張精橋，張 研

(陜西國(guó)華錦界能源有限責(zé)任公司，陜西 榆林 719319)

1 概述

某電廠2臺(tái)660 MW機(jī)組空冷島的風(fēng)機(jī)安裝在45 m空冷島鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)上，空冷島按2個(gè)機(jī)組設(shè)置，形成2個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元。每臺(tái)機(jī)組設(shè)置空冷風(fēng)機(jī)56臺(tái)。空冷島鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)布置在傘狀支撐的45 m鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)上，平臺(tái)上設(shè)置風(fēng)機(jī)橋架，用來(lái)安裝大直徑風(fēng)機(jī)，在風(fēng)機(jī)葉片周邊安裝導(dǎo)流風(fēng)筒。風(fēng)筒固定在八角環(huán)梁上，葉片下防護(hù)網(wǎng)用螺栓固定在風(fēng)筒底部。

機(jī)組運(yùn)行以來(lái)，運(yùn)行巡檢及設(shè)備點(diǎn)檢人員發(fā)現(xiàn)空冷風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中，不斷出現(xiàn)風(fēng)筒大刀片與八角梁連接螺栓斷裂和脫落現(xiàn)象，雖然經(jīng)過治理，但效果不太明顯，對(duì)機(jī)組安全及人員巡檢產(chǎn)生較大隱患。

為診斷故障原因以及制定可行技術(shù)方案，需對(duì)風(fēng)機(jī)設(shè)備、平臺(tái)機(jī)架等進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、振動(dòng)測(cè)試和振動(dòng)分析工作。

2 風(fēng)機(jī)振動(dòng)測(cè)試試驗(yàn)

2.1 測(cè)試目的

a.檢測(cè)振動(dòng)是否超標(biāo)；

b.檢查是否有共振現(xiàn)象；

c.找到風(fēng)筒振動(dòng)最大關(guān)聯(lián)性因素；

d.通過計(jì)算得到脫落螺栓連接面處的最大剪力及剪力幅。

2.2 測(cè)試單元選取

根據(jù)該電廠2臺(tái)660 MW工程空冷島風(fēng)筒大刀板及護(hù)網(wǎng)螺絲斷裂、松動(dòng)情況表，結(jié)合2次螺栓斷裂松動(dòng)調(diào)查情況及之前做過的空冷島鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)振動(dòng)測(cè)試結(jié)果，在1號(hào)機(jī)組和2號(hào)機(jī)組中共選擇16個(gè)冷卻單元作為測(cè)試對(duì)象，分別為1號(hào)機(jī)組1-1、1-5、1-7、2-2、3-3、4-4、4-5、5-3、6-3、7-2、7-4、8-6；2號(hào)機(jī)組1-1、2-2、3-3、4-3。測(cè)試風(fēng)筒單元分布示意見圖1。

圖1 測(cè)試風(fēng)筒單元分布示意

2.3 測(cè)試儀器

測(cè)試儀器有:

a.奧地利DEWETRON公司的40通道動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)；

b.美國(guó)DYTRAN和瑞士KISTLER高精度振動(dòng)加速度傳感器40只；

c.北京東方振動(dòng)和噪聲技術(shù)研究所INV306S2型16通道動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)；

d.哈爾濱地震局工程力學(xué)研究所941-B型超低頻位移、速度、加速度傳感器16只。

2.4 測(cè)試方案

測(cè)試風(fēng)機(jī)工作時(shí)各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)參數(shù)，測(cè)試包含x、y、z3個(gè)方向的振動(dòng)速度。

測(cè)試情況包括以下工作狀況:首先對(duì)風(fēng)筒單元測(cè)量其風(fēng)筒在風(fēng)機(jī)單獨(dú)運(yùn)行狀態(tài)下各個(gè)運(yùn)行頻率時(shí)的振動(dòng)情況，即分別為15 Hz、25 Hz、35 Hz、40 Hz、45 Hz、50 Hz、55 Hz運(yùn)行頻率時(shí)的振動(dòng)情況；然后對(duì)該風(fēng)筒單元，測(cè)量當(dāng)其所在機(jī)組所有風(fēng)機(jī)一起運(yùn)行的情況下，該單元風(fēng)筒在各個(gè)運(yùn)行頻率時(shí)的振動(dòng)情況，具體頻率同上。

2.5 測(cè)試結(jié)果

通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試并記錄各測(cè)試風(fēng)筒在不同頻率下的速度時(shí)程曲線數(shù)據(jù)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)動(dòng)力測(cè)試分析軟件進(jìn)行動(dòng)力特性分析，整理出不同頻率下各測(cè)點(diǎn)的速度峰值及部分典型頻率的速度響應(yīng)情況，見表1。

表1 各測(cè)試風(fēng)筒單元測(cè)點(diǎn)速度響應(yīng)計(jì)算表

1號(hào)機(jī)組1-1風(fēng)筒單元A測(cè)點(diǎn)在50 Hz時(shí)的速度峰值及典型頻率的速度響應(yīng)示意，見圖2。

圖2 典型頻率下速度響應(yīng)示意

2.6 初步分析

經(jīng)過測(cè)試與計(jì)算，風(fēng)筒單元測(cè)點(diǎn)最大剪力幅、最大剪力見表2。

表2 測(cè)試風(fēng)筒單元測(cè)點(diǎn)最大剪力幅剪力計(jì)算表

依據(jù)相關(guān)規(guī)范計(jì)算可得，10.9級(jí)M16高強(qiáng)螺栓的最大容許剪力幅為21.5 k N，最大容許剪力為36 k N，從表2中所得數(shù)據(jù)可以看出，各風(fēng)筒連接螺栓的最大剪力幅和最大剪力都未超過最大容許值，因此，該工程所選用10.9級(jí)M16高強(qiáng)螺栓是合理的。

2.7 振動(dòng)相關(guān)性分析

研究八角梁和風(fēng)筒的振動(dòng)與設(shè)備振動(dòng)的關(guān)系[1]，主要包括2個(gè)方面:八角梁和風(fēng)筒的振動(dòng)中是否含有設(shè)備振動(dòng)頻率；風(fēng)筒振動(dòng)的最大相關(guān)性因素。因此，當(dāng)控制頻率為15 Hz，八角梁和風(fēng)筒的西北方向振動(dòng)中出現(xiàn)了較明顯的風(fēng)機(jī)通過頻率2.35 Hz及其倍頻4.7 Hz。當(dāng)控制頻率增加至45 Hz以上時(shí)，風(fēng)機(jī)通過頻率對(duì)風(fēng)筒的振動(dòng)影響顯著。

2.8 振動(dòng)分析結(jié)論

通過分析可知，隨著電機(jī)控制頻率的增加，風(fēng)機(jī)對(duì)八角梁和風(fēng)筒振動(dòng)的影響越大。

風(fēng)機(jī)本身振動(dòng)及風(fēng)機(jī)工作時(shí)氣流流場(chǎng)[2]不均勻性是引起風(fēng)筒振動(dòng)的主要原因。風(fēng)筒本身固定點(diǎn)數(shù)少，系統(tǒng)剛度小疊加了主因的擴(kuò)大，風(fēng)筒流場(chǎng)不均勻主要由葉片規(guī)律旋轉(zhuǎn)造成[3]。

3 振動(dòng)的治理措施

a.更換大刀板支座連接螺栓。將原M16螺栓改為M20螺栓。為保證高強(qiáng)螺栓的預(yù)緊力，應(yīng)采用扭剪型10.9級(jí)高強(qiáng)螺栓。采用特制的螺栓，螺栓與鋼板的接觸面變?yōu)楣饷妗?/p>

b.在大刀板下部位置新增支撐桿。在45°方向的大刀板下部位置新增支撐桿(包括撐桿和梁A)。其中，梁A連接在空冷島平臺(tái)梁的腹板加勁肋上，連接均采用M20的10.9級(jí)扭剪型高強(qiáng)螺栓。

4 風(fēng)筒單元建模試驗(yàn)分析

通過風(fēng)機(jī)單元建模試驗(yàn)，模擬風(fēng)機(jī)氣流動(dòng)力特性對(duì)風(fēng)筒和護(hù)網(wǎng)骨架剛度的影響，對(duì)比加固前后建模模型，加固后的效果改善明顯，達(dá)到預(yù)期效果。見圖3。

圖3 風(fēng)筒單元加固前后模型變形

5 結(jié)論

a.某電廠空冷島風(fēng)機(jī)振動(dòng)大主要由風(fēng)機(jī)本身振動(dòng)及風(fēng)機(jī)工作時(shí)氣流流場(chǎng)不均勻性是引起風(fēng)筒振動(dòng)所致，現(xiàn)場(chǎng)主要通過更換大刀板支座連接螺栓、在大刀板下部位置新增支撐桿等技術(shù)措施實(shí)施后，成功消除了風(fēng)機(jī)振動(dòng)故障。

b.通過風(fēng)機(jī)單元建模試驗(yàn)，振動(dòng)測(cè)試，數(shù)據(jù)集成分析，技術(shù)措施落實(shí)，效果評(píng)價(jià)與改進(jìn)，理論與實(shí)踐相結(jié)合，形成了一套完整的科學(xué)試驗(yàn)解決問題的方法，對(duì)同類機(jī)組設(shè)備振動(dòng)大研究與解決有很高的參考和指導(dǎo)價(jià)值。