劉浩

摘 要：某電廠660MW機(jī)組引風(fēng)機(jī)采用小汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)。在運(yùn)行過(guò)程中，多次出現(xiàn)引風(fēng)機(jī)軸承振動(dòng)變大故障，解體后發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子葉片均發(fā)生過(guò)不同程度的斷裂，通過(guò)對(duì)引風(fēng)機(jī)軸承振動(dòng)原因分析及葉片共振分析，提出運(yùn)行及維護(hù)注意事項(xiàng)，降低引風(fēng)機(jī)軸承振動(dòng)故障次數(shù)，探索解決汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)軸承振動(dòng)大的方法。

關(guān)鍵詞：汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)；故障診斷；振動(dòng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.184

0 前言

目前國(guó)內(nèi)部分大容量火電機(jī)組選擇汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)的方案，有許多優(yōu)點(diǎn)。提高了熱能的利用效率，可以減少引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流過(guò)大對(duì)廠用電的沖擊，降低廠用電率，提高了經(jīng)濟(jì)性。汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，保持靜葉恒定，通過(guò)調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制爐膛負(fù)壓，使風(fēng)機(jī)在不同負(fù)荷下保持高效率。但引風(fēng)機(jī)采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，容易產(chǎn)生軸承振動(dòng)大等故障，影響機(jī)組安全性。

1 故障概況

某電廠3號(hào)超超臨界660MW機(jī)組配有2臺(tái)HA46048-8Z型靜葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)，引風(fēng)機(jī)采用NG40/32型小汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，引風(fēng)機(jī)全壓為9.83Pa，轉(zhuǎn)速995r/min，傳動(dòng)比為7.7。2018年11月27日開(kāi)始，3B引風(fēng)機(jī)軸承內(nèi)外側(cè)X、Y方向振動(dòng)振幅逐漸增大，并有繼續(xù)上升的趨勢(shì)。為查找設(shè)備問(wèn)題，消除隱患，需要對(duì)故障進(jìn)行細(xì)致的分析。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量引風(fēng)機(jī)軸承振動(dòng)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)引風(fēng)機(jī)振動(dòng)振幅較正常數(shù)據(jù)明顯偏高，與在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一致。引風(fēng)機(jī)軸承振動(dòng)呈現(xiàn)的特征如下：

（1）振動(dòng)值與負(fù)荷-引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速存在相關(guān)性，負(fù)荷-引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，振動(dòng)偏高；

（2）負(fù)荷均為600MW左右時(shí)，引風(fēng)機(jī)軸承振動(dòng)值明顯有逐漸上升趨勢(shì)，就地引風(fēng)機(jī)有明顯異音；

（3）引風(fēng)機(jī)軸承溫度、引風(fēng)機(jī)小機(jī)軸承振動(dòng)及溫度、齒輪箱振動(dòng)及溫度均比較平穩(wěn)。

2 原因分析

2.1 引風(fēng)機(jī)葉片共振分析

由于汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)需要通過(guò)變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)風(fēng)量，轉(zhuǎn)速變化時(shí)葉片受到的激勵(lì)力可能會(huì)與引風(fēng)機(jī)葉片的某一階固有頻率接近或重合，導(dǎo)致葉片共振，振幅急劇增大使葉片產(chǎn)生裂紋甚至斷裂。在引風(fēng)機(jī)停運(yùn)期間，電廠組織專(zhuān)業(yè)人員測(cè)量了汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)葉片固有頻率，主要是對(duì)單個(gè)引風(fēng)機(jī)葉片進(jìn)行網(wǎng)格劃分，利用自振法，依次敲擊轉(zhuǎn)子葉片上測(cè)點(diǎn)，測(cè)量該點(diǎn)的振動(dòng)響應(yīng)，通過(guò)分析，獲得這一葉片軸向振動(dòng)模態(tài)的固有頻率及對(duì)應(yīng)的振型，引風(fēng)機(jī)前9階振動(dòng)固有頻率為117.5Hz、122.6Hz、135Hz、142.6Hz、247.5Hz、284.9Hz、297.5Hz、349.6Hz、401.3Hz。

根據(jù)機(jī)械振動(dòng)理論，當(dāng)機(jī)械系統(tǒng)的激勵(lì)力頻率和系統(tǒng)的某階固有頻率相接近時(shí)，系統(tǒng)的振幅將顯著增大，產(chǎn)生共振，系統(tǒng)會(huì)受到很大的交變應(yīng)力，容易使葉片產(chǎn)生裂縫甚至造成斷裂。

運(yùn)行時(shí)引風(fēng)機(jī)的激勵(lì)力頻率主要為1倍頻和19倍頻。引風(fēng)機(jī)1倍頻激勵(lì)力是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的離心力，與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速成正比（f=n/60），運(yùn)行時(shí)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速在565～835r/min，相應(yīng)的1倍頻在9.4Hz～13.9Hz，見(jiàn)表1。而引風(fēng)機(jī)葉片的最小固有頻率為117Hz，1倍頻和系統(tǒng)固有頻率相差很大，1倍頻不會(huì)與葉片產(chǎn)生共振。由于該引風(fēng)機(jī)上共有19片葉片，作用于葉片的氣體流場(chǎng)隨著時(shí)間和空間發(fā)生不均勻變化時(shí)而產(chǎn)生19倍頻激勵(lì)力。根據(jù)表1，對(duì)比引風(fēng)機(jī)19倍頻頻率和葉片固有頻率，在葉片第5階固有頻率下最有可能產(chǎn)生共振；當(dāng)其他原因?qū)е乱L(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)一步升高時(shí)，在葉片第6階固有頻率下也有可能產(chǎn)生共振。

葉片第5階共振時(shí)引風(fēng)機(jī)對(duì)應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)速為781.6r/min，共振時(shí)小汽機(jī)轉(zhuǎn)速為6018r/min；葉片第6階共振時(shí)引風(fēng)機(jī)對(duì)應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)速為899.7r/min，共振時(shí)小汽機(jī)轉(zhuǎn)速為6927r/min。由于引風(fēng)機(jī)葉片上粘上灰渣、葉片損壞、部件松動(dòng)、測(cè)量誤差等原因，其固有頻率可能會(huì)發(fā)生變化，若發(fā)生5%的幅度變化，則共振點(diǎn)在估計(jì)的范圍內(nèi)發(fā)生偏移，大概區(qū)間為5717r/min～6319r/min和6581r/min～7273r/min。這也符合現(xiàn)場(chǎng)引風(fēng)機(jī)軸承振動(dòng)值與引風(fēng)機(jī)小機(jī)轉(zhuǎn)速間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

2.2 引風(fēng)機(jī)出口壓力變化

根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，引風(fēng)機(jī)煙道阻力上升會(huì)導(dǎo)致相同負(fù)荷下引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速大幅上升，可能接近葉片第6階固有頻率對(duì)應(yīng)的共振轉(zhuǎn)速區(qū)間。引起煙道阻力變化的主要原因?yàn)榭疹A(yù)器積灰、低溫省煤器積灰以及機(jī)組超低排放改造后脫硫吸收塔差壓增大?？梢岳脵C(jī)組檢修期間進(jìn)行技術(shù)改造，提高煙道受熱面吹灰效果，防止煙道阻力上升。

3 運(yùn)行方式優(yōu)化

在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，應(yīng)注意控制引風(fēng)機(jī)小機(jī)轉(zhuǎn)速避開(kāi)共振轉(zhuǎn)速；在控制方面應(yīng)探索引風(fēng)機(jī)小機(jī)調(diào)速邏輯，既能滿(mǎn)足爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)，同時(shí)也調(diào)速過(guò)程更加平穩(wěn)，防止引風(fēng)機(jī)葉片收到強(qiáng)烈的交變應(yīng)力作用。正常運(yùn)行時(shí)，控制引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的主要方法有：

（1）在機(jī)組高負(fù)荷時(shí)，應(yīng)選擇高發(fā)熱量煤種，停止燃煤摻燒；

（2）加強(qiáng)對(duì)煙道及低溫省煤器吹灰，加強(qiáng)對(duì)煙道阻力的監(jiān)視，防止阻力上升，導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高；

（3）選擇合理的吹灰時(shí)機(jī)，高負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速時(shí)避免吹灰；

（4）引風(fēng)機(jī)高轉(zhuǎn)速振動(dòng)大時(shí)，可以由鄰機(jī)供輔汽；

（5）保持合理的總風(fēng)量，降低引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

4 結(jié)論

針對(duì)汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)振動(dòng)進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，高負(fù)荷下，引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速高，接近葉片共振轉(zhuǎn)速，產(chǎn)生共振。長(zhǎng)期運(yùn)行，引風(fēng)機(jī)葉片及軸系在交變應(yīng)力作用下，可能發(fā)生部件松動(dòng)、葉片產(chǎn)生裂紋等故障，導(dǎo)致振動(dòng)更加明顯，威脅設(shè)備安全運(yùn)行。根據(jù)分析結(jié)果，運(yùn)行時(shí)注意調(diào)整，加強(qiáng)技術(shù)改造，控制煙道阻力，使引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速盡量避開(kāi)共振區(qū)間，確保機(jī)組安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]李毅杰，孫葉柱.汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)技術(shù)在1000MW級(jí)機(jī)組上的應(yīng)用[J].中國(guó)電力，2012，45（09）：17-21.