王鳳良，付冬明，徐志銘，張殿武

(黑龍江省電力科學(xué)研究院，黑龍江哈爾濱 150030)

300 MW機(jī)組一次風(fēng)機(jī)異常振動(dòng)分析及處理

王鳳良，付冬明，徐志銘，張殿武

(黑龍江省電力科學(xué)研究院，黑龍江哈爾濱 150030)

針對(duì)某電廠300 MW機(jī)組一次風(fēng)機(jī)出現(xiàn)異常振動(dòng)的現(xiàn)象，闡述了一次風(fēng)機(jī)振動(dòng)大的故障診斷及現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡試驗(yàn)過(guò)程，并通過(guò)對(duì)一次風(fēng)機(jī)機(jī)械側(cè)加重達(dá)到了降低一次風(fēng)機(jī)電機(jī)側(cè)振動(dòng)的目的。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡后，該一次風(fēng)機(jī)整個(gè)軸系的振動(dòng)符合廠家規(guī)定要求，從而保證了該300 MW機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

異常振動(dòng);故障診斷;外伸端不平衡

0 引言

某電廠300 MW汽輪發(fā)電機(jī)組一次風(fēng)機(jī)為沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)通風(fēng)設(shè)備有限責(zé)任公司生產(chǎn)的SFG20.5F—C5A型離心式風(fēng)機(jī)，2010年1月，該電廠運(yùn)行人員在對(duì)鍋爐設(shè)備巡檢的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)該一次風(fēng)機(jī)電機(jī)側(cè)1號(hào)、2號(hào)軸承及電機(jī)本體水平振動(dòng)均較大，而風(fēng)機(jī)側(cè)3號(hào)、4號(hào)軸承的水平振動(dòng)較小，這一振動(dòng)現(xiàn)象與常規(guī)的風(fēng)機(jī)振動(dòng)現(xiàn)象相反。因此，為了消除一次風(fēng)機(jī)振動(dòng)過(guò)大對(duì)該汽輪發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響，分析了該一次風(fēng)機(jī)異常振動(dòng)的原因，并采取有效措施降低了一次風(fēng)機(jī)電機(jī)側(cè)振動(dòng)水平。

1 一次風(fēng)機(jī)振動(dòng)測(cè)試

該一次風(fēng)機(jī)主要由外殼、葉輪、單吸風(fēng)道、集流器、出入口擋板、軸、軸承箱組件、冷卻水系統(tǒng)組成，配備YKK560－4型電機(jī)，額定功率為1 400 kW，額定電壓為6 000 V，額定轉(zhuǎn)速為1 495 r/min，軸系布置如圖1所示。測(cè)試采集系統(tǒng)和分析軟件采用美國(guó)Bently公司生產(chǎn)的Bently208－DAIU振動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和ADRE FOR WINDOWS分析軟件，測(cè)得各測(cè)點(diǎn)原始的振動(dòng)數(shù)據(jù)如表1所示。從測(cè)試的數(shù)據(jù)來(lái)看，該一次風(fēng)機(jī)電機(jī)側(cè)2個(gè)支撐軸承及電機(jī)本體的水平振動(dòng)都處于超標(biāo)狀態(tài)(廠家要求水平振動(dòng)小于 80 μm，極限振動(dòng)值小于 100 μm)。

圖1 一次風(fēng)機(jī)軸系示意圖

表1 一次風(fēng)機(jī)各測(cè)點(diǎn)原始振動(dòng)數(shù)據(jù)*

2 一次風(fēng)機(jī)電機(jī)側(cè)振動(dòng)原因分析

2.1 振動(dòng)試驗(yàn)

從表1的各測(cè)點(diǎn)的原始振動(dòng)數(shù)據(jù)分析可知，一次風(fēng)機(jī)電機(jī)側(cè)振動(dòng)明顯，機(jī)械側(cè)振動(dòng)較小。通常導(dǎo)致電機(jī)側(cè)振動(dòng)較大的原因有［1］:電機(jī)轉(zhuǎn)子本身存在一定的質(zhì)量不平衡;電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子的同心度不好;電機(jī)支撐軸承有問(wèn)題;電機(jī)基礎(chǔ)連接剛度弱;電機(jī)與基礎(chǔ)之間存在共振。

為了找到能夠引起電機(jī)側(cè)振動(dòng)大的主要原因，進(jìn)行了如下試驗(yàn):

1)將聯(lián)接電機(jī)轉(zhuǎn)子與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的聯(lián)軸器解開(kāi)，對(duì)電機(jī)進(jìn)行單轉(zhuǎn)，檢測(cè)1號(hào)、2號(hào)軸承和電機(jī)本體的水平振動(dòng)，3個(gè)測(cè)點(diǎn)的水平振動(dòng)都在15 μm以下;聽(tīng)音檢查電機(jī)2個(gè)支撐軸承，沒(méi)有出現(xiàn)異常聲音。由此表明電機(jī)轉(zhuǎn)子自身平衡良好，不存在轉(zhuǎn)子與定子同心度不好的問(wèn)題，電機(jī)2個(gè)支撐軸承工作良好。

2)測(cè)量該一次風(fēng)機(jī)電機(jī)側(cè)的基礎(chǔ)固有頻率，測(cè)量結(jié)果為16 Hz，表明了該一次風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)固有頻率與該一次風(fēng)機(jī)額定工作頻率24.9 Hz有足夠的避開(kāi)率，可以進(jìn)一步排除共振所引起的異常振動(dòng)。

3)將電機(jī)轉(zhuǎn)子與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子連接完畢啟動(dòng)后，測(cè)量電機(jī)側(cè)各結(jié)合面的差別振動(dòng)。電機(jī)側(cè)臺(tái)板和基礎(chǔ)的最大差別振動(dòng)為12 μm，電機(jī)底部與臺(tái)板之間的最大差別振動(dòng)為10 μm，風(fēng)機(jī)機(jī)械側(cè)各結(jié)合面的差別振動(dòng)都在5 μm左右，表明該一次風(fēng)機(jī)電機(jī)側(cè)各結(jié)合面的差別振動(dòng)略大，說(shuō)明連接剛度略弱。

2.2 振動(dòng)原因分析

該一次風(fēng)機(jī)的振動(dòng)現(xiàn)象主要體現(xiàn)在1號(hào)、2號(hào)軸承和電機(jī)本體上，而且原始振動(dòng)表現(xiàn)為工頻振動(dòng)，電機(jī)側(cè)的3個(gè)測(cè)點(diǎn)在額定轉(zhuǎn)速下的頻譜圖如圖2、圖3、圖4所示。由于該一次風(fēng)機(jī)在多次啟動(dòng)中的振幅和相位重合度較好，說(shuō)明此振動(dòng)在確定的支撐剛度下由1個(gè)穩(wěn)定的激振力引起，因此可以初步判斷為普通強(qiáng)迫振動(dòng)，而普通強(qiáng)迫振動(dòng)振幅、激振力和系統(tǒng)剛度的關(guān)系式為［2］

式中:A為振幅;F為激振力;ω為角速度;ωn為固有頻率;ξ為阻尼比。

由式(1)、式(2)可知，減小普通強(qiáng)迫振動(dòng)的振幅主要應(yīng)減小激振力，增加系統(tǒng)的剛度。該一次風(fēng)機(jī)整個(gè)軸系的振動(dòng)由同一激振力引起，表現(xiàn)在電機(jī)側(cè)振動(dòng)大是因?yàn)殡姍C(jī)側(cè)與一次風(fēng)機(jī)機(jī)械側(cè)的支撐剛度存在較大的差距，即風(fēng)機(jī)機(jī)械側(cè)的剛度明顯大于電機(jī)側(cè)。從表1測(cè)點(diǎn)原始振動(dòng)數(shù)據(jù)可知，1號(hào)、2號(hào)軸承的水平振動(dòng)相位同相，而且數(shù)次啟動(dòng)相位穩(wěn)定，引起該一次風(fēng)機(jī)電機(jī)側(cè)振動(dòng)大于機(jī)械側(cè)的另1個(gè)原因是電機(jī)2個(gè)支撐的外伸端出現(xiàn)質(zhì)量不平衡。因此，減小一次風(fēng)機(jī)振動(dòng)應(yīng)減小系統(tǒng)的激振力。

3 一次風(fēng)機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡處理

經(jīng)過(guò)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，認(rèn)為造成一次風(fēng)機(jī)電機(jī)側(cè)振動(dòng)超標(biāo)的主要原因是整個(gè)軸系存在一定的不平衡量，該不平衡量在一次風(fēng)機(jī)正常工作過(guò)程中對(duì)整個(gè)軸系產(chǎn)生一定的激振力。因此，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行高速動(dòng)平衡試驗(yàn)，即解開(kāi)聯(lián)軸器后，讓電機(jī)單轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)1號(hào)、2號(hào)軸承及電機(jī)本體水平振動(dòng)符合規(guī)定;將兩轉(zhuǎn)子連接好后，發(fā)現(xiàn)1號(hào)、2號(hào)軸承及電機(jī)本體的水平振動(dòng)都處于超標(biāo)狀態(tài)，說(shuō)明該一次風(fēng)機(jī)電機(jī)兩支撐跨內(nèi)平衡良好，決定在電機(jī)轉(zhuǎn)子外伸端進(jìn)行加重試驗(yàn)，電機(jī)轉(zhuǎn)子與短接軸連接的對(duì)輪距離電機(jī)側(cè)較近，決定在其上加重，首次加重為753 g，啟動(dòng)后的各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 對(duì)輪加重753 g后的各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)值

根據(jù)表2的各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)數(shù)據(jù)，在連接對(duì)輪上加重753 g計(jì)算對(duì)1號(hào)、2號(hào)軸承的影響。通過(guò)計(jì)算得出，在此加重對(duì)各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)情況改善不明顯，而且影響系數(shù)重合性較差。

考慮到一次風(fēng)機(jī)機(jī)械側(cè)的剛度較大，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子是驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子的外伸端，因此，可以嘗試在一次風(fēng)機(jī)葉輪上加重，平衡掉不平衡的質(zhì)量使軸系的平衡得到改善，達(dá)到消除一次風(fēng)機(jī)電機(jī)側(cè)振動(dòng)大的目的。在一次風(fēng)機(jī)葉輪上試加重153 g后啟動(dòng)的振動(dòng)數(shù)據(jù)如表3所示。通過(guò)表3的各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)數(shù)據(jù)可知，在一次風(fēng)機(jī)葉輪上加重對(duì)電機(jī)側(cè)的水平振動(dòng)有所改善，同時(shí)對(duì)一次風(fēng)機(jī)機(jī)械側(cè)的振動(dòng)也有改善。經(jīng)過(guò)計(jì)算，決定在一次風(fēng)機(jī)葉輪上繼續(xù)加重，加重為183 g，再次啟動(dòng)的各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)數(shù)據(jù)如表4所示。由表4測(cè)點(diǎn)振動(dòng)數(shù)據(jù)可知，在一次風(fēng)機(jī)葉輪上繼續(xù)加重183 g后，該一次風(fēng)機(jī)整個(gè)軸系以及電機(jī)本體的振動(dòng)水平已經(jīng)符合廠家要求，保證了該300 MW機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

表3 一次風(fēng)機(jī)葉輪上加重153 g后的各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)值

表4 葉輪上繼續(xù)加重183 g各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)300 MW機(jī)組一次風(fēng)機(jī)電機(jī)振動(dòng)的測(cè)試與分析，得出該一次風(fēng)機(jī)異常振動(dòng)是由整個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)子的外伸端存在一定的不平衡量引起的激振力所致。由此找到了產(chǎn)生振動(dòng)的主因，解決的辦法是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)軸系進(jìn)行高速動(dòng)平衡試驗(yàn)，使該一次風(fēng)機(jī)各測(cè)點(diǎn)的水平振動(dòng)達(dá)到優(yōu)良水平，消除異常振動(dòng)，保障汽輪發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

［1］王運(yùn)民，肖漢才，趙世長(zhǎng)，等.石門(mén)電廠300 MW機(jī)組引風(fēng)機(jī)振動(dòng)分析［J］.熱能動(dòng)力工程，2003，18(3):285 －288.

［2］寇勝利.汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)及現(xiàn)場(chǎng)平衡［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2007.

Analysis and treatment of abnormal vibration for 300 MW unit＇s primary air fan

WANG Fengliang，F(xiàn)U Dongming，XU Zhiming，ZHANG Dianwu
(Heilongjiang Electric Power Research Institute，Harbin 150030，China)

Aiming at the abnormal vibration in 300 MW unit＇s primary air fan，this paper expounds its fault diagnosis and on－site dynamic balance test and reduces vibration by aggravating the primary air fan side.Through the on－ site dynamic balance test，the shafting vibration of this primary air fan meets the requirement of manufacturer，which guarantees the safe and stable running of 300 MW unit.

abnormal vibration;fault diagnosis;unbalanced extended end

TK223.26

A

1002－1663(2012)02－0155－03

2011－07－26

王鳳良(1980－)，男，2009年畢業(yè)于哈爾濱工程大學(xué)機(jī)械電子工程專(zhuān)業(yè)，工程師，研究方向?yàn)樾D(zhuǎn)機(jī)械故障診斷及處理。

(責(zé)任編輯 侯世春)