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雙級動葉調(diào)節(jié)軸流式一次風(fēng)機振動分析及處理

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)機作為重要的火電機組輔機設(shè)備，具有工作風(fēng)量小、風(fēng)壓高的特點。對于目前國內(nèi)600MW以上的機組而言，所配置的一次風(fēng)機絕大部分為高轉(zhuǎn)速（1490r/min）雙級動葉可調(diào)軸流風(fēng)機。

　　由于雙級動調(diào)軸流風(fēng)機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時一次風(fēng)機系統(tǒng)長期處于高壓頭工作環(huán)境，目前國內(nèi)火電機組動調(diào)軸流一次風(fēng)機的振動及噪聲超標(biāo)問題比較突出，嚴(yán)重的影響了機組的穩(wěn)定運行。

　　某電廠三期2×1000MW機組配套一次風(fēng)機采用GU23836-22型動葉可調(diào)雙級軸流風(fēng)機。自投產(chǎn)以來，該風(fēng)機振動情況不理想，因振動大導(dǎo)致設(shè)備故障頻發(fā)，對機組的安全穩(wěn)定運行造成不利影響。

　　檢修人員通過對5號機組B一次風(fēng)機振動原因進行層層剖析，利用排除法查找到了導(dǎo)致振動異常的根本原因，制定了改造方案，進行了現(xiàn)場實施，取得良好效果。經(jīng)改造后的風(fēng)機運行穩(wěn)定，振動處于正常水平，為機組的安全穩(wěn)定運行奠定了良好的基礎(chǔ)。

　　1　機組設(shè)備概述
　　1.1機組設(shè)備參數(shù)

　　某電廠三期為2×1000MW超超臨界機組。三期5號、6號機組配套鍋爐為某鍋爐廠制造的超超臨界本生滑壓運行直流鍋爐，每臺鍋爐配備兩臺雙級動葉可調(diào)軸流一次風(fēng)機。5號、6號機組投產(chǎn)時配套設(shè)計安裝的GU23836-22型一次風(fēng)機，為采用德國KK&K技術(shù)的雙級動葉可調(diào)軸流風(fēng)機（參數(shù)見表1）。

　　1.2一次風(fēng)機結(jié)構(gòu)

　　GU23836-22型軸流一次風(fēng)機采用雙級葉片配置，利用液壓油系統(tǒng)通過液壓缸對兩級工作葉片進行同步調(diào)節(jié)，改變風(fēng)機出力。與離心風(fēng)機和靜葉調(diào)節(jié)軸流風(fēng)機相比，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。

　　風(fēng)機主要由定子部件、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；定子部件包括進氣箱、帶整流罩和后導(dǎo)葉的風(fēng)機殼、擴壓器、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)機振動故障情況說明
　　將5號機組B一次風(fēng)機機殼及轉(zhuǎn)子進行了返廠檢修，一次風(fēng)機返回現(xiàn)場回裝完成后，對其進行試運行時，發(fā)現(xiàn)一次風(fēng)機振動值明顯偏高，其中X向（水平）振動4.4mm/s，Y向（垂直）振動5.7mm/s，垂直振動值已經(jīng)超過了4.6mm/s的國家標(biāo)準(zhǔn)Z大值。

　　隨后，先后對5號機組B一次風(fēng)機進行了本體解體檢查、動平衡試驗以及主軸承箱解體檢查，發(fā)現(xiàn)一些問題：1）風(fēng)機轉(zhuǎn)子存在動不平衡；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)部伺服端軸承滾動體及軸承內(nèi)圈存在明顯劃痕以及多個微小凹痕，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。

　　在對上述缺陷進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號機組B一次風(fēng)機X向振動降低到2.8mm/s，Y向振動降低到3.9mm/s，振動值降低至標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，但仍偏高。

　　3　振動原因排除分析
　　對于風(fēng)機振動問題，由于其影響因素比較多，在實際解決問題時，多采用排除法，依據(jù)影響振動的因素進行分類排除，直至找到Z終原因。目前影響風(fēng)機振動的主要因素有如下幾個。

　　1）由于風(fēng)機本身設(shè)備問題，造成風(fēng)機高速旋轉(zhuǎn)時局部部件振動或產(chǎn)生不穩(wěn)定的偏心力破壞風(fēng)機動平衡。

　　2）風(fēng)機氣動性能與系統(tǒng)不匹配，風(fēng)機實際運行中發(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)機設(shè)備設(shè)計不合理，造成的風(fēng)機本身固有頻率與系統(tǒng)氣流脈動頻率產(chǎn)生共振，增加風(fēng)機設(shè)備的氣流沖擊產(chǎn)生額外受力。

　　1）如前節(jié)所述5號機組B一次風(fēng)機機殼及轉(zhuǎn)子已經(jīng)進行了返廠檢修，并在現(xiàn)場進行了本體及主軸承箱的解體檢修和動平衡試驗調(diào)整。經(jīng)過以上檢修工作后，一次風(fēng)機振動值有一定下降，但仍偏高，這說明對于5號機組B一次風(fēng)機而言，動不平衡和風(fēng)機軸承故障是導(dǎo)致風(fēng)機振動超標(biāo)的原因之一，但一次風(fēng)機振動還有其他問題有待解決。

　　2）5號機組B一次風(fēng)機檢修期間，為保證風(fēng)機基礎(chǔ)牢固，檢修中對風(fēng)機基礎(chǔ)二次灌漿進行破除，更換了基礎(chǔ)底板及下部墊鐵。風(fēng)機基礎(chǔ)的制作與安裝過程嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定進行施工與驗收。機組啟動后，測量風(fēng)機基礎(chǔ)振動小于10μm，基本可以排除基礎(chǔ)問題。

　　3）通過PI系統(tǒng)對風(fēng)機運行參數(shù)進行統(tǒng)計分析，5號機組運行中兩側(cè)一次風(fēng)機電流基本一致，電流與壓力沒有出現(xiàn)大幅度脈動情況，同時就地觀察風(fēng)機進、出口管道也沒有出現(xiàn)劇烈振動現(xiàn)象，且風(fēng)機失速報警裝置未動作，說明一次風(fēng)機運行中未發(fā)生失速問題。

　　通過對風(fēng)機進行全面的解體檢修及細(xì)致的動平衡工作，振動情況有所改善，能維持運行但仍未達到良好的振動水平，這說明通過常規(guī)的分析及處理，不能徹底解決該型風(fēng)機的振動問題，必須查找深層原因。

　　為了進一步深入分析振動原因，風(fēng)機運行期間使用實時頻譜分析儀對風(fēng)機進行了振動頻譜測試（見圖2），由圖2可以看出，風(fēng)機的振動除1倍頻分量外，22倍頻分量也較高。對22倍頻分量進行分析，22倍頻為該風(fēng)機的葉片通過頻率，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、氣流引起的葉片共振；管網(wǎng)特性曲線與風(fēng)機工作特性曲線不匹配等。

　　結(jié)合5號機組B一次風(fēng)機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)機振動值較高的原因為機殼結(jié)構(gòu)剛性不足，尤其是軸承箱支撐厚法蘭處剛性差，導(dǎo)致運行中轉(zhuǎn)子擾動，將振動傳遞至葉輪處，振動被放大引起葉片通過頻率分量較大。

　　借鑒本次5號機組B一次風(fēng)機振動故障的處理經(jīng)驗，使用實時頻譜分析儀對三期其余三臺一次風(fēng)機振動頻譜進行了采集，發(fā)現(xiàn)22倍頻振動分量較高是一個共性問題。由此，可確定該型風(fēng)機存在設(shè)計缺陷，其機殼結(jié)構(gòu)剛性不足是導(dǎo)致振動異常的根源。

　　4　處理方案及改善效果
　　4.1處理方案

　　對目前一次風(fēng)機的機殼進行改進，主要增加軸承箱支撐厚法蘭的剛性，同時對殼體其他部位進行適度加強，提高殼體整體的結(jié)構(gòu)剛性，同時改變機殼本身固有頻率。通過與設(shè)備廠家的多次溝通，Z終確定了機殼的改進方案（見圖3）。結(jié)合現(xiàn)場實際，將新型機殼配裝在6號機組B一次風(fēng)機。

　　4.2改善效果

　　6號機組B一次風(fēng)機機殼更換后，運行狀態(tài)穩(wěn)定。風(fēng)機在正常運行、啟動以及負(fù)荷調(diào)峰時，其振動值基本保持在1.0～1.5mm/s之間。與修前振動值（X向振動2.7、Y向振動4.0）相比，振動情況明顯改善，為三期同類型風(fēng)機Z優(yōu)，處于國內(nèi)同類風(fēng)機正常水平。

　　5　經(jīng)驗總結(jié)
　　1）雙級動調(diào)一次風(fēng)機由于其風(fēng)機本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，風(fēng)機局部設(shè)備的損壞會對風(fēng)機穩(wěn)定運行特別是振動產(chǎn)生很大的負(fù)面影響，建議做好風(fēng)機的日常維護工作，同時針對風(fēng)機異常情況及時進行相關(guān)檢修工作。

　　2）由于一次風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)壓較大，一次風(fēng)機在設(shè)計制作時，不僅應(yīng)注意風(fēng)機本體轉(zhuǎn)動部分（如葉片輪轂）的頻率共振問題，而且還要注意靜子部分（如機殼、支腿、進氣箱等）的剛性強度，避免在氣流脈動的作用下，產(chǎn)生額外的擾動，影響風(fēng)機振動。

　　3）一次風(fēng)機振動問題是影響火電機組穩(wěn)定運行的主要因素之一，雙級動葉可調(diào)軸流一次風(fēng)機由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可能會有多種因素共同作用，因此在實際解決問題過程中，應(yīng)對振動原因進行逐一排查，Z終找到導(dǎo)致振動的根源，方能徹底解決。
　　參考文獻：閃恒杰，張道瑞，李瑞華，等.雙級動葉調(diào)節(jié)軸流式一次風(fēng)機振動分析及處理[J].風(fēng)機技術(shù)，2017，59(2):83-86.