爐頂?shù)鯍煅b置振動特性的測量與分析

梁進林，邱 忠，張 力

（ 神華神東電力有限責任公司新疆米東熱電廠，烏魯木齊 830019）

0 引 言

電站鍋爐爐頂?shù)鯍煅b置是將鍋爐受壓元件懸吊于鋼結(jié)構(gòu)上的承載連接裝置，包括鍋爐的水冷壁、過熱器、再熱器、省煤器、聯(lián)箱及爐頂各部分連接管等都需要通過吊掛裝置固定在鋼結(jié)構(gòu)上。因此，爐頂?shù)鯍煅b置承載了鍋爐的絕大部分載荷，并且對鍋爐的安全運行起著至關(guān)重要的作用［1－2］。

神華神東米東熱電廠循環(huán)流化床鍋爐自投產(chǎn)以后，在鍋爐運行中一直存在爐頂?shù)鯍煅b置振動較大的現(xiàn)象。振動對爐頂?shù)鯍煅b置的危害很大，不但會加速材料的疲勞損壞，大大縮短材料的使用壽命，并容易引發(fā)管道焊接接頭的破壞失效，引發(fā)災(zāi)難性事故。為了改善爐頂?shù)鯍煅b置振動速度及幅度，需要對吊掛裝置自身的振動特性進行測量與分析［3］。

文中從吊掛裝置的敲擊法測試手段入手，得到了爐頂?shù)鯍煅b置的有效振動特性數(shù)據(jù)，同時經(jīng)過測量分析找到引起振動的原因，提出根據(jù)吊掛裝置振動行為的治理方案。

2 吊掛裝置固有頻率的測量

不同材料、不同尺寸和形狀的物體，在被撞擊時，發(fā)出聲音的頻率是各不相同的。對截面積不變、材料一致的細長桿，當沿軸向施加外力撞擊時會在桿中形成縱波，由于細長桿的長寬比很大，縱波會成為平面縱波且截面上各質(zhì)點作等幅同相振動，因此撞擊形成的波頻就是其固有頻率。

鍋爐爐頂?shù)鯍煅b置多為一節(jié)或者二節(jié)剛性吊桿，通過鉸接的方式將被懸吊物和鋼結(jié)構(gòu)相連。循環(huán)流化床鍋爐由于爐膛和尾部煙道的頂部標高相差較大，因此爐頂?shù)鯍煅b置往往較長，吊掛裝置的振動可簡化為兩端收到軸向拉力的細長桿的振動。對受到敲擊后發(fā)生受迫震動的吊掛裝置，采用電渦流傳感器系統(tǒng)用于測量目標在位移方向的變化，將位移信號轉(zhuǎn)換為電信號并存儲處理，能夠直觀反映振動幅值及波形。經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，可以計算得到目標的振動頻譜圖，反映振動頻率特性。

一般來說，對于高頻振動，需采用剛性件(如鐵錘)進行敲擊;對于低頻振動，可采用柔軟材質(zhì)物件(如橡膠錘、木棒)進行敲擊。爐頂?shù)鯍煅b置的振動屬于可明顯觀察的低頻振動，因此采用橡膠錘進行敲擊?，F(xiàn)場測量選擇約束狀態(tài)一致的吊桿進行分析對比，傳感器測量點選擇位于吊掛裝置整體長度的1/2處，敲擊點則位于整體長度的下1/4處。將采集到的受迫振動數(shù)據(jù)進行傅立葉變換，做出其頻譜曲線，得到該吊桿的n階固有頻率值。

經(jīng)過驗證，敲擊法測量吊掛裝置固有頻率受到測量過程中人為控制因素的影響可以忽略，可以真實反映吊掛裝置的固有頻率。爐頂部分吊掛裝置固有頻率測量結(jié)果見表1。

表1 部分爐頂?shù)鯍煅b置的固有頻率測量結(jié)果

3 吊掛裝置的振動測量與分析

通過對運行機組爐頂?shù)鯍煅b置振動狀況的觀察，選擇振動較大的吊桿進行振動測量，分析振動波形，通過頻譜分析掌握振動主頻率，并與吊桿的固有特性相比較，分析吊桿振動原因，為制定振動治理方案提供依據(jù)，也為振動治理后的效果評價提供數(shù)據(jù)。部分吊掛裝置的主振頻率數(shù)據(jù)詳見表2中。

表2 部分爐頂?shù)鯍煅b置的固有頻率測量結(jié)果

對吊掛裝置懸吊對象(如集箱、頂棚等)進行振動測量，可以判斷振源。通常管道介質(zhì)形成的湍流漩渦、爐膛燃燒波動及煙風道煙氣擾動等都會形成激擾力，成為振源。根據(jù)對鍋爐集箱和頂棚的振動數(shù)據(jù)測量得知，其主振動頻率在3 Hz左右，且具有1～2 Hz的振動頻率寬度，這也與表2中吊掛裝置振動時的主振頻率范圍相一致。因此爐頂?shù)鯍煅b置受到爐膛、集箱等鍋爐部件產(chǎn)生的激擾力作用而受迫振動。盡管前水冷壁上集箱、后墻水冷壁、側(cè)水冷壁上集箱、分離器上集箱吊掛裝置尺寸及受力不完全一致，但其1階固有頻率在2～3 Hz左右，處于激擾頻率范圍，因此使得以上吊掛裝置受迫振動頻率接近其1階固有頻率形成共振，引起吊桿的明顯橫向擺動。由于吊掛裝置的2階固有頻率為6 Hz左右，不在激擾力的頻率范圍內(nèi)。

4 吊掛裝置的振動抑制

為了減弱爐頂?shù)鯍煅b置對外界激擾力的響應(yīng)，改善其振動速度及幅度，需要從改變吊掛裝置自身的振動特性著手。吊掛裝置1階振動的振動幅度最大處位于其中心點處，因此可以通過在吊掛裝置中間位置增設(shè)限位裝置作為使其遠離共振區(qū)域、抑制共振發(fā)生的有效辦法。

在安裝固定裝置前后，對吊掛裝置中心位置處進行振動速度及波形的測量。增加約束前，各吊掛裝置測量點的振動速度普遍能達到20 mm/s以上，而添加約束后測點的振動速度均降低至5 mm/s以內(nèi)，振動速度大大降低;增加約束前，吊掛裝置測量點最大振動幅度達5 mm以上，而添加約束后測點的振動幅度降低至約1 mm，振動幅度降低60%以上。因此吊掛裝置的振動得到了明顯的抑制。

5 結(jié)論

(1)對于鍋爐爐頂?shù)鯍煅b置，可采用敲擊法準確測量其固有頻率。

(2)吊掛裝置的固有頻率與鍋爐運行過程中形成的激振力的頻率較為一致，是造成吊掛裝置發(fā)生振動的原因。

(3)根據(jù)吊掛裝置振動時的頻率及振型，確定對吊掛裝置增加約束方案，是較為合理的振動抑制方法。

［1］姜子豪，李浩，闞江明.減振降噪在機械設(shè)計中的應(yīng)用［J］.森林工程，2013，29(5):55－59.

［2］機械振動［M］.機械工業(yè)出版社，1980.

［3］提高固有頻率測量精度的聲頻法及其工程應(yīng)用［J］.合肥工業(yè)大學學報，2005.