陳華民 侯百榮/成都電力機(jī)械廠

1 000MW機(jī)組動葉可調(diào)軸流引風(fēng)機(jī)振動分析及處理

陳華民 侯百榮/成都電力機(jī)械廠

0 引言

某電廠二期擴(kuò)建工程燃煤機(jī)組（2× 1 000MW）燃煤機(jī)組每臺鍋爐配置了兩臺動葉可調(diào)軸流引風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)型號為HU28050-22。其中一臺引風(fēng)機(jī)因葉片磨損嚴(yán)重而導(dǎo)致風(fēng)機(jī)振動偏大，于6月返回風(fēng)機(jī)制造廠家進(jìn)行檢修。在檢修中更換了磨損嚴(yán)重的葉片、已失效的主軸承和芯軸等部件，并在制造廠家進(jìn)行了轉(zhuǎn)子試運(yùn)轉(zhuǎn)，軸承振動和軸承溫升正常。在6月27日返回現(xiàn)場回裝后投入發(fā)電運(yùn)行：主機(jī)負(fù)荷1 000MW時(shí)，水平振動為1.40mm/s，垂直振動為2.0mm/s。但是于6月30日，風(fēng)機(jī)軸承振動開始逐步上升。

1 設(shè)備結(jié)構(gòu)介紹和主要參數(shù)

風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示，通過中間軸將電機(jī)輸出的機(jī)械能傳給I級葉輪轂，I級葉輪轂帶動I級葉片將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成壓力能，同時(shí)也將機(jī)械能傳遞給主軸，主軸將機(jī)械能傳給II級葉輪轂，II級葉輪轂帶動II葉片將剩余的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成壓力能[1]。

圖1 風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

風(fēng)機(jī)主要參數(shù)見表1。

表1 風(fēng)機(jī)參數(shù)表

2 事故過程和現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集

事故發(fā)生后，通過查詢DCS等資料，可知：風(fēng)機(jī)軸承振動于6月30日開始逐步上升，至7月6日水平振動上升至4.60mm/s，垂直振動上升至4.2mm/s，而且呈上升趨勢（見圖2）；但是風(fēng)機(jī)主軸承溫度并沒有明顯變化（見圖3）。

圖2 風(fēng)機(jī)主要參數(shù)趨勢圖

圖3 風(fēng)機(jī)軸承溫度趨勢曲線圖

7月6日，在風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中，風(fēng)機(jī)廠家在振動分析工程師用手持式振動儀在葉輪外殼上的測振點(diǎn)A和測振點(diǎn)B（見圖1）測得的數(shù)據(jù)見表2，測振點(diǎn)A和測振點(diǎn)B的頻譜圖分別見圖4和圖5，可知本次風(fēng)機(jī)振動主要為高頻振動。

3 計(jì)算頻率

為便于分析事故原因，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)頻率和滾動軸承的故障特征頻率的計(jì)算見表3[2-3]。

表2 機(jī)殼振動值表

圖5 測振點(diǎn)B的頻譜圖

表3 風(fēng)機(jī)主軸的回轉(zhuǎn)頻率和滾動軸承的故障特征頻率計(jì)算表

4 分析診斷

從振動診斷的角度來看，風(fēng)機(jī)具有以下特點(diǎn)：1）風(fēng)機(jī)是一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械因而有不平衡、不對中之類的故障；2）風(fēng)機(jī)是一種流體機(jī)械有失速、喘振存在的可能性；3）風(fēng)機(jī)受工作環(huán)境的影響，經(jīng)常造成葉片的磨損，輸入的介質(zhì)還可能粘附在轉(zhuǎn)子上形成隨機(jī)變化的不平衡?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，風(fēng)機(jī)的振動可分為7種類型，見表4[4-5]。

表4 風(fēng)機(jī)振動類型表

根據(jù)上述參數(shù)和振動分類，可用排除法進(jìn)行分析本次風(fēng)機(jī)振動偏大原因：

1）由于振幅大的頻率均為高頻，而基礎(chǔ)不牢的故障特性頻率為風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)頻率；同時(shí)考慮風(fēng)機(jī)檢修前振動均為正常，現(xiàn)場也重新預(yù)緊所有基礎(chǔ)螺栓，故可排除基礎(chǔ)不牢的原因。

2）風(fēng)機(jī)廠家重新核算了風(fēng)機(jī)的臨界轉(zhuǎn)速，確定風(fēng)機(jī)的I級臨界轉(zhuǎn)速是970r/min，所以排除風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近臨界轉(zhuǎn)速的可能[6]。

3）根據(jù)圖2可知，本風(fēng)機(jī)的軸承振動與葉片開度無關(guān)，故可排除風(fēng)機(jī)喘振原因[7]。

4）風(fēng)機(jī)大修時(shí)已重做動平衡，現(xiàn)場檢查風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子，也未發(fā)現(xiàn)磨損、積垢等影響轉(zhuǎn)子平衡問題，且本次振動與轉(zhuǎn)子不平衡的特征頻率為低頻的特點(diǎn)不符，故也可以排除是轉(zhuǎn)子不平衡的原因[8]。

5）事故發(fā)生后，第一時(shí)間核實(shí)了轉(zhuǎn)子對中問題，均滿足風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家的設(shè)計(jì)要求，且根據(jù)圖4和圖5可知，本次振動均為高頻振動，與不對中的特征頻率一般為旋轉(zhuǎn)頻率的2倍或3倍的特點(diǎn)相違背，即排除不對中的可能[9]。

6）事故發(fā)生后，風(fēng)機(jī)制造廠家已在現(xiàn)場重新預(yù)緊所有連接部件，但是風(fēng)機(jī)振動仍然超標(biāo)，故也可以排除部件松動原因。

7）將風(fēng)機(jī)振動頻率與軸承特征頻率比較，發(fā)現(xiàn)測振點(diǎn)A和B的幾個(gè)振幅高峰值所對應(yīng)的頻率與軸承內(nèi)圈故障頻率或軸承外圈故障頻率成比列關(guān)系：fA1≈17fo，fA2≈18fo，fA4≈12fi≈16fo，fB2≈12fi≈16fo，fB4≈19fo；同時(shí)振動的振幅在水平、垂直和軸向都較大，與軸承損壞的振動特征較符合[10]。故可初步判斷軸承失效，且軸承內(nèi)圈或外圈失效點(diǎn)較多。

5 軸承失效的分析及研究

根據(jù)以上的分析診斷，決定停機(jī)解體主軸承裝配，檢查主軸承。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子于7月10日返回風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)2套滾子軸承內(nèi)圈滾道和部分滾子有平行于軸向的褐色凹槽（見圖6和圖7）。對比ISO15243-2004或GB/T24611-2009標(biāo)準(zhǔn)中軸承因電流泄漏形成的波紋凹槽現(xiàn)象（見圖8），可確定造成該2套軸承失效的原因?yàn)檩S承通過持續(xù)電流[11]。由于風(fēng)機(jī)本體及配套設(shè)備能產(chǎn)生電流的有主電機(jī)、冷卻風(fēng)機(jī)用低壓電機(jī)、油站用低壓電機(jī)、電動執(zhí)行器及風(fēng)機(jī)儀表箱，故逐一檢查以上設(shè)備漏電的可能，確認(rèn)主電機(jī)產(chǎn)生了不正常的軸電流，最大約10V。故本次事故為主電機(jī)漏電，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)主軸承通過持續(xù)電流而失效所致。

圖6 滾子軸承內(nèi)圈滾道平行于軸向的褐色凹槽圖

圖7 滾子軸承滾子平行于軸向的褐色凹槽圖

圖8 ISO 15243-2004或GB/T24611-2009標(biāo)準(zhǔn)中軸承因電流泄漏形成波紋凹槽圖

6 總結(jié)

風(fēng)機(jī)軸承是風(fēng)機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備，軸承失效的最主要原因都是外在因素導(dǎo)致的[12-13]。設(shè)備運(yùn)行時(shí)，需防止有外在電流通過設(shè)備。在安裝設(shè)備時(shí)，如果需要使用電焊，需注意焊接接地等保護(hù)措施，防止損壞軸承[14]。在更換新的主軸承及處理了主電機(jī)漏電問題后，風(fēng)機(jī)至今一直良好運(yùn)行，風(fēng)機(jī)軸承振動趨勢曲線穩(wěn)定，現(xiàn)場無異常聲音，風(fēng)機(jī)軸承水平振動最大為1.20mm/s，垂直振動最大為0.9mm/s。

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[14]楊國安主編.旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷實(shí)用技術(shù)[M].北京：中國石化出版社，2012.

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對某1 000MW機(jī)組動葉可調(diào)軸流引風(fēng)機(jī)振動超標(biāo)問題進(jìn)行分析，確定造成振動超標(biāo)的根源是主軸承損壞，在更換主軸承后，問題得到了解決。

軸承；振動；分析

Vibration Analysis and Solution of Rotor Blade Adjustable Axial Induced Draft Fan for 1000MW Thermal Power

ChenHuamin,HouBairong/Chengdu Power Machinery Factory

bearing;vibration;analysis

TH452；TK05

A

1006-8155（2015）02-0091-04

10.16492/j.fjjs.2015.02.154

2014-12-10四川成都610045

Abstract:This paper analyzes the excessive vibration in a rotator blade adjustable axial induced draft fan for 1 000MW thermal power to make sure that the cause of vibration is the damage of main bearing，and the vibration problem is solved after exchanging the main bearing.