戈建新，陶有宏，郝慶豐

(淮滬煤電有限公司田集發(fā)電廠，安徽 淮南 232098)

0 引言

火力發(fā)電廠輔機(jī)是電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障設(shè)備，轉(zhuǎn)動機(jī)械振動故障是各類型輔機(jī)最為常見、較難處理的機(jī)械故障。就汽輪機(jī)振動故障而言，大約60 %以上振動故障為質(zhì)量不平衡故障，可通過高速動平衡予以解決，剩余40 %的振動故障中也有20 %的故障雖然不是不平衡故障，但仍可以通過動平衡予以解決或緩解，因此汽輪機(jī)高速動平衡可解決約80 %的振動故障問題[1-2]，此數(shù)據(jù)對輔機(jī)也相差無幾。輔機(jī)動平衡工作可作為一種常用、有效的消振手段，國內(nèi)大型火電廠已具備輔機(jī)動平衡的技術(shù)與硬件設(shè)備，而且輔機(jī)數(shù)量多、運(yùn)行關(guān)鍵，出現(xiàn)問題可能會嚴(yán)重影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，甚至于停機(jī)或非停非減。華電鄒縣電廠、外高橋電廠等在振動分析方面技術(shù)力量較為領(lǐng)先[3-4]。生產(chǎn)現(xiàn)場對于輔機(jī)振動故障常用的處理措施是加固支撐系統(tǒng)以增加其剛度，由于輔機(jī)振動評價都是在非旋轉(zhuǎn)部件上測量與評價，因此加固措施確實(shí)可以應(yīng)對大部分輔機(jī)振動故障。但加固措施并未減少振動激振力，沒有從根本上消除振動故障，如果不從根本上減小激振力而一味加固支撐系統(tǒng)，容易造成軸承溫度升高、壽命降低，嚴(yán)重時造成轉(zhuǎn)動部件損壞。華電鄒縣電廠曾通過現(xiàn)場高速精準(zhǔn)動平衡措施有效延長滾動軸承壽命。

動平衡前振幅大小決定了動平衡工作的難易程度，振幅越小，振幅與加重質(zhì)量的線性關(guān)系越差，動平衡消振難度越大。因此通常將振幅處于合格范圍內(nèi)但振幅偏大的工作轉(zhuǎn)速下的動平衡處理工作稱為精準(zhǔn)高速動平衡[1-2]。下面詳細(xì)介紹了淮滬煤電有限公司田集發(fā)電廠首次引進(jìn)輔機(jī)高速動平衡技術(shù)，進(jìn)行4號機(jī)漿液循環(huán)泵D電動機(jī)風(fēng)扇端精準(zhǔn)高速動平衡工作的數(shù)據(jù)分析與處理過程，成功將電機(jī)振幅從35 μm降至13 μm，其計(jì)算過程和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可為同類型設(shè)備動平衡工作提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 設(shè)備及振動故障概況

振動數(shù)據(jù)采集設(shè)備采用的是上海數(shù)可測控儀器有限公司生產(chǎn)的8通道SK9172型振動分析儀，±5 V輸入范圍，102 dB動態(tài)范圍，每個通道均可提供ICP供電；采用美國國家儀器NI公司數(shù)據(jù)采集硬件，其配置SKVMA旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動分析、監(jiān)測軟件包，配備8個美國本特利330500壓電式振動速度傳感器，靈敏度4 mV/(mm/s)，頻率響應(yīng)范圍4.5～5 000 Hz；采用美國蒙那多R0S光電鍵相傳感器，其測量范圍1～250 000 r/min，最大測量距離90 cm、測量最大傾角45°。

淮滬煤電有限公司田集發(fā)電廠4號機(jī)組脫硫工程采用石灰石—石膏濕法、一爐一塔脫硫裝置，脫硫塔內(nèi)共設(shè)四層漿液噴淋層，每一噴淋層對應(yīng)布置安裝1臺漿液循環(huán)泵。4號機(jī)漿液循環(huán)泵D電動機(jī)參數(shù)見表1。

表1 4號機(jī)漿液循環(huán)泵D高效三相異步電動機(jī)參數(shù)

該泵電機(jī)于2018年10月返廠檢修結(jié)束，電機(jī)單試最大振動27 μm；2019年6月電氣專業(yè)檢查發(fā)現(xiàn)電機(jī)振動偏大，停運(yùn)轉(zhuǎn)檢修，電機(jī)單試最大振動33 μm，6月2日，在風(fēng)扇未裝情況下短時間電機(jī)單試最大振動11 μm，具體振幅、振速數(shù)據(jù)見表2。

由表2數(shù)據(jù)可推測風(fēng)扇葉輪存在較大質(zhì)量不平衡，是造成電機(jī)單試時風(fēng)扇端振動偏大的主要原因。另外也可通過簡單計(jì)算進(jìn)行振動分析，取電機(jī)單試時振動最大測點(diǎn)(風(fēng)扇端水平)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，振幅x=33 μm，振速v=1.7 mm/s，根據(jù)倍頻計(jì)算公式[5]計(jì)算如下：

表2 動平衡前測振儀測量數(shù)據(jù)

振動頻率計(jì)算：

由此可知振動主頻率大約為1倍頻，上述公式是在沒有振動分析儀時，用普通測振儀測量分析振動頻率的有效公式。1倍頻的振動故障通常為基礎(chǔ)剛度差，轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡，剛性聯(lián)軸器輕微張口不對中，而剛性聯(lián)軸器外圓不對中為2倍頻，滾動軸承內(nèi)外圈和滾子故障和支撐系統(tǒng)松動為高頻振動，滾動軸承保持架故障為低頻振動，電動機(jī)電磁力振動故障通常為電極對數(shù)倍頻，齒輪組故障為齒輪嚙合頻率及轉(zhuǎn)速頻率變頻帶，風(fēng)機(jī)水泵流體激振則為葉片通過頻率[5]。

2019-06-05，使用SK9172振動分析儀進(jìn)行數(shù)據(jù)測量，最大值為風(fēng)扇端水平向35.7 μm，具體數(shù)據(jù)及譜圖見表3和圖1。由表3可知，風(fēng)扇端為振動最大點(diǎn)，水平與垂直向相位差為343°－276°=67°。由于現(xiàn)場水平、垂直兩個振動傳感器安裝夾角小于90°，故此相位差接近水平、垂直兩個振動傳感器的方向夾角。圖1中趨勢圖可知通頻振幅與一倍頻振幅、相位隨運(yùn)行時間變化穩(wěn)定，頻譜圖顯示為振幅最大頻率成分為一倍頻(一倍頻又稱基頻、轉(zhuǎn)頻、1X)，與上述公式計(jì)算結(jié)果一致，水平向時基圖(又稱波形圖)呈平滑規(guī)則正弦波，軸心軌跡圖近似橢圓狀，符合轉(zhuǎn)子動不平衡振動故障特征，嘗試采用精準(zhǔn)動平衡降低一倍頻振幅。

圖1 動平衡前振動分析儀測量譜圖

表3 動平衡前振動分析儀測量數(shù)據(jù)

2 振動數(shù)據(jù)處理及動平衡過程

在沒有以往加重?cái)?shù)據(jù)的情況下，首次試加重重量的確定較困難，加重太大容易引起振幅增大，影響動平衡工作的繼續(xù)進(jìn)行，加重太小則無法準(zhǔn)確計(jì)算加重影響系數(shù)，可借鑒同類型設(shè)備歷史經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提供大致加重影響系數(shù)。因此該電機(jī)加重前咨詢某電科院振動所經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得知類似大小的電動機(jī)，影響系數(shù)大約為50 g，加重重量影響10 μm，30 μm需加重150 g。另一種方法是根據(jù)加重平面原加重塊大小，估算加重?cái)?shù)量級，此方法需要設(shè)備上原來已經(jīng)有加重塊，如沒有加重塊則此方法不適用。該電動機(jī)風(fēng)扇端恰好有兩個平衡塊，加重前取下其中一個平衡塊稱重約290 g，與某電科院建議加重?cái)?shù)量級相同，相位及原有平衡塊分布情況見圖2。輔機(jī)轉(zhuǎn)子屬于剛性轉(zhuǎn)子，理論上機(jī)械滯后角(機(jī)械滯后角為振動相位與轉(zhuǎn)子不平衡力方向的差值)為零，振動相位即為質(zhì)量不平衡方向，振動相位減去180°即為加重相位，此次振動最大測點(diǎn)為風(fēng)扇端水平，1X振動為32.4 μm∠276°，因此加重相位選擇276°-180°=96°。考慮到電機(jī)風(fēng)扇的實(shí)際情況和平衡塊制作的最終重量，首次加重146.5 g∠90°(位于圖2 P1處)。6月5日下午試加重后啟動，測量振動數(shù)據(jù)見表4。

圖2 原平衡塊分布及兩次加重位置

表4 試加重后振動測量數(shù)據(jù)

根據(jù)加重前后風(fēng)扇端水平向1X振動數(shù)據(jù)、加重重量及相位，計(jì)算影響系數(shù)及最終加重重量：

影響系數(shù)計(jì)算：

最終根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況調(diào)整加重192.2 g∠30°，（位于圖2 P2處），加重后啟動測量風(fēng)扇端水平向通頻振動最大值13 μm，1X振動為10.1 μm∠267°，根據(jù)第二次調(diào)整加重前后數(shù)據(jù)計(jì)算可得影響系數(shù)：

α1與α2相差較大，由影響系數(shù)的物理意義可知，α1的模取倒數(shù)后可得92 g加重重量影響10 μm，滯后角36.7°；α2的模取倒數(shù)后可得162 g加重重量影響10 μm，滯后角55.89°，振幅已減小到非線性范圍，繼續(xù)調(diào)整加重量已經(jīng)沒有意義，且振動分析儀顯示相位跳變嚴(yán)重，無法讀取準(zhǔn)確相位數(shù)據(jù)，趨勢圖也不穩(wěn)定，動平衡結(jié)束。

3 結(jié)論

通過本次動平衡過程可知，該型電動機(jī)風(fēng)扇端加重平面對驅(qū)動端軸承水平向的加重影響系數(shù)約為100 g重量影響10 μm，機(jī)械滯后角約為40°，可為以后同型輔機(jī)動平衡工作提供參考借鑒。輔機(jī)轉(zhuǎn)子雖屬于剛性轉(zhuǎn)子，但機(jī)械滯后角可達(dá)40°，由此可見實(shí)際中輔機(jī)轉(zhuǎn)子滯后角與理論可能存在偏差，該偏差與系統(tǒng)正交剛度即系統(tǒng)阻尼大小有關(guān)。