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雙級(jí)動(dòng)葉調(diào)節(jié)軸流式一次風(fēng)機(jī)振動(dòng)分析及處理

2018-06-25 11:49:33 作者：本網(wǎng)整理來源：鷹眼研究分享至：

0 引言

一次風(fēng)機(jī)作為重要的火電機(jī)組輔機(jī)設(shè)備，具有工作風(fēng)量小、風(fēng)壓高的特點(diǎn)。對(duì)于目前國內(nèi)600MW 以上的機(jī)組而言，所配置的一次風(fēng)機(jī)絕大部分為高轉(zhuǎn)速（1 490r/min）雙級(jí)動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)。

由于雙級(jí)動(dòng)調(diào)軸流風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時(shí)一次風(fēng)機(jī)系統(tǒng)長期處于高壓頭工作環(huán)境，目前國內(nèi)火電機(jī)組動(dòng)調(diào)軸流一次風(fēng)機(jī)的振動(dòng)及噪聲超標(biāo)問題比較突出，嚴(yán)重的影響了機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

某電廠三期2×1 000MW 機(jī)組配套一次風(fēng)機(jī)采用GU23836-22 型動(dòng)葉可調(diào)雙級(jí)軸流風(fēng)機(jī)。自投產(chǎn)以來，該風(fēng)機(jī)振動(dòng)情況不理想，因振動(dòng)大導(dǎo)致設(shè)備故障頻發(fā)，對(duì)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成不利影響。

檢修人員通過對(duì)5 號(hào)機(jī)組B 一次風(fēng)機(jī)振動(dòng)原因進(jìn)行層層剖析，利用排除法查找到了導(dǎo)致振動(dòng)異常的根本原因，制定了改造方案，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，取得良好效果。經(jīng)改造后的風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，振動(dòng)處于正常水平，為機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定了良好的基礎(chǔ)。

1 機(jī)組設(shè)備概述

1.1 機(jī)組設(shè)備參數(shù)

某電廠三期為2×1 000MW 超超臨界機(jī)組。三期5 號(hào)、6 號(hào)機(jī)組配套鍋爐為某鍋爐廠制造的超超臨界本生滑壓運(yùn)行直流鍋爐，每臺(tái)鍋爐配備兩臺(tái)雙級(jí)動(dòng)葉可調(diào)軸流一次風(fēng)機(jī)。5 號(hào)、6 號(hào)機(jī)組投產(chǎn)時(shí)配套設(shè)計(jì)安裝的GU23836-22型一次風(fēng)機(jī)，為采用德國KK&K 技術(shù)的雙級(jí)動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)（參數(shù)見表1）。

1.2 一次風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)

GU23836-22 型軸流一次風(fēng)機(jī)采用雙級(jí)葉片配置，利用液壓油系統(tǒng)通過液壓缸對(duì)兩級(jí)工作葉片進(jìn)行同步調(diào)節(jié)，改變風(fēng)機(jī)出力。與離心風(fēng)機(jī)和靜葉調(diào)節(jié)軸流風(fēng)機(jī)相比，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。

風(fēng)機(jī)主要由定子部件、轉(zhuǎn)子部件以及稀油站構(gòu)成。稀油站包括油箱、油泵裝置、雙筒過濾器、冷卻器、電加熱器、儀表、管道和閥門等，稀油站的結(jié)構(gòu)為整體式；轉(zhuǎn)子部件包括葉輪轂裝配、主軸承裝配、聯(lián)軸器、傳扭軸、伺服控制裝置等；定子部件包括進(jìn)氣箱、帶整流罩和后導(dǎo)葉的風(fēng)機(jī)殼、擴(kuò)壓器、膨脹節(jié)以及管路系統(tǒng)等，結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

2 一次風(fēng)機(jī)振動(dòng)故障情況說明

將5 號(hào)機(jī)組B 一次風(fēng)機(jī)機(jī)殼及轉(zhuǎn)子進(jìn)行了返廠檢修，一次風(fēng)機(jī)返回現(xiàn)場(chǎng)回裝完成后，對(duì)其進(jìn)行試運(yùn)行時(shí)，發(fā)現(xiàn)一次風(fēng)機(jī)振動(dòng)值明顯偏高，其中X 向（水平）振動(dòng)4.4mm/s，Y 向（垂直）振動(dòng)5.7mm/s，垂直振動(dòng)值已經(jīng)超過了4.6mm/s 的國家標(biāo)準(zhǔn)最大值。

隨后，先后對(duì)5 號(hào)機(jī)組B 一次風(fēng)機(jī)進(jìn)行了本體解體檢查、動(dòng)平衡試驗(yàn)以及主軸承箱解體檢查，發(fā)現(xiàn)一些問題：1）風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子存在動(dòng)不平衡；2）中間軸半聯(lián)軸器止口部分損壞脫落，導(dǎo)致軸系中心出現(xiàn)偏移；3）風(fēng)機(jī)軸承箱支座與外殼體之間支撐筋板存在微小裂紋；4）軸承箱內(nèi)部伺服端軸承滾動(dòng)體及軸承內(nèi)圈存在明顯劃痕以及多個(gè)微小凹痕，部分凹痕已經(jīng)出現(xiàn)輕微剝落現(xiàn)象，其余兩套軸承滾動(dòng)體及軸承內(nèi)圈均有明顯劃痕；5）軸承箱軸套磨損嚴(yán)重，表面光潔度差。

在對(duì)上述缺陷進(jìn)行處理并更換軸承箱內(nèi)部三套軸承、兩件軸套以及軸端密封件后，5 號(hào)機(jī)組B 一次風(fēng)機(jī)X向振動(dòng)降低到2.8mm/s，Y 向振動(dòng)降低到3.9mm/s，振動(dòng)值降低至標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，但仍偏高。

3 振動(dòng)原因排除分析

對(duì)于風(fēng)機(jī)振動(dòng)問題，由于其影響因素比較多，在實(shí)際解決問題時(shí)，多采用排除法，依據(jù)影響振動(dòng)的因素進(jìn)行分類排除，直至找到最終原因。目前影響風(fēng)機(jī)振動(dòng)的主要因素有如下幾個(gè)。

1）由于風(fēng)機(jī)本身設(shè)備問題，造成風(fēng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)局部部件振動(dòng)或產(chǎn)生不穩(wěn)定的偏心力破壞風(fēng)機(jī)動(dòng)平衡。

2）風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能與系統(tǒng)不匹配，風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行中發(fā)生失速問題，引發(fā)搶風(fēng)或喘振等不穩(wěn)定工作狀態(tài)；3）由于系統(tǒng)變化或者風(fēng)機(jī)設(shè)備設(shè)計(jì)不合理，造成的風(fēng)機(jī)本身固有頻率與系統(tǒng)氣流脈動(dòng)頻率產(chǎn)生共振，增加風(fēng)機(jī)設(shè)備的氣流沖擊產(chǎn)生額外受力。

1）如前節(jié)所述5 號(hào)機(jī)組B 一次風(fēng)機(jī)機(jī)殼及轉(zhuǎn)子已經(jīng)進(jìn)行了返廠檢修，并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了本體及主軸承箱的解體檢修和動(dòng)平衡試驗(yàn)調(diào)整。經(jīng)過以上檢修工作后，一次風(fēng)機(jī)振動(dòng)值有一定下降，但仍偏高，這說明對(duì)于5 號(hào)機(jī)組B 一次風(fēng)機(jī)而言，動(dòng)不平衡和風(fēng)機(jī)軸承故障是導(dǎo)致風(fēng)機(jī)振動(dòng)超標(biāo)的原因之一，但一次風(fēng)機(jī)振動(dòng)還有其他問題有待解決。

2）5 號(hào)機(jī)組B 一次風(fēng)機(jī)檢修期間，為保證風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)牢固，檢修中對(duì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)二次灌漿進(jìn)行破除，更換了基礎(chǔ)底板及下部墊鐵。風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的制作與安裝過程嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行施工與驗(yàn)收。機(jī)組啟動(dòng)后，測(cè)量風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)振動(dòng)小于10μm，基本可以排除基礎(chǔ)問題。

3）通過PI 系統(tǒng)對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，5號(hào)機(jī)組運(yùn)行中兩側(cè)一次風(fēng)機(jī)電流基本一致，電流與壓力沒有出現(xiàn)大幅度脈動(dòng)情況，同時(shí)就地觀察風(fēng)機(jī)進(jìn)、出口管道也沒有出現(xiàn)劇烈振動(dòng)現(xiàn)象，且風(fēng)機(jī)失速報(bào)警裝置未動(dòng)作，說明一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行中未發(fā)生失速問題。

通過對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行全面的解體檢修及細(xì)致的動(dòng)平衡工作，振動(dòng)情況有所改善，能維持運(yùn)行但仍未達(dá)到良好的振動(dòng)水平，這說明通過常規(guī)的分析及處理，不能徹底解決該型風(fēng)機(jī)的振動(dòng)問題，必須查找深層原因。

為了進(jìn)一步深入分析振動(dòng)原因，風(fēng)機(jī)運(yùn)行期間使用實(shí)時(shí)頻譜分析儀對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行了振動(dòng)頻譜測(cè)試（見圖2），由圖2 可以看出，風(fēng)機(jī)的振動(dòng)除1 倍頻分量外，22 倍頻分量也較高。對(duì)22 倍頻分量進(jìn)行分析，22 倍頻為該風(fēng)機(jī)的葉片通過頻率，造成其分量較高的原因主要有：葉片角度不一致或葉片損傷；轉(zhuǎn)子支撐剛度不足產(chǎn)生擾動(dòng)、氣流引起的葉片共振；管網(wǎng)特性曲線與風(fēng)機(jī)工作特性曲線不匹配等。

結(jié)合5號(hào)機(jī)組B 一次風(fēng)機(jī)前期整改情況以及本次頻譜分析數(shù)據(jù)，可確定目前風(fēng)機(jī)振動(dòng)值較高的原因?yàn)闄C(jī)殼結(jié)構(gòu)剛性不足，尤其是軸承箱支撐厚法蘭處剛性差，導(dǎo)致運(yùn)行中轉(zhuǎn)子擾動(dòng)，將振動(dòng)傳遞至葉輪處，振動(dòng)被放大引起葉片通過頻率分量較大。

借鑒本次5號(hào)機(jī)組B 一次風(fēng)機(jī)振動(dòng)故障的處理經(jīng)驗(yàn)，使用實(shí)時(shí)頻譜分析儀對(duì)三期其余三臺(tái)一次風(fēng)機(jī)振動(dòng)頻譜進(jìn)行了采集，發(fā)現(xiàn)22 倍頻振動(dòng)分量較高是一個(gè)共性問題。由此，可確定該型風(fēng)機(jī)存在設(shè)計(jì)缺陷，其機(jī)殼結(jié)構(gòu)剛性不足是導(dǎo)致振動(dòng)異常的根源。

4 處理方案及改善效果

4.1 處理方案

對(duì)目前一次風(fēng)機(jī)的機(jī)殼進(jìn)行改進(jìn)，主要增加軸承箱支撐厚法蘭的剛性，同時(shí)對(duì)殼體其他部位進(jìn)行適度加強(qiáng)，提高殼體整體的結(jié)構(gòu)剛性，同時(shí)改變機(jī)殼本身固有頻率。通過與設(shè)備廠家的多次溝通，最終確定了機(jī)殼的改進(jìn)方案（見圖3）。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，將新型機(jī)殼配裝在6號(hào)機(jī)組B 一次風(fēng)機(jī)。

4.2 改善效果

6 號(hào)機(jī)組B 一次風(fēng)機(jī)機(jī)殼更換后，運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定。風(fēng)機(jī)在正常運(yùn)行、啟動(dòng)以及負(fù)荷調(diào)峰時(shí)，其振動(dòng)值基本保持在1.0～1.5mm/s 之間。與修前振動(dòng)值（X 向振動(dòng)2.7、Y 向振動(dòng)4.0）相比，振動(dòng)情況明顯改善，為三期同類型風(fēng)機(jī)最優(yōu)，處于國內(nèi)同類風(fēng)機(jī)正常水平。

5 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

1）雙級(jí)動(dòng)調(diào)一次風(fēng)機(jī)由于其風(fēng)機(jī)本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，風(fēng)機(jī)局部設(shè)備的損壞會(huì)對(duì)風(fēng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行特別是振動(dòng)產(chǎn)生很大的負(fù)面影響，建議做好風(fēng)機(jī)的日常維護(hù)工作，同時(shí)針對(duì)風(fēng)機(jī)異常情況及時(shí)進(jìn)行相關(guān)檢修工作。

2）由于一次風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)壓較大，一次風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)制作時(shí)，不僅應(yīng)注意風(fēng)機(jī)本體轉(zhuǎn)動(dòng)部分（如葉片輪轂）的頻率共振問題，而且還要注意靜子部分（如機(jī)殼、支腿、進(jìn)氣箱等）的剛性強(qiáng)度，避免在氣流脈動(dòng)的作用下，產(chǎn)生額外的擾動(dòng)，影響風(fēng)機(jī)振動(dòng)。

3）一次風(fēng)機(jī)振動(dòng)問題是影響火電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素之一，雙級(jí)動(dòng)葉可調(diào)軸流一次風(fēng)機(jī)由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可能會(huì)有多種因素共同作用，因此在實(shí)際解決問題過程中，應(yīng)對(duì)振動(dòng)原因進(jìn)行逐一排查，最終找到導(dǎo)致振動(dòng)的根源，方能徹底解決。

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責(zé)任編輯：韓鑫

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