300 MW機組一次風(fēng)機異常振動分析及處理

王鳳良，付冬明，徐志銘，張殿武

(黑龍江省電力科學(xué)研究院，黑龍江哈爾濱 150030)

300 MW機組一次風(fēng)機異常振動分析及處理

王鳳良，付冬明，徐志銘，張殿武

(黑龍江省電力科學(xué)研究院，黑龍江哈爾濱 150030)

針對某電廠300 MW機組一次風(fēng)機出現(xiàn)異常振動的現(xiàn)象，闡述了一次風(fēng)機振動大的故障診斷及現(xiàn)場動平衡試驗過程，并通過對一次風(fēng)機機械側(cè)加重達到了降低一次風(fēng)機電機側(cè)振動的目的。經(jīng)過現(xiàn)場動平衡后，該一次風(fēng)機整個軸系的振動符合廠家規(guī)定要求，從而保證了該300 MW機組安全穩(wěn)定運行。

異常振動;故障診斷;外伸端不平衡

0 引言

某電廠300 MW汽輪發(fā)電機組一次風(fēng)機為沈陽鼓風(fēng)機通風(fēng)設(shè)備有限責(zé)任公司生產(chǎn)的SFG20.5F—C5A型離心式風(fēng)機，2010年1月，該電廠運行人員在對鍋爐設(shè)備巡檢的過程中，發(fā)現(xiàn)該一次風(fēng)機電機側(cè)1號、2號軸承及電機本體水平振動均較大，而風(fēng)機側(cè)3號、4號軸承的水平振動較小，這一振動現(xiàn)象與常規(guī)的風(fēng)機振動現(xiàn)象相反。因此，為了消除一次風(fēng)機振動過大對該汽輪發(fā)電機組安全穩(wěn)定運行的影響，分析了該一次風(fēng)機異常振動的原因，并采取有效措施降低了一次風(fēng)機電機側(cè)振動水平。

1 一次風(fēng)機振動測試

該一次風(fēng)機主要由外殼、葉輪、單吸風(fēng)道、集流器、出入口擋板、軸、軸承箱組件、冷卻水系統(tǒng)組成，配備YKK560－4型電機，額定功率為1 400 kW，額定電壓為6 000 V，額定轉(zhuǎn)速為1 495 r/min，軸系布置如圖1所示。測試采集系統(tǒng)和分析軟件采用美國Bently公司生產(chǎn)的Bently208－DAIU振動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和ADRE FOR WINDOWS分析軟件，測得各測點原始的振動數(shù)據(jù)如表1所示。從測試的數(shù)據(jù)來看，該一次風(fēng)機電機側(cè)2個支撐軸承及電機本體的水平振動都處于超標(biāo)狀態(tài)(廠家要求水平振動小于 80 μm，極限振動值小于 100 μm)。

圖1 一次風(fēng)機軸系示意圖

表1 一次風(fēng)機各測點原始振動數(shù)據(jù)*

2 一次風(fēng)機電機側(cè)振動原因分析

2.1 振動試驗

從表1的各測點的原始振動數(shù)據(jù)分析可知，一次風(fēng)機電機側(cè)振動明顯，機械側(cè)振動較小。通常導(dǎo)致電機側(cè)振動較大的原因有［1］:電機轉(zhuǎn)子本身存在一定的質(zhì)量不平衡;電機轉(zhuǎn)子和定子的同心度不好;電機支撐軸承有問題;電機基礎(chǔ)連接剛度弱;電機與基礎(chǔ)之間存在共振。

為了找到能夠引起電機側(cè)振動大的主要原因，進行了如下試驗:

1)將聯(lián)接電機轉(zhuǎn)子與風(fēng)機轉(zhuǎn)子的聯(lián)軸器解開，對電機進行單轉(zhuǎn)，檢測1號、2號軸承和電機本體的水平振動，3個測點的水平振動都在15 μm以下;聽音檢查電機2個支撐軸承，沒有出現(xiàn)異常聲音。由此表明電機轉(zhuǎn)子自身平衡良好，不存在轉(zhuǎn)子與定子同心度不好的問題，電機2個支撐軸承工作良好。

2)測量該一次風(fēng)機電機側(cè)的基礎(chǔ)固有頻率，測量結(jié)果為16 Hz，表明了該一次風(fēng)機基礎(chǔ)固有頻率與該一次風(fēng)機額定工作頻率24.9 Hz有足夠的避開率，可以進一步排除共振所引起的異常振動。

3)將電機轉(zhuǎn)子與風(fēng)機轉(zhuǎn)子連接完畢啟動后，測量電機側(cè)各結(jié)合面的差別振動。電機側(cè)臺板和基礎(chǔ)的最大差別振動為12 μm，電機底部與臺板之間的最大差別振動為10 μm，風(fēng)機機械側(cè)各結(jié)合面的差別振動都在5 μm左右，表明該一次風(fēng)機電機側(cè)各結(jié)合面的差別振動略大，說明連接剛度略弱。

2.2 振動原因分析

該一次風(fēng)機的振動現(xiàn)象主要體現(xiàn)在1號、2號軸承和電機本體上，而且原始振動表現(xiàn)為工頻振動，電機側(cè)的3個測點在額定轉(zhuǎn)速下的頻譜圖如圖2、圖3、圖4所示。由于該一次風(fēng)機在多次啟動中的振幅和相位重合度較好，說明此振動在確定的支撐剛度下由1個穩(wěn)定的激振力引起，因此可以初步判斷為普通強迫振動，而普通強迫振動振幅、激振力和系統(tǒng)剛度的關(guān)系式為［2］

式中:A為振幅;F為激振力;ω為角速度;ωn為固有頻率;ξ為阻尼比。

由式(1)、式(2)可知，減小普通強迫振動的振幅主要應(yīng)減小激振力，增加系統(tǒng)的剛度。該一次風(fēng)機整個軸系的振動由同一激振力引起，表現(xiàn)在電機側(cè)振動大是因為電機側(cè)與一次風(fēng)機機械側(cè)的支撐剛度存在較大的差距，即風(fēng)機機械側(cè)的剛度明顯大于電機側(cè)。從表1測點原始振動數(shù)據(jù)可知，1號、2號軸承的水平振動相位同相，而且數(shù)次啟動相位穩(wěn)定，引起該一次風(fēng)機電機側(cè)振動大于機械側(cè)的另1個原因是電機2個支撐的外伸端出現(xiàn)質(zhì)量不平衡。因此，減小一次風(fēng)機振動應(yīng)減小系統(tǒng)的激振力。

3 一次風(fēng)機的現(xiàn)場動平衡處理

經(jīng)過對測試數(shù)據(jù)進行分析，認為造成一次風(fēng)機電機側(cè)振動超標(biāo)的主要原因是整個軸系存在一定的不平衡量，該不平衡量在一次風(fēng)機正常工作過程中對整個軸系產(chǎn)生一定的激振力。因此，在現(xiàn)場應(yīng)對轉(zhuǎn)子進行高速動平衡試驗，即解開聯(lián)軸器后，讓電機單轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)1號、2號軸承及電機本體水平振動符合規(guī)定;將兩轉(zhuǎn)子連接好后，發(fā)現(xiàn)1號、2號軸承及電機本體的水平振動都處于超標(biāo)狀態(tài)，說明該一次風(fēng)機電機兩支撐跨內(nèi)平衡良好，決定在電機轉(zhuǎn)子外伸端進行加重試驗，電機轉(zhuǎn)子與短接軸連接的對輪距離電機側(cè)較近，決定在其上加重，首次加重為753 g，啟動后的各測點的振動數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 對輪加重753 g后的各測點振動值

根據(jù)表2的各測點振動數(shù)據(jù)，在連接對輪上加重753 g計算對1號、2號軸承的影響。通過計算得出，在此加重對各測點的振動情況改善不明顯，而且影響系數(shù)重合性較差。

考慮到一次風(fēng)機機械側(cè)的剛度較大，風(fēng)機轉(zhuǎn)子是驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子的外伸端，因此，可以嘗試在一次風(fēng)機葉輪上加重，平衡掉不平衡的質(zhì)量使軸系的平衡得到改善，達到消除一次風(fēng)機電機側(cè)振動大的目的。在一次風(fēng)機葉輪上試加重153 g后啟動的振動數(shù)據(jù)如表3所示。通過表3的各測點的振動數(shù)據(jù)可知，在一次風(fēng)機葉輪上加重對電機側(cè)的水平振動有所改善，同時對一次風(fēng)機機械側(cè)的振動也有改善。經(jīng)過計算，決定在一次風(fēng)機葉輪上繼續(xù)加重，加重為183 g，再次啟動的各測點的振動數(shù)據(jù)如表4所示。由表4測點振動數(shù)據(jù)可知，在一次風(fēng)機葉輪上繼續(xù)加重183 g后，該一次風(fēng)機整個軸系以及電機本體的振動水平已經(jīng)符合廠家要求，保證了該300 MW機組的安全穩(wěn)定運行。

表3 一次風(fēng)機葉輪上加重153 g后的各測點振動值

表4 葉輪上繼續(xù)加重183 g各測點振動數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

通過對300 MW機組一次風(fēng)機電機振動的測試與分析，得出該一次風(fēng)機異常振動是由整個電機轉(zhuǎn)子的外伸端存在一定的不平衡量引起的激振力所致。由此找到了產(chǎn)生振動的主因，解決的辦法是對現(xiàn)場軸系進行高速動平衡試驗，使該一次風(fēng)機各測點的水平振動達到優(yōu)良水平，消除異常振動，保障汽輪發(fā)電機組安全穩(wěn)定運行。

［1］王運民，肖漢才，趙世長，等.石門電廠300 MW機組引風(fēng)機振動分析［J］.熱能動力工程，2003，18(3):285 －288.

［2］寇勝利.汽輪發(fā)電機組的振動及現(xiàn)場平衡［M］.北京:中國電力出版社，2007.

Analysis and treatment of abnormal vibration for 300 MW unit＇s primary air fan

WANG Fengliang，F(xiàn)U Dongming，XU Zhiming，ZHANG Dianwu
(Heilongjiang Electric Power Research Institute，Harbin 150030，China)

Aiming at the abnormal vibration in 300 MW unit＇s primary air fan，this paper expounds its fault diagnosis and on－site dynamic balance test and reduces vibration by aggravating the primary air fan side.Through the on－ site dynamic balance test，the shafting vibration of this primary air fan meets the requirement of manufacturer，which guarantees the safe and stable running of 300 MW unit.

abnormal vibration;fault diagnosis;unbalanced extended end

TK223.26

A

1002－1663(2012)02－0155－03

2011－07－26

王鳳良(1980－)，男，2009年畢業(yè)于哈爾濱工程大學(xué)機械電子工程專業(yè)，工程師，研究方向為旋轉(zhuǎn)機械故障診斷及處理。

(責(zé)任編輯 侯世春)