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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

2018-01-22

閃恒杰¹　張道瑞¹　李瑞華¹　馬向明²　劉永勝¹　孫大偉³
（1.華能沁北發(fā)電有限責(zé)任公司；2.神華國(guó)網(wǎng)能源電力檢修工程有限公司；3.西安熱工研究院有限公司）

　　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(guó)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（1490r/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(zhǎng)期處于高壓頭工作環(huán)境，目前國(guó)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(wèn)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2×1000MW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(lái)，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(guò)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2×1000MW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(guó)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(jiàn)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(guò)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(guò)濾器、冷卻器、電加熱器、儀表、管道和閥門(mén)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(shuō)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(guò)了4.6mm/s的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)Z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(wèn)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(wèn)題，由于其影響因素比較多，在實(shí)際解決問(wèn)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Z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(wèn)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(wèn)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(guò)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(shuō)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(wèn)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(guò)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(wèn)題。

　　3）通過(guò)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(méi)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(méi)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(shuō)明一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行中未發(fā)生失速問(wèn)題。

　　通過(guò)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(shuō)明通過(guò)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(wèn)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(jiàn)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(guò)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(guò)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(wèn)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(guò)與設(shè)備廠家的多次溝通，Z終確定了機(jī)殼的改進(jìn)方案（見(jiàn)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)Z優(yōu)，處于國(guó)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(wèn)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(wèn)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(wèn)題過(guò)程中，應(yīng)對(duì)振動(dòng)原因進(jìn)行逐一排查，Z終找到導(dǎo)致振動(dòng)的根源，方能徹底解決。
　　參考文獻(xiàn)：閃恒杰，張道瑞，李瑞華，等.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[J].風(fēng)機(jī)技術(shù)，2017，59(2):83-86.