郭裕清，王 言，郭洪斌，戈建新

(淮滬煤電有限公司田集發(fā)電廠，安徽 淮南 232082)

0 引言

火力發(fā)電廠輔機(jī)是電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要設(shè)備，因其數(shù)量多，一旦出現(xiàn)故障會(huì)影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，甚至要停機(jī)處理，造成非停非減。

轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械振動(dòng)故障是各類型輔機(jī)最為常見且較難處理的機(jī)械故障。大約60 %以上的振動(dòng)故障為質(zhì)量不平衡故障，可通過高速動(dòng)平衡予以解決，剩余約40 %的振動(dòng)故障中，也有20 %的故障仍可以通過動(dòng)平衡予以解決或緩解，因此，高速動(dòng)平衡是解決振動(dòng)故障問題的常用有效手段。

根據(jù)GB/T 6075.1—2012《機(jī)械振動(dòng) 在非旋轉(zhuǎn)部件上測(cè)量評(píng)價(jià)機(jī)器的振動(dòng)》及JB/T 8097—1999《泵的振動(dòng)測(cè)量與評(píng)價(jià)方法》，輔機(jī)振動(dòng)評(píng)價(jià)都是在非旋轉(zhuǎn)部件上測(cè)量與評(píng)價(jià)。針此類故障的常用處理措施是加固支撐系統(tǒng)以增加其剛度。加固措施可以應(yīng)對(duì)大部分輔機(jī)振動(dòng)故障，但并未減少振動(dòng)激振力，不能從根本上消除振動(dòng)故障。而一味加固支撐系統(tǒng)，容易造成軸承溫度升高、壽命縮減，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)部件損壞。

動(dòng)平衡前的振幅大小決定了動(dòng)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(dòng)平衡消振難度越大，因此，通常將處理后的振幅調(diào)整至合格范圍內(nèi)。振幅偏大的工作轉(zhuǎn)速下的動(dòng)平衡處理工作稱為精準(zhǔn)高速動(dòng)平衡。

以下針對(duì)田集發(fā)電廠使用廠內(nèi)配置的振動(dòng)分析儀表進(jìn)行脫硫增壓風(fēng)機(jī)高速動(dòng)平衡工作，成功將風(fēng)機(jī)通頻總振幅從50 μm降至28 μm，一倍頻振幅從30 μm降至10 μm以下，其配重計(jì)算過程和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)于今后同類型設(shè)備動(dòng)平衡工作而言具有一定的理論和經(jīng)驗(yàn)價(jià)值，可直接利用獲得的配重對(duì)軸承振動(dòng)的影響系數(shù)進(jìn)行風(fēng)機(jī)動(dòng)平衡計(jì)算，有效減少試加重步驟與風(fēng)機(jī)啟動(dòng)次數(shù)。

1 振動(dòng)故障

振動(dòng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備采用上海數(shù)可測(cè)控儀器有限公司生產(chǎn)的8通道SK9172型振動(dòng)分析儀，輸入范圍±5 V，動(dòng)態(tài)范圍102 dB，每個(gè)通道均可提供ICP供電；美國(guó)國(guó)家儀器NI公司提供的數(shù)據(jù)采集硬件配置SKVMA旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)分析、監(jiān)測(cè)軟件包；振動(dòng)傳感器為美國(guó)本特利330500壓電式振動(dòng)速度傳感器，靈敏度4 mV/(mm·s)，頻率響應(yīng)范圍4.5 Hz～5 kHz；美國(guó)蒙那多ROS光電鍵相傳感器，測(cè)量范圍1～250 000 r/min，最大測(cè)量距離90 cm，測(cè)量最大傾角45°。

田集發(fā)電廠1號(hào)爐脫硫增壓風(fēng)機(jī)為豪頓華工程有限公司生產(chǎn)的ANN-4494/2120B型動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)，為從鍋爐過來的原煙氣提供進(jìn)入脫硫吸收塔的壓頭損失，取消脫硫煙氣旁路后增加40 %風(fēng)量增壓風(fēng)機(jī)的小旁路，在增壓風(fēng)機(jī)故障情況下機(jī)組只能維持低負(fù)荷運(yùn)行，因此，增壓風(fēng)機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)機(jī)組負(fù)荷的影響極大。增壓風(fēng)機(jī)軸系支撐系統(tǒng)如圖1所示，葉片10只，葉輪直徑φ2 120 mm，轉(zhuǎn)速750 r/min，風(fēng)機(jī)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，從驅(qū)動(dòng)端看，葉輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

圖1 增壓風(fēng)機(jī)軸系支撐系統(tǒng)

2021-02-04，脫硫運(yùn)行人員反映1號(hào)爐增壓風(fēng)機(jī)振動(dòng)較大，頻繁達(dá)到報(bào)警值，嚴(yán)重威脅風(fēng)機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此，利用振動(dòng)分析儀采集風(fēng)機(jī)振動(dòng)數(shù)據(jù)并進(jìn)行頻譜分析。振動(dòng)傳感器布置情況如圖2所示。

圖2 增壓風(fēng)機(jī)振動(dòng)傳感器布置

(1) 1號(hào)爐增壓風(fēng)機(jī)水平向振動(dòng)頻譜顯示，通頻總振幅為103 μm，1倍頻頻率為12.5 Hz，振幅為97.4 μm。

(2) 1號(hào)爐增壓風(fēng)機(jī)垂直向頻譜顯示，通頻總振幅為68.5 μm，1倍頻振幅58.3 μm。

風(fēng)機(jī)軸承振動(dòng)主頻率為1倍頻振動(dòng)，1倍頻的振動(dòng)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(duì)中。而剛性聯(lián)軸器外圓不對(duì)中為2倍頻，滾動(dòng)軸承內(nèi)外圈及滾子故障、支撐系統(tǒng)松動(dòng)為高頻振動(dòng)，滾動(dòng)軸承保持架故障為低頻振動(dòng)，電動(dòng)機(jī)電磁振動(dòng)故障通常為電極對(duì)數(shù)倍頻，齒輪組故障為齒輪嚙合頻率及轉(zhuǎn)速頻率邊頻帶，風(fēng)機(jī)水泵流體激振則為葉片通過頻率。

該風(fēng)機(jī)工作環(huán)境較差，處于鍋爐煙道區(qū)，可能為積灰不均勻造成的轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)惡化。檢修人員建議利用下次停機(jī)機(jī)會(huì)徹底清灰，清灰后如振動(dòng)仍較大，可以考慮高速動(dòng)平衡。

2 精準(zhǔn)高速動(dòng)平衡

2021年4月，檢修人員利用機(jī)組調(diào)停機(jī)會(huì)對(duì)葉輪進(jìn)行了徹底清灰，對(duì)輪轂中的積油進(jìn)行了徹底清理，并對(duì)葉片表面的銹蝕進(jìn)行了清理打磨。風(fēng)機(jī)重新啟動(dòng)后，振動(dòng)下降較多，振幅已達(dá)合格范圍但仍然偏大。為保證設(shè)備更加安全穩(wěn)定運(yùn)行，決定對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行精準(zhǔn)高速動(dòng)平衡工作。

2.1 風(fēng)機(jī)第1次試轉(zhuǎn)結(jié)果及配重計(jì)算

2021-04-17T21：00，1號(hào)爐增壓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，采集振動(dòng)數(shù)據(jù)見表1。

表1 1號(hào)爐增壓風(fēng)機(jī)配重前振動(dòng)數(shù)據(jù)

(1) 根據(jù)水平向相位計(jì)算加配重相位：

20°+180°=200°。

(2) 根據(jù)垂直向相位計(jì)算加配重相位：

251°+90°+180°-360°=161°。

水平向計(jì)算結(jié)果與垂直向計(jì)算結(jié)果取平均并傾向于水平向計(jì)算結(jié)果，取加配重相位200°。

因配重前檢修人員進(jìn)行過一次轉(zhuǎn)子靜平衡，靜平衡加重重量為280 g，位置在308°方向，但由于靜平衡相對(duì)高速動(dòng)平衡而言較粗略，經(jīng)驗(yàn)性較強(qiáng)，對(duì)加重相位把握不準(zhǔn)，因此，靜平衡前后振動(dòng)幅值與相位均未發(fā)生變化。

根據(jù)以往風(fēng)機(jī)動(dòng)平衡經(jīng)驗(yàn)、靜平衡加重重量數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)加工好的配重塊，第1次試重重量選擇P1=269 g∠200°。

2.2 風(fēng)機(jī)第2次試轉(zhuǎn)結(jié)果及配重計(jì)算

2021-04-18T01：21，風(fēng)機(jī)第2次啟動(dòng)，第1次加重后振動(dòng)數(shù)據(jù)見表2。

表2 1號(hào)爐增壓風(fēng)機(jī)第1次加重后振動(dòng)數(shù)據(jù)

水平向相位減小，垂直向相位增大，因此第1次試重效果不理想，水平垂直向分別向不同的方向發(fā)展。根據(jù)兩向計(jì)算值取平均，探索嘗試進(jìn)行第2次配重。

根據(jù)水平向計(jì)算第2次配重重量與相位，影響系數(shù)：

根據(jù)上述公式計(jì)算垂直向第2次配重重量與相位，影響系數(shù)：

計(jì)算配重重量及相位：

綜合水平垂直的計(jì)算加重相位，加重相位應(yīng)取215°，8號(hào)葉片位置，出于保守起見以及配重塊的現(xiàn)場(chǎng)安裝和加工精度等原因，第2次現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際配重P2=365 g∠235°。

2.3 風(fēng)機(jī)第3次試轉(zhuǎn)結(jié)果及配重計(jì)算

2021-04-18T05：22，風(fēng)機(jī)第3次試轉(zhuǎn)，第2次加重后振動(dòng)數(shù)據(jù)見表3。

表3 1號(hào)爐增壓風(fēng)機(jī)第2次加重后振動(dòng)數(shù)據(jù)

第3次配重?cái)?shù)據(jù)效果很好，水平垂直向相位都在向減小的方向發(fā)展，影響系數(shù)相近，計(jì)算配重重量與相位都相近，第3次配重重量選擇500 g∠150°。

2.4 風(fēng)機(jī)第4次試轉(zhuǎn)

2021-05-29下午，安裝平衡塊530 g∠150°，進(jìn)行第4次試轉(zhuǎn)。通頻振幅降至29 μm以下，第3次加重后振動(dòng)數(shù)據(jù)見表4。

表4 1號(hào)爐增壓風(fēng)機(jī)第3次加重后振動(dòng)數(shù)據(jù)

進(jìn)一步計(jì)算得出，水平向影響系數(shù)為0.011 9 μm/g∠3.5°，垂 直 向 影 響 系 數(shù) 為0.022 9 μm/g∠247.84°。

3次配重的配重塊位置、重量、鍵相零位、葉片鋼印編號(hào)位置等如圖3所示，3次加重一共加配重1 164 g。

圖3 3次配重位置及重量圖示

2.5 動(dòng)平衡矢量圖分析

第2次加重前后振動(dòng)矢量與平衡塊矢量繪制于同一矢量圖中(原重不去除)如圖4～5所示。

圖4 第2次動(dòng)平衡水平向矢量圖示

由動(dòng)平衡矢量圖分析可知，水平向計(jì)算配重方向與原始振動(dòng)方向相差約180°，垂直向計(jì)算配重方向與原始振動(dòng)方向相差略小于90°，這是由垂直向振動(dòng)傳感器相對(duì)于鍵相傳感器位置滯后90°造成，矢量圖中振動(dòng)矢量的長(zhǎng)度由各自方向的影響系數(shù)計(jì)算所得。

由此可看出第2次配重效果較好，水平、垂直向振幅與相位均發(fā)生了較大變化，加重影響系數(shù)有較大參考價(jià)值。通頻總振幅已降至29 μm以下，滿足振動(dòng)優(yōu)秀水平，且一倍頻振幅與相位波動(dòng)不穩(wěn)，動(dòng)平衡無法繼續(xù)進(jìn)行，一倍頻振幅已無下降空間，3次加配重共加重量1 164 g，有效改善了風(fēng)機(jī)葉輪平衡狀態(tài)。

3 結(jié)論

(1) 通過本次風(fēng)機(jī)振動(dòng)故障處理過程可知，該型風(fēng)機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)的響應(yīng)較大，轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)可嚴(yán)重影響風(fēng)機(jī)軸承振動(dòng)水平，葉輪的積灰、積油以及葉片的銹蝕磨損，均會(huì)使葉輪平衡狀態(tài)惡化從而引起風(fēng)機(jī)振動(dòng)較大。

(2) 通過本次加配重過程可知，風(fēng)機(jī)葉片輪轂配重槽處的重量對(duì)風(fēng)機(jī)軸承振動(dòng)影響系數(shù)大約為300～400 g影響10 μm，滯后角大約為15°左右，該型號(hào)風(fēng)機(jī)的配重計(jì)算可參考此數(shù)量級(jí)進(jìn)行，能夠有效增加動(dòng)平衡成功概率，減少風(fēng)機(jī)啟動(dòng)次數(shù)，為今后的風(fēng)機(jī)動(dòng)平衡積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和理論參考數(shù)據(jù)。

(3) 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子雖屬于剛性轉(zhuǎn)子，理論上剛性轉(zhuǎn)子的機(jī)械滯后角應(yīng)為0°，但通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際計(jì)算可知，機(jī)械滯后角可達(dá)15°左右。由此可見，實(shí)際工作中輔機(jī)轉(zhuǎn)子滯后角與理論值可能存在偏差，該偏差與系統(tǒng)正交剛度(即系統(tǒng)阻尼)大小有關(guān)，也可能是風(fēng)機(jī)軸承支撐各向剛度不同造成的橢圓軸心軌跡，使得機(jī)械滯后角與理論值存在偏差。

(4) 輔機(jī)動(dòng)平衡時(shí)，振動(dòng)探頭放置于風(fēng)機(jī)軸承箱外殼，通過軸承室殼體的振動(dòng)值來計(jì)算分析轉(zhuǎn)子的不平衡量。軸承箱殼體的振動(dòng)是由于轉(zhuǎn)子的振動(dòng)引起，因此，軸承箱殼體的振動(dòng)相位滯后于轉(zhuǎn)子軸振，可能是造成輔機(jī)剛性轉(zhuǎn)子機(jī)械滯后角不為零的主要原因。