危威

大型火電廠風(fēng)機(jī)質(zhì)量不平衡故障分析及處理

危威

（湖北華電西塞山發(fā)電有限公司，湖北省 黃石市 435000）

質(zhì)量不平衡是火電廠風(fēng)機(jī)最常見的故障之一，有時(shí)即使是其他故障導(dǎo)致的風(fēng)機(jī)振動(dòng)，也會(huì)因質(zhì)量不平衡引起的激振力而造成振動(dòng)值成倍增加，因此提高動(dòng)平衡精度至關(guān)重要。討論了風(fēng)機(jī)不平衡故障的頻率、幅值以及相位特征，以便于準(zhǔn)確判斷故障原因；介紹了常用的2種現(xiàn)場(chǎng)處理方法，并提供了經(jīng)驗(yàn)公式。最后通過2個(gè)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡案例，分析了大型風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡的基本過程，表明同類設(shè)備采用相同影響系數(shù)可極大地提高動(dòng)平衡效率。研究結(jié)果為火電廠風(fēng)機(jī)不平衡問題的故障分析及處理提供參考。

風(fēng)機(jī)；故障診斷；動(dòng)平衡；影響系數(shù)

0 引言

風(fēng)機(jī)是火力發(fā)電廠最常見的鍋爐輔助設(shè)備類型之一，由于其運(yùn)行條件惡劣，故障率一直較 高[1-4]，當(dāng)送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)或引風(fēng)機(jī)等重要風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，往往會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組減負(fù)荷運(yùn)行或非計(jì)劃性停機(jī)[5-8]，因而風(fēng)機(jī)故障及時(shí)處理顯得十分重要。

風(fēng)機(jī)振動(dòng)超標(biāo)是風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中最常見的故障現(xiàn)象，引起風(fēng)機(jī)振動(dòng)故障的因素很多，如質(zhì)量不平衡、滾動(dòng)軸承異常、軸系不對(duì)中、基礎(chǔ)松動(dòng)、動(dòng)靜摩擦以及旋轉(zhuǎn)失速和喘振等[9]。其中，質(zhì)量不平衡是電廠風(fēng)機(jī)最常見的故障之一[10-12]，有時(shí)即使是其他因素導(dǎo)致的風(fēng)機(jī)振動(dòng)，也會(huì)因質(zhì)量不平衡引起的激振力而造成振動(dòng)成倍增加。因此掌握風(fēng)機(jī)故障診斷方法和現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)，有助于縮短設(shè)備檢修時(shí)間，提高設(shè)備可靠性，有利于機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 不平衡故障特征

現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)機(jī)不平衡產(chǎn)生的原因通常為葉片不均勻磨損、積灰，轉(zhuǎn)動(dòng)部件移位或脫落，以及檢修時(shí)裝配誤差等。其不平衡故障特征主要有：

1）振動(dòng)頻率以1倍頻為主，1X峰值很大，較少伴隨其他倍頻；

2）1倍頻水平方向與垂直方向峰值比一般不超過3?1(主要用來區(qū)分水平剛度差故障特征)；

3）具有較低的軸向振動(dòng)(懸臂轉(zhuǎn)子除外)；

4）定轉(zhuǎn)速時(shí)，相位數(shù)據(jù)相對(duì)穩(wěn)定，變化量小于20°。

2 不平衡故障處理方法

2.1 動(dòng)平衡方法概況

質(zhì)量不平衡故障處理需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行。當(dāng)檢修時(shí)間較寬裕時(shí)：葉片磨損較多需進(jìn)行修復(fù)，不均勻積灰積粉應(yīng)清除；轉(zhuǎn)動(dòng)部件移位或脫落應(yīng)進(jìn)行復(fù)原或更換；裝配誤差原因應(yīng)按廠家圖紙要求重新裝配。但對(duì)于運(yùn)行中的重要風(fēng)機(jī)設(shè)備，其檢修時(shí)間較短，不平衡故障處理通常采用低負(fù)荷時(shí)調(diào)停，采取現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡的方法。

動(dòng)平衡方法有很多，常見的有影響系數(shù)法、振型平衡法、模態(tài)參數(shù)識(shí)別法等[13-15]。其中剛性轉(zhuǎn)子一般采用影響系數(shù)法；撓性轉(zhuǎn)子可采用影響系數(shù)法、振型平衡法和模態(tài)參數(shù)識(shí)別法。而電廠風(fēng)機(jī)大多為剛性轉(zhuǎn)子，故通常采用影響系數(shù)法。

常用的影響系數(shù)法分為單面影響系數(shù)法和雙面影響系數(shù)法。決定平衡面數(shù)可采用法國法瑪通提供的經(jīng)驗(yàn)公式，如圖1和表1[16]所示，其中：為轉(zhuǎn)子長度；為轉(zhuǎn)子直徑。

圖1 剛性轉(zhuǎn)子類型

表1 平衡面數(shù)的經(jīng)驗(yàn)選擇

注：為轉(zhuǎn)速。

2.2 單面影響系數(shù)法

單面影響系數(shù)法主要步驟如下：

3）計(jì)算加重對(duì)振動(dòng)的影響系數(shù)

2.3 雙面影響系數(shù)法

4）分別計(jì)算2個(gè)端面加重后對(duì)2個(gè)測(cè)點(diǎn)的影響系數(shù)。

平面的加重影響系數(shù)

平面的加重影響系數(shù)

3 故障處理案例

3.1 案例一

3.1.1 設(shè)備概況

某廠#1B送風(fēng)機(jī)采用沈陽鼓風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的ASN-2884/1400型單級(jí)動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)，該風(fēng)機(jī)為單級(jí)葉輪懸臂式風(fēng)機(jī)，支持軸承均為滾動(dòng)軸承，其中風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的2個(gè)徑向軸承在同一側(cè)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，其中1—4為振動(dòng)測(cè)點(diǎn)。

該送風(fēng)機(jī)經(jīng)過檢查性大修后振動(dòng)超標(biāo)，帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，風(fēng)機(jī)后軸承在線測(cè)點(diǎn)測(cè)得振動(dòng)速度最高可達(dá)6.5mm/s。

圖2 某送風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

3.1.2 故障診斷分析

啟動(dòng)該送風(fēng)機(jī)前，先檢查軸承箱螺栓有無松動(dòng)，以排除因螺栓松動(dòng)造成的影響。安裝振動(dòng)分析儀用振動(dòng)傳感器，并在旋轉(zhuǎn)軸上粘貼反光帶，用來測(cè)量振動(dòng)相位，啟動(dòng)送風(fēng)機(jī)后測(cè)得原始振動(dòng)為5.97mm/s∠93.5°。

經(jīng)頻譜分析，該送風(fēng)機(jī)振動(dòng)以1倍頻為主，其他頻率幅值較少，1倍頻水平方向大于垂直方向，且峰值比未超過3?1，檢測(cè)時(shí)振動(dòng)相位較穩(wěn)定，故判斷該送風(fēng)機(jī)故障主要原因?yàn)橘|(zhì)量不平衡。

3.1.3 故障處理方法及動(dòng)平衡過程

該風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子為剛性轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子長徑比＜0.5，故采用單面影響系數(shù)法進(jìn)行動(dòng)平衡。

因第一次對(duì)該設(shè)備進(jìn)行動(dòng)平衡，影響系數(shù)、機(jī)械滯后角及儀器修正角均未知，故試加重時(shí)以振動(dòng)20%變化量或相位20°以上變化為目的加試重。送風(fēng)機(jī)試加重量所在位置的半徑約1.2m，轉(zhuǎn)子重2256kg，轉(zhuǎn)速990r/min，平衡面數(shù)為1，根據(jù)公式(8)求得試加重量。

式中：為加重平面數(shù)；為試加重量所在位置半徑，m；為轉(zhuǎn)子的質(zhì)量，kg；為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，r/min。

解得=172g，故試加一塊相近的配重塊，質(zhì)量為181g，相位根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇330°。

試加重后重新啟動(dòng)送風(fēng)機(jī)，加重后振動(dòng)為5.39mm/s∠105.2°。通過計(jì)算得出影響系數(shù)為0.0071∠245.838°，并計(jì)算出校正質(zhì)量及相位為835.283g∠27.662°，去掉試加重量后重新加重850g∠30°。

再次啟動(dòng)送風(fēng)機(jī)，振動(dòng)為3.54mm/s∠66.7°。配重效果不理想，分析其主要原因?yàn)椋?）試加重時(shí)未考慮葉輪葉片的質(zhì)量，導(dǎo)致配重量偏小； 2）公式(8)計(jì)算出的試加重量偏于保守；3）試重相位選擇較差，試重后振動(dòng)變化量小于10%且相位變化量小于20°，導(dǎo)致計(jì)算出的影響系數(shù)誤差較大。

以加重850g∠30°后測(cè)得數(shù)據(jù)重新計(jì)算出影響系數(shù)為0.0038∠273.1°，并計(jì)算出校正質(zhì)量為1 570g∠0.405°，重新加校正質(zhì)量1400g∠0°。啟動(dòng)風(fēng)機(jī)后，振動(dòng)降至2.7mm/s∠25.5°，在合格范圍內(nèi)，故不再繼續(xù)配重，加重過程如表2所示。

表2 #1B送風(fēng)機(jī)動(dòng)平衡過程

3.2 案例二

某廠#2A送風(fēng)機(jī)為動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)，電機(jī)型號(hào)為YXKK630-6W，風(fēng)機(jī)型號(hào)為ASN-2884/ 1400。風(fēng)機(jī)后軸承在線測(cè)點(diǎn)測(cè)得振動(dòng)強(qiáng)度為 4.6mm/s。檢查軸承箱螺栓無松動(dòng)，裝好振動(dòng)探頭貼好反光帶，啟動(dòng)#2A送風(fēng)機(jī)，測(cè)得其原始振動(dòng)為4.60mm/sD353.0°。

其振動(dòng)頻譜中1倍頻峰值占主導(dǎo)，其他倍頻較小，振動(dòng)相位較穩(wěn)定，具有明顯的不平衡特征。該風(fēng)機(jī)大小及結(jié)構(gòu)型式與案例一中#1B送風(fēng)機(jī)一樣，故試加重時(shí)直接采用相似設(shè)備#1B送風(fēng)機(jī)的影響系數(shù)進(jìn)行加重。

采用該廠相似設(shè)備#1B送風(fēng)機(jī)影響系數(shù)0.0038∠273.1°進(jìn)行動(dòng)平衡計(jì)算，取校正量及相位為1074g∠260°。再次啟動(dòng)風(fēng)機(jī)后，風(fēng)機(jī)后軸承振動(dòng)速度由4.6mm/s降為0.72mm/s，動(dòng)平衡一次加重成功，配重?cái)?shù)據(jù)如表3所示。

表3 #2A送風(fēng)機(jī)動(dòng)平衡過程

4 結(jié)論

1）質(zhì)量不平衡是電廠風(fēng)機(jī)振動(dòng)故障的主要原因之一，一般通過現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡即可有效地解決，選擇適當(dāng)?shù)膭?dòng)平衡方法可以有效減少加重次數(shù)。

2）影響系數(shù)法是最有效的風(fēng)機(jī)動(dòng)平衡方法之一，每一臺(tái)設(shè)備進(jìn)行動(dòng)平衡后，均應(yīng)對(duì)影響系數(shù)進(jìn)行處理，選取并記錄效果較好的影響系數(shù)，從而在下一次該設(shè)備做動(dòng)平衡時(shí)直接采用該影響系數(shù)進(jìn)行動(dòng)平衡，可大幅度提高動(dòng)平衡效果。

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Analysis and Treatment of Mass Unbalance Fault of Fan in Large Thermal Power Plant

WEI Wei

(Hubei Huadian Xisaishan Power Generation Co., Ltd., Huangshi 435000, Hubei Province, China)

Mass unbalance is one of the most common faults of fans in thermal power plants. Sometimes, even the vibration of fans caused by other faults can be doubled by the exciting force caused by mass unbalance. Therefore, it is very important to improve the accuracy of dynamic balance. The frequency, amplitude and phase characteristics of unbalanced faults were discussed in order to judge the unbalanced faults accurately. Then, two common field treatment methods of unbalanced faults were introduced, and empirical formulas were provided. Finally, the basic process of field dynamic balancing of large-scale fan was explained through two cases of field dynamic balancing. It shows that the same influence coefficient will greatly improve the efficiency of dynamic balancing of similar equipment. The research results provide a reference for the fault analysis and treatment of fan imbalance in thermal power plant

fan;fault diagnosis; dynamic balance; influence coefficient

10.12096/j.2096-4528.pgt.19111

TM 621

2019-07-29。

(責(zé)任編輯 楊陽)