转速对机组振动的影响，在23002800r/min时快速升高，升到3000r/min时，振动趋于稳定。以后继续升速至工作转速4200r/min。从图3还可看到，振动幅值是呈线性逐渐上升的，这是由转子存在轻微不平衡造成的。图4为4200r/min时的频谱图，只有基频成分，谐波及次谐波很少。说明油膜形成良好，机组运行稳定。当升到4310r/min时，振值突然升高，机组剧烈振动。其中测点1垂直方向最大振幅达到18mm/s，超过正常值的10倍之多。机组被迫停机，超速实验中断。
图2
图3
图4
二、振动原因分析
图5为4310r/min时的测点1垂直方向频谱图。可见整个谱图以基频为主，说明振动系由转频引起。最初怀疑振动原因可能与转子平衡有关，但从平衡记录看，不平衡量在允许范围之内，且由前面升速情况看，在工作转速时，机组运行稳定，振动值不大，因此可排除转子不平衡的影响。考虑到在4310r/min时，机组振动突然加剧，故判断为共振现象。由于转子是在一阶临界转速以上运行，引起共振的原因应与二阶临界和机组共振频率有关。从相关资料只能查到汽轮机和鼓风机的一阶临界转速，二阶临界转速查不到。从以往做超速实验的情况看，其他几台机组在4300r/min左右时，机组振动并未突然加剧，且这几台机组汽轮机的转子具有互换性，而根据临界转速雷利公式，临界转速只与转子结构、材质及分部质量有关，因此可断定振动原因非二阶临界转速引起，而是由机组共振引起的，其原因与机座支撑刚度不够有关。
图5
三、对策
根据以上分析，要降低超速振动可通过增强机座支撑刚度或降低转子转动惯性力，以降低其对机座轴承的作用。由于机组支撑结构复杂，改动工程庞大，因此易行的方法是改变转子重心位置以降低,惯性力对机座的冲击，这只须连接上联轴节，让转子重心向鼓风机端转移即可。
四、结论
汽轮机与鼓风机联机后再做超速实验时，机组振动平稳，在4300r/min左右时，各瓦振动幅值较小，测点1垂直振动幅值仅为0.9mm/s，说明在改变转子重心位置后，振动降低。在随后的升速中，机组运行稳定，当升到4880r/min，速度保安器启动，机组转速随之下降，直至降到工作转速时稳定下来。