趙衛(wèi)正， 陳 杰， 周仁米， 顧偉飛， 華 敏

(浙江浙能技術(shù)研究院有限公司， 杭州 310003)

一次風(fēng)機(jī)作為火電廠鍋爐系統(tǒng)中重要設(shè)備，主要功能是將干燥的煤粉送入鍋爐爐膛，使鍋爐安全、穩(wěn)定燃燒。近年來，動葉可調(diào)雙級葉輪軸流式結(jié)構(gòu)的一次風(fēng)機(jī)在大型火電機(jī)組得到廣泛應(yīng)用。動葉可調(diào)雙級軸流式一次風(fēng)機(jī)通過液壓裝置來調(diào)整葉輪動葉的安裝角，實(shí)現(xiàn)對風(fēng)壓和風(fēng)量的調(diào)整，具有效率高、調(diào)節(jié)靈活等特點(diǎn)。一次風(fēng)機(jī)在長期運(yùn)行中，風(fēng)機(jī)中輸送的煤粉會對兩級葉輪葉片產(chǎn)生磨損和堆積，引起轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡，造成振動超標(biāo)[1-3]。

由于動葉可調(diào)雙級軸流式一次風(fēng)機(jī)采用前后兩級葉輪，兩級葉輪都會因磨損造成質(zhì)量不平衡。對于雙級葉輪都存在質(zhì)量不平衡的一次風(fēng)機(jī)，大多數(shù)情況下通過單級葉輪加重可同時減小各測點(diǎn)振動，但也會碰到單級葉輪加重?zé)o法同時減小各測點(diǎn)振動，在降低某一側(cè)振動的同時將另一側(cè)的振動增大，這時需要考慮兩級葉輪同時加重處理。

筆者分析了某電廠動葉雙級軸流式一次風(fēng)機(jī)異常振動故障原因，嘗試對一級和二級葉輪分別進(jìn)行單平面動平衡處理，分析單平面加重?zé)o法降低振動的原因，提出兩平面同時動平衡處理方案。

1 兩平面動平衡原理

某轉(zhuǎn)子由軸承A和軸承B兩端支撐，軸承A和軸承B各裝有振動測點(diǎn)。轉(zhuǎn)子上有兩個加重平面，分別為Ⅰ-Ⅰ平面和Ⅱ-Ⅱ平面，兩平面動平衡示意圖見圖1。

圖1 雙面動平衡示意圖

將轉(zhuǎn)子升速至工作轉(zhuǎn)速，測得轉(zhuǎn)子兩端軸承A和軸承B的振動分別為A0和B0。在Ⅰ-Ⅰ平面試加重質(zhì)量為P1，將轉(zhuǎn)速升至工作轉(zhuǎn)速，測得軸承A和軸承B的振動分別為A1和B1。計(jì)算P1對軸承A和軸承B的影響系數(shù)k1A、k1B分別為：

(1)

(2)

取下加重P1，在Ⅱ-Ⅱ平面試加重質(zhì)量為P2，測得工作轉(zhuǎn)速下軸承A和軸承B的振動分別為A2和B2。計(jì)算試加重P2對軸承A和軸承B的影響系數(shù)k2A、k2B分別為：

(3)

(4)

假設(shè)在Ⅰ-Ⅰ平面和Ⅱ-Ⅱ平面分別加重質(zhì)量為Q1和Q2，根據(jù)影響系數(shù)和振動變化的對應(yīng)關(guān)系，Q1和Q2對軸承A的振動變化量為Q1×k1A+Q2×k2A，加重后振動變化量與原始振動A0相反，可得：

Q1×k1A+Q2×k2A+A0=0

(5)

同理，可得：

Q1×k1B+Q2×k2B+B0=0

(6)

聯(lián)立式(5)和式(6)，可求得Q1和Q2[4-6]。

2 振動測試與分析

2.1 風(fēng)機(jī)軸系布置

某火電廠600 MW機(jī)組鍋爐系統(tǒng)的一次風(fēng)機(jī)采用動葉可調(diào)雙級軸流式結(jié)構(gòu)，風(fēng)機(jī)由一臺電動機(jī)驅(qū)動，工作轉(zhuǎn)速為1 498 r/min，電動機(jī)轉(zhuǎn)子和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子通過撓性聯(lián)軸器相連，其軸系結(jié)構(gòu)見圖2。整個軸系由四個滾動軸承支撐，其中風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子由1號和2號軸承支撐，兩個軸承布置在同一軸承箱內(nèi)。風(fēng)機(jī)軸承箱位于風(fēng)機(jī)一級和二級葉輪之間，通過支撐筋與風(fēng)機(jī)外殼相連。

圖2 一次風(fēng)機(jī)軸系示意圖

2.2 振動測點(diǎn)布置

該一次風(fēng)機(jī)驅(qū)動電動機(jī)兩側(cè)軸承振動均較小，主要是風(fēng)機(jī)側(cè)1號和2號軸承振動偏大。1號和2號軸承位于同一軸承箱內(nèi)，在水平和垂直方向分別安裝了速度傳感器用于測量軸承振動；鍵相探頭安裝在水平方向，用于測量轉(zhuǎn)速和振動相位。1號和2號軸承振動測點(diǎn)布置分別見圖3和圖4。

圖3 1號軸承振動測點(diǎn)布置

圖4 2號軸承振動測點(diǎn)布置

2.3 振動測試

據(jù)電廠運(yùn)行人員反映，該一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行中電動機(jī)側(cè)振動較小，而風(fēng)機(jī)側(cè)振動偏大。在檢查性大修中進(jìn)行解體，大修結(jié)束后風(fēng)機(jī)側(cè)振動仍然偏高，接近報警值，威脅到設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

一次風(fēng)機(jī)啟動到工作轉(zhuǎn)速1 498 r/min時，將速度傳感器測得的速度信號轉(zhuǎn)換成位移信號，記錄啟動后各工況下風(fēng)機(jī)側(cè)軸承振動數(shù)據(jù)(見表1，數(shù)據(jù)表示：通頻值/一倍頻振幅∠相位)。

表1 一次風(fēng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速下原始振動數(shù)據(jù) μm/μm∠(°)

從表1數(shù)據(jù)可以看出：除了2號軸承水平方向振動不大，其余三個測點(diǎn)振動均嚴(yán)重超標(biāo)。

2.4 振動分析

根據(jù)所測量的振動數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)該一次風(fēng)機(jī)振動有以下幾點(diǎn)特征：

(1) 各測點(diǎn)振動均以一倍頻為主，沒有明顯的高頻和低頻分量。

(2) 對比剛定速時和定速后30 min的數(shù)據(jù)，一倍頻振動幅值和相位變化較小，振動基本維持穩(wěn)定。

(3) 1號軸承和2號軸承振動相位差接近反向。從定速后30 min振動數(shù)據(jù)看：1號和2號軸承垂直方向相位分別為80°和288°，振動相位相差208°，接近反向；1號和2號軸承水平方向振動分別為1°和31°，但這兩個探頭安裝方向相差180°，因此水平方向振動探頭實(shí)際相位差為210°，同樣接近反向。

(4) 該風(fēng)機(jī)大修前振動就一直超標(biāo)，運(yùn)行工況變化時振動一直偏大；測試前電廠人員對電動機(jī)和風(fēng)機(jī)側(cè)的地腳螺栓進(jìn)行了緊固，可排除地腳螺栓松動引起的振動超標(biāo)。

以上振動特征說明一次風(fēng)機(jī)振動超標(biāo)的原因是質(zhì)量不平衡。根據(jù)雙級軸流式風(fēng)機(jī)動平衡經(jīng)驗(yàn)，通常情況下某一級葉輪質(zhì)量不平衡會造成靠近該級葉輪的軸承振動超標(biāo)，而此風(fēng)機(jī)1號軸承和2號軸承垂直方向振動同時超標(biāo)，初步分析風(fēng)機(jī)兩級葉輪可能同時存在不平衡。根據(jù)上述分析，決定通過現(xiàn)場動平衡消除風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的不平衡質(zhì)量，減小軸系的激振力，達(dá)到降低振動的目的。

3 兩平面動平衡

3.1 試加重方案

根據(jù)動平衡處理經(jīng)驗(yàn)，將工作轉(zhuǎn)速下的風(fēng)機(jī)視為剛性轉(zhuǎn)子。1號軸承水平和垂直方向振動均偏大，以1號軸承垂直方向振動為主要平衡目標(biāo)，兼顧水平方向振動。先在風(fēng)機(jī)一級葉輪處試加重質(zhì)量為100 g、角度為0°(0.1 kg∠0°)。試加重后工作轉(zhuǎn)速下風(fēng)機(jī)振動見表2。

表2 風(fēng)機(jī)一級葉輪加重后振動數(shù)據(jù) μm/μm∠(°)

一級葉輪處試加重后，1號和2號軸承水平方向振動幅值增大，垂直方向振動幅值變化較小。根據(jù)1號軸承振動變化情況，計(jì)算一級葉輪加重0.1 kg∠0°對1號軸承水平方向和垂直方向振動的影響分別為187 μm∠330°、59 μm∠356°。同理可得：一級葉輪加重0.1 kg∠0°對2號軸承水平方向和垂直方向振動的影響分別為150 μm∠142°、43 μm∠21°。去除一級葉輪加重，在二級葉輪上進(jìn)行試加重。二級葉輪加重0.1 kg∠0°對1號軸承水平方向和垂直方向振動的影響系數(shù)分別為317 μm∠300°、42 μm∠299°；二級葉輪加重0.1 kg∠0°對2號軸承水平方向和垂直方向振動的影響分別為440 μm∠120°、197 μm∠351°。

3.2 單平面動平衡不可行分析

根據(jù)表1的原始振動數(shù)據(jù)，結(jié)合加重影響系數(shù)，分析一級葉輪或二級葉輪單平面動平衡對降低振動的可行性。加重前1號軸承和2號軸承振動垂直方向相位分別為80°和288°，接近相反，而一級葉輪加重對1號和2號軸承垂直方向振動影響系數(shù)相位分別為356°和21°，接近同向。說明一級葉輪單平面加重在降低其中一個測點(diǎn)振動的同時，必然會使另一個測點(diǎn)振動增大，因此在一級葉輪上單平面加重不可能同時降低1號和2號軸承垂直方向振動。同理，可知在二級葉輪單平面加重不可能同時降低1號和2號軸承振動。

在單平面加重?zé)o法降低振動的情況下，必須采用在一級葉輪和二級葉輪上同時加重的兩平面加重法。

3.3 兩平面動平衡

上述兩組影響系數(shù)中加重對水平方向影響明顯比垂直方向大，以降低水平方向振動為主，兼顧垂直方向振動。根據(jù)兩平面加重影響系數(shù)和求解式(5)、式(6)，計(jì)算得出一級和二級葉輪加重方案，其中在一級葉輪上加重質(zhì)量為560 g、角度為240°，二級葉輪上加重質(zhì)量為250 g、角度為100°，加重后振動明顯降低(見表3)。

表3 風(fēng)機(jī)兩級葉輪同時加重后振動數(shù)據(jù) μm/μm∠(°)

4 結(jié)語

目前大型火電機(jī)組多采用動葉可調(diào)雙級軸流式一次風(fēng)機(jī)，在長期運(yùn)行過程中風(fēng)機(jī)兩級動葉受到磨損造成質(zhì)量不平衡，從而引起振動超標(biāo)。雙級葉輪質(zhì)量不平衡通過單平面加重?zé)o法將振動降低到滿意的程度，則需要進(jìn)行兩平面加重。兩平面加重過程較單平面加重繁瑣，但能徹底消除轉(zhuǎn)子上的力不平衡和力偶不平衡，將振動降低到優(yōu)良范圍內(nèi)。