660 MW空冷機組空冷島風(fēng)機振動大的研究與治理

張精橋，張 研

(陜西國華錦界能源有限責(zé)任公司，陜西 榆林 719319)

1 概述

某電廠2臺660 MW機組空冷島的風(fēng)機安裝在45 m空冷島鋼結(jié)構(gòu)平臺上，空冷島按2個機組設(shè)置，形成2個獨立結(jié)構(gòu)單元。每臺機組設(shè)置空冷風(fēng)機56臺。空冷島鋼結(jié)構(gòu)平臺布置在傘狀支撐的45 m鋼結(jié)構(gòu)平臺上，平臺上設(shè)置風(fēng)機橋架，用來安裝大直徑風(fēng)機，在風(fēng)機葉片周邊安裝導(dǎo)流風(fēng)筒。風(fēng)筒固定在八角環(huán)梁上，葉片下防護網(wǎng)用螺栓固定在風(fēng)筒底部。

機組運行以來，運行巡檢及設(shè)備點檢人員發(fā)現(xiàn)空冷風(fēng)機在運行過程中，不斷出現(xiàn)風(fēng)筒大刀片與八角梁連接螺栓斷裂和脫落現(xiàn)象，雖然經(jīng)過治理，但效果不太明顯，對機組安全及人員巡檢產(chǎn)生較大隱患。

為診斷故障原因以及制定可行技術(shù)方案，需對風(fēng)機設(shè)備、平臺機架等進行現(xiàn)場調(diào)查、振動測試和振動分析工作。

2 風(fēng)機振動測試試驗

2.1 測試目的

a.檢測振動是否超標(biāo)；

b.檢查是否有共振現(xiàn)象；

c.找到風(fēng)筒振動最大關(guān)聯(lián)性因素；

d.通過計算得到脫落螺栓連接面處的最大剪力及剪力幅。

2.2 測試單元選取

根據(jù)該電廠2臺660 MW工程空冷島風(fēng)筒大刀板及護網(wǎng)螺絲斷裂、松動情況表，結(jié)合2次螺栓斷裂松動調(diào)查情況及之前做過的空冷島鋼結(jié)構(gòu)平臺振動測試結(jié)果，在1號機組和2號機組中共選擇16個冷卻單元作為測試對象，分別為1號機組1-1、1-5、1-7、2-2、3-3、4-4、4-5、5-3、6-3、7-2、7-4、8-6；2號機組1-1、2-2、3-3、4-3。測試風(fēng)筒單元分布示意見圖1。

圖1 測試風(fēng)筒單元分布示意

2.3 測試儀器

測試儀器有:

a.奧地利DEWETRON公司的40通道動態(tài)信號測試系統(tǒng)；

b.美國DYTRAN和瑞士KISTLER高精度振動加速度傳感器40只；

c.北京東方振動和噪聲技術(shù)研究所INV306S2型16通道動態(tài)信號測試系統(tǒng)；

d.哈爾濱地震局工程力學(xué)研究所941-B型超低頻位移、速度、加速度傳感器16只。

2.4 測試方案

測試風(fēng)機工作時各測點的振動參數(shù)，測試包含x、y、z3個方向的振動速度。

測試情況包括以下工作狀況:首先對風(fēng)筒單元測量其風(fēng)筒在風(fēng)機單獨運行狀態(tài)下各個運行頻率時的振動情況，即分別為15 Hz、25 Hz、35 Hz、40 Hz、45 Hz、50 Hz、55 Hz運行頻率時的振動情況；然后對該風(fēng)筒單元，測量當(dāng)其所在機組所有風(fēng)機一起運行的情況下，該單元風(fēng)筒在各個運行頻率時的振動情況，具體頻率同上。

2.5 測試結(jié)果

通過現(xiàn)場測試并記錄各測試風(fēng)筒在不同頻率下的速度時程曲線數(shù)據(jù)，運用計算機動力測試分析軟件進行動力特性分析，整理出不同頻率下各測點的速度峰值及部分典型頻率的速度響應(yīng)情況，見表1。

表1 各測試風(fēng)筒單元測點速度響應(yīng)計算表

1號機組1-1風(fēng)筒單元A測點在50 Hz時的速度峰值及典型頻率的速度響應(yīng)示意，見圖2。

圖2 典型頻率下速度響應(yīng)示意

2.6 初步分析

經(jīng)過測試與計算，風(fēng)筒單元測點最大剪力幅、最大剪力見表2。

表2 測試風(fēng)筒單元測點最大剪力幅剪力計算表

依據(jù)相關(guān)規(guī)范計算可得，10.9級M16高強螺栓的最大容許剪力幅為21.5 k N，最大容許剪力為36 k N，從表2中所得數(shù)據(jù)可以看出，各風(fēng)筒連接螺栓的最大剪力幅和最大剪力都未超過最大容許值，因此，該工程所選用10.9級M16高強螺栓是合理的。

2.7 振動相關(guān)性分析

研究八角梁和風(fēng)筒的振動與設(shè)備振動的關(guān)系[1]，主要包括2個方面:八角梁和風(fēng)筒的振動中是否含有設(shè)備振動頻率；風(fēng)筒振動的最大相關(guān)性因素。因此，當(dāng)控制頻率為15 Hz，八角梁和風(fēng)筒的西北方向振動中出現(xiàn)了較明顯的風(fēng)機通過頻率2.35 Hz及其倍頻4.7 Hz。當(dāng)控制頻率增加至45 Hz以上時，風(fēng)機通過頻率對風(fēng)筒的振動影響顯著。

2.8 振動分析結(jié)論

通過分析可知，隨著電機控制頻率的增加，風(fēng)機對八角梁和風(fēng)筒振動的影響越大。

風(fēng)機本身振動及風(fēng)機工作時氣流流場[2]不均勻性是引起風(fēng)筒振動的主要原因。風(fēng)筒本身固定點數(shù)少，系統(tǒng)剛度小疊加了主因的擴大，風(fēng)筒流場不均勻主要由葉片規(guī)律旋轉(zhuǎn)造成[3]。

3 振動的治理措施

a.更換大刀板支座連接螺栓。將原M16螺栓改為M20螺栓。為保證高強螺栓的預(yù)緊力，應(yīng)采用扭剪型10.9級高強螺栓。采用特制的螺栓，螺栓與鋼板的接觸面變?yōu)楣饷妗?/p>

b.在大刀板下部位置新增支撐桿。在45°方向的大刀板下部位置新增支撐桿(包括撐桿和梁A)。其中，梁A連接在空冷島平臺梁的腹板加勁肋上，連接均采用M20的10.9級扭剪型高強螺栓。

4 風(fēng)筒單元建模試驗分析

通過風(fēng)機單元建模試驗，模擬風(fēng)機氣流動力特性對風(fēng)筒和護網(wǎng)骨架剛度的影響，對比加固前后建模模型，加固后的效果改善明顯，達(dá)到預(yù)期效果。見圖3。

圖3 風(fēng)筒單元加固前后模型變形

5 結(jié)論

a.某電廠空冷島風(fēng)機振動大主要由風(fēng)機本身振動及風(fēng)機工作時氣流流場不均勻性是引起風(fēng)筒振動所致，現(xiàn)場主要通過更換大刀板支座連接螺栓、在大刀板下部位置新增支撐桿等技術(shù)措施實施后，成功消除了風(fēng)機振動故障。

b.通過風(fēng)機單元建模試驗，振動測試，數(shù)據(jù)集成分析，技術(shù)措施落實，效果評價與改進，理論與實踐相結(jié)合，形成了一套完整的科學(xué)試驗解決問題的方法，對同類機組設(shè)備振動大研究與解決有很高的參考和指導(dǎo)價值。