某廠百萬(wàn)機(jī)組引風(fēng)機(jī)振動(dòng)頑疾的處理與應(yīng)用

國(guó)能寧夏靈武發(fā)電有限公司 王 波

為積極響應(yīng)國(guó)家環(huán)境保護(hù)戰(zhàn)略，降低燃煤機(jī)組煙氣污染物的排放，該火電廠二 期3號(hào)、4號(hào)1060MW 機(jī)組于2015年前后結(jié)合機(jī)組檢修完成了鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)引-增合一改造工程，工程主要包括拆除原增壓風(fēng)機(jī)、原引風(fēng)機(jī)、配套電機(jī)及部分煙道；按照設(shè)計(jì)要求對(duì)原基礎(chǔ)改造，并安裝成都電力機(jī)械廠生產(chǎn)的雙級(jí)動(dòng)葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)，型號(hào)為HU28452-22G（配型電機(jī)YKS1250-8，功率12000kw，額定轉(zhuǎn)速745r/min）；對(duì)引風(fēng)機(jī)出口部分煙道進(jìn)行改造。投運(yùn)后，引風(fēng)機(jī)各部位振動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定，但隨著近幾年工業(yè)發(fā)展速度放緩、新建電廠投產(chǎn)、新能源電量大發(fā)等多重因素影響下，1060MW 的機(jī)組頻繁深度調(diào)峰至400MW 以下，加之空預(yù)器差壓及尾部煙道風(fēng)阻的影響，引風(fēng)機(jī)在此狀態(tài)下振動(dòng)大幅波動(dòng)，高負(fù)荷后振動(dòng)恢復(fù)，長(zhǎng)期有緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)。

引風(fēng)機(jī)軸承室的DCS 徑向振動(dòng)值接近5mm/s時(shí)（集控室DCS 僅監(jiān)測(cè)軸承室垂直和水平振動(dòng)，無(wú)軸向振動(dòng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)），停運(yùn)著色檢查軸承室支撐肋板便多次出現(xiàn)裂紋，打磨加固后得以緩解。在電網(wǎng)頻繁深調(diào)的響應(yīng)下，焊縫再次開(kāi)裂，且機(jī)殼軸向振動(dòng)持續(xù)增長(zhǎng)至危急值7.1mm/s 以上，嚴(yán)重影響著引風(fēng)機(jī)安全和百萬(wàn)機(jī)組生產(chǎn)效能。加之該廠百萬(wàn)機(jī)組2018年起相繼供熱技改，擔(dān)負(fù)長(zhǎng)距離為銀川市區(qū)大面積供熱，機(jī)組設(shè)備安全運(yùn)行和系統(tǒng)參數(shù)可靠調(diào)整尤其重要。

1 引風(fēng)機(jī)主要檢修經(jīng)過(guò)

4號(hào)爐引風(fēng)機(jī)出口煙道優(yōu)化。因4號(hào)爐引風(fēng)機(jī)改造后振動(dòng)長(zhǎng)期處于3.5mm/s 左右，2015年4月該公司4號(hào)機(jī)組停運(yùn)檢修，根據(jù)設(shè)計(jì)單位出具的優(yōu)化方案，對(duì)兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)出口煙道進(jìn)行了改造，但啟動(dòng)后風(fēng)機(jī)振動(dòng)依然偏大。2016年4月，結(jié)合#4機(jī)組檢修機(jī)會(huì)，根據(jù)西安交通大學(xué)對(duì)引風(fēng)機(jī)出口至吸收塔入口煙道的優(yōu)化方案，對(duì)出口煙道進(jìn)行了徹底優(yōu)化改造，短期內(nèi)風(fēng)機(jī)振動(dòng)穩(wěn)定，監(jiān)督運(yùn)行。

空預(yù)器蓄熱元件沖洗。鑒于引風(fēng)機(jī)振動(dòng)故障的頻發(fā)性，加之機(jī)組修后三個(gè)月左右便存在空預(yù)器差壓大，影響機(jī)組帶負(fù)荷能力，空預(yù)器蓄熱元件的沖洗工作如同鍋爐受熱面檢查般逢停必沖，堵塞變形嚴(yán)重的進(jìn)行局部更換，以減小煙氣差壓對(duì)機(jī)組負(fù)荷和引風(fēng)機(jī)軸向振動(dòng)的影響。

風(fēng)機(jī)軸承室肋板加固。2017年8月，利用機(jī)組檢修對(duì)振動(dòng)偏大的4號(hào)爐B 引風(fēng)機(jī)（軸向振動(dòng)4.5mm/s，垂直水平2.5mm/s，深度調(diào)峰時(shí)波動(dòng)至4mm/s，接近報(bào)警值4.6mm/s）軸承室支撐肋板打磨著色檢查，并在兩端主肋板焊補(bǔ)20mm 鋼板加固[1]，啟動(dòng)運(yùn)行后徑向振動(dòng)有所降幅，但軸向振動(dòng)卻增長(zhǎng)至10mm/s 左右，不像3號(hào)爐B 引風(fēng)機(jī)、4號(hào)爐A 引風(fēng)機(jī)加固效果顯著，反而引發(fā)了較大的軸向振動(dòng)，鑒于DCS 徑向振動(dòng)穩(wěn)定在3mm/s 左右，監(jiān)督運(yùn)行。

表1 引風(fēng)機(jī)檢修經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)表

更換備用轉(zhuǎn)子、機(jī)殼。換下的轉(zhuǎn)子（表1）解體后主要有軸承游隙超標(biāo)、配合松動(dòng)、軸向移位、軸磨損、軸承端蓋開(kāi)了等問(wèn)題；更換下機(jī)殼主要是支撐肋存在裂紋、多次打磨堆焊，局部變形，剛性明顯衰減。

動(dòng)平衡處理。引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子每次水平方向動(dòng)平衡后垂直、軸向一倍頻同步有較明顯的降幅，二倍頻有一定的降幅，但軸向振動(dòng)依然顯著超標(biāo)（圖1所示2018年9月9日4號(hào)爐B 引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡后，軸向振動(dòng)由23.5降至18.9mm/s），鑒于DCS 徑向數(shù)據(jù)穩(wěn)定在3mm/s 左右，監(jiān)督運(yùn)行。但隨著機(jī)組負(fù)荷深調(diào)時(shí)振動(dòng)波動(dòng)，以及機(jī)組調(diào)停風(fēng)機(jī)冷態(tài)啟停，在較大的軸向振動(dòng)影響下，各方向振動(dòng)再次增長(zhǎng)（表2）。

機(jī)殼水平度調(diào)整、軸系中心調(diào)整。日常監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)振動(dòng)頻譜中有顯著的的二倍頻成分，如圖1中4號(hào)爐B 引風(fēng)機(jī)動(dòng)平衡后水平二倍頻尚有3mm/s 左右，受軸系同軸度偏差影響顯著[2]，導(dǎo)致通頻振動(dòng)較高。故在每次更換機(jī)殼時(shí)破除原基礎(chǔ)400mm 左右，對(duì)機(jī)殼水平度、軸系統(tǒng)同軸度調(diào)整至0.050mm內(nèi)進(jìn)行二次灌漿，以減少軸系同軸度偏差對(duì)振動(dòng)的影響。每次風(fēng)機(jī)停運(yùn)均對(duì)引風(fēng)機(jī)聯(lián)軸器中心復(fù)查，考慮熱態(tài)高溫?zé)煔獾臒崤蛎?，將中心?shù)據(jù)調(diào)整至廠家給定的上張口0.250mm 左右，但啟動(dòng)后風(fēng)機(jī)頻譜中二倍頻成分依然存在。

綜上所述，經(jīng)過(guò)諸多檢修手段，引風(fēng)機(jī)徑向振動(dòng)能顯著降低，但軸向振動(dòng)問(wèn)題未能徹底解決，較大的軸向振動(dòng)加速著機(jī)殼支撐強(qiáng)度的衰減和軸承部件的磨損[3]，誘發(fā)葉片調(diào)整和潤(rùn)滑油系統(tǒng)泄漏，同時(shí)還會(huì)引發(fā)其它振動(dòng)成分的增長(zhǎng)，繼而導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)頻繁故障搶修。單臺(tái)風(fēng)機(jī)搶修時(shí)另側(cè)煙道酷熱刺鼻的煙氣回流，工人只能身穿防燙服、頭戴正壓呼吸器，艱難地進(jìn)行風(fēng)機(jī)內(nèi)部檢查，存在很大的安全隱患，且檢修質(zhì)量不高。引風(fēng)機(jī)直接決定著百萬(wàn)機(jī)組的生產(chǎn)效能，無(wú)法隨時(shí)停運(yùn)檢修，加之該火電廠機(jī)組現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)對(duì)銀川市區(qū)冬季供熱的政治重任，解決風(fēng)機(jī)的軸向振動(dòng)問(wèn)題迫在眉睫。

表2 2018年4B 引風(fēng)機(jī)機(jī)殼通頻振動(dòng)及檢修經(jīng)過(guò)

圖1 引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡前(紅)后(藍(lán))頻譜對(duì)比圖

2 方案制定及設(shè)備改進(jìn)

由于引-增合一改造后風(fēng)機(jī)故障頻發(fā)，該廠鍋爐專(zhuān)業(yè)于2018年3月、6月組織風(fēng)機(jī)廠總經(jīng)理、工程師、重慶大學(xué)、西安交通大學(xué)、華電電力科學(xué)研究院等權(quán)威人員探討軸向問(wèn)題的原因與處理方法。根據(jù)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行參數(shù)和檢修記錄，結(jié)合機(jī)械振動(dòng)原理[4]，經(jīng)深入討論最終確定導(dǎo)致軸向振動(dòng)的主要原因如下：

風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子自身激振力過(guò)大。根據(jù)機(jī)械振動(dòng)的原理，在設(shè)備轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，轉(zhuǎn)子自身重量過(guò)重、存在明顯不平衡、轉(zhuǎn)子受熱撓度變化或不同工況下轉(zhuǎn)子偏移工作中心點(diǎn)引發(fā)激振力過(guò)大導(dǎo)致振動(dòng)強(qiáng)烈；風(fēng)機(jī)軸承室支撐阻尼不足。根據(jù)機(jī)械振動(dòng)的原理，在設(shè)備轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，風(fēng)機(jī)軸承室支撐的阻尼不足以限制轉(zhuǎn)子及軸承室在允許范圍內(nèi)振動(dòng)，猶如小手抓著跳動(dòng)的重物般存在抓不牢問(wèn)題，即軸承室支撐強(qiáng)度不足。成都電力機(jī)械廠通過(guò)風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)參數(shù)、運(yùn)行曲線、工況要求、葉片強(qiáng)度等方面反復(fù)計(jì)算論證，在該公司返修的風(fēng)機(jī)備品轉(zhuǎn)子和機(jī)殼做相應(yīng)改造。

風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子減重。拆除返修風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子一二級(jí)輪轂內(nèi)部葉片調(diào)整柄上的平衡錘，每塊約17.8kg，單級(jí)22個(gè)平衡錘共計(jì)390kg，兩級(jí)輪轂共計(jì)拆除780kg左右，以降低轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。拆除返修風(fēng)機(jī)上下機(jī)殼的軸承室支撐肋板，上機(jī)殼三道、下機(jī)殼九道，原設(shè)計(jì)均采用30mm 厚度的鋼板。風(fēng)機(jī)廠技術(shù)人員根據(jù)風(fēng)機(jī)運(yùn)行曲線，保留機(jī)殼二級(jí)葉片前導(dǎo)葉不變，將上下機(jī)殼軸承室支撐板各增加兩道(如圖2中紅色線條所示)，即上機(jī)殼由三道變更至五道，下機(jī)殼由九道變更為十一道，并將原30mm 鋼板替換為36mm 厚度的鋼板，以大幅提升對(duì)風(fēng)機(jī)軸承室及轉(zhuǎn)子的支撐剛度。

圖2 引風(fēng)機(jī)加強(qiáng)型機(jī)殼示意圖

3 換型改造效果

3.1 4號(hào)爐B 引風(fēng)機(jī)換型

首套改造完成的風(fēng)機(jī)機(jī)殼和轉(zhuǎn)子于2018年9月中旬到廠，4號(hào)機(jī)組利用國(guó)慶節(jié)12天的調(diào)停時(shí)段，對(duì)軸向振動(dòng)嚴(yán)重超標(biāo)的B 引風(fēng)機(jī)換型改造。換型過(guò)程主要為：拆除風(fēng)機(jī)葉片，拆除風(fēng)機(jī)上下機(jī)殼和軸承室，破除基礎(chǔ)400mm 左右，就位加強(qiáng)型下機(jī)殼，按尺寸標(biāo)準(zhǔn)要求將減重轉(zhuǎn)子軸承室安裝緊固在風(fēng)機(jī)下機(jī)殼，調(diào)整機(jī)殼水平度、軸系同軸度，符合技術(shù)要求后對(duì)下機(jī)殼二次灌漿[5]，完全凝固后調(diào)整動(dòng)調(diào)油缸伺服閥中心，回裝風(fēng)機(jī)葉片，安裝風(fēng)機(jī)上蓋測(cè)量軸承室配合間隙及法蘭面密封性，調(diào)整電機(jī)側(cè)聯(lián)軸器中心。

10月11日風(fēng)機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)后兩端頻譜表現(xiàn)水平和軸向一倍頻4.0mm/s（如圖5中紅色數(shù)據(jù)所示），判斷存在顯著不平衡影響，對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子應(yīng)用雙平面法進(jìn)行動(dòng)平衡處理[6]（表3）。動(dòng)平衡處理后水平一倍頻由4mm/s 降至0.15mm/s，軸向一倍頻由4mm/s同步降至1.20mm/s，其他振動(dòng)成分同步顯著降低。DCS 水平振動(dòng)1.2mm/s、垂直振動(dòng)1.0mm/s，引風(fēng)機(jī)軸承室DCS 徑向振動(dòng)首次降至2mm/s 以下，機(jī)殼徑向和軸向振動(dòng)均在2mm/s 以下，振動(dòng)數(shù)據(jù)處于優(yōu)秀狀態(tài)。目前該風(fēng)機(jī)已運(yùn)行一年，軸向和徑向振動(dòng)穩(wěn)定，未發(fā)生異常故障停運(yùn)搶修事件。

3.2 4號(hào)爐A 引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子換型

鑒于B 引風(fēng)機(jī)換型改造取得優(yōu)異效果，拆換下的轉(zhuǎn)子機(jī)殼于2019年1月改造返廠，利用2、3月份4號(hào)機(jī)組檢修，對(duì)A 引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行更換（注：因該風(fēng)機(jī)機(jī)殼自2017年更換后未出現(xiàn)開(kāi)裂，且本次著色檢查完好，故本次機(jī)殼不做更換處理），葉片按序回裝后于3月22日啟動(dòng)試運(yùn)，水平方向一倍頻一級(jí)輪轂0.85mm/s、二級(jí)輪轂1.27mm/s，不平衡影響較小，均伴有1.5mm/s 左右的二倍頻成分，軸承室的DCS 通頻振動(dòng)最大為水平2～2.5mm/s 波動(dòng)。機(jī)殼兩端軸向一倍頻2.8mm/s，均伴有1mm/s 左右的二倍頻成分。隨著近6個(gè)月的運(yùn)行監(jiān)測(cè)，軸向振動(dòng)在3～5mm/s 區(qū)間波動(dòng)，波動(dòng)成分主要為軸向一倍頻成分，說(shuō)明未進(jìn)行更換的原機(jī)殼軸向剛度存在一定的不足問(wèn)題。鑒于軸承室DCS 徑向振動(dòng)不高[7]，目前監(jiān)測(cè)運(yùn)行。

表3 引風(fēng)機(jī)換型后動(dòng)平衡過(guò)程數(shù)據(jù)記錄表

3.3 3號(hào)爐引風(fēng)機(jī)換型

3號(hào)爐B 引風(fēng)機(jī)：自2018年11月5日自主完成動(dòng)平衡后，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子一二級(jí)輪轂水平一倍頻均降至0.5mm/s 左右，不平衡量影響已很小，但頻譜中均伴有2.5mm/s 的二倍頻成分，致使軸承室DCS 徑向振動(dòng)在2～2.5mm/s 波動(dòng)，軸向一倍頻4.5mm/s，受二倍頻影響軸向通頻振動(dòng)6mm/s 左右。隨著深調(diào)振動(dòng)波動(dòng)，近11個(gè)月以來(lái)軸向振動(dòng)在5～8mm/s 區(qū)間波動(dòng)。該風(fēng)機(jī)存在較為明顯的機(jī)殼剛度不足和同軸度偏差影響。

3號(hào)爐A 引風(fēng)機(jī)：該風(fēng)機(jī)自2015年改造以來(lái)運(yùn)行穩(wěn)定，機(jī)殼軸向振動(dòng)穩(wěn)定在4mm/s，DCS 徑向振動(dòng)穩(wěn)定在2.5mm/s 左右。但機(jī)組在2019年4月和5月兩次電網(wǎng)啟停調(diào)峰，各方向振動(dòng)緩慢增長(zhǎng)，7月份振動(dòng)突增，更換3月份4號(hào)爐A 引風(fēng)機(jī)換下的轉(zhuǎn)子（尚未減重），回裝葉片后動(dòng)平衡處理，將一二級(jí)水平一倍頻分量降至0.5mm/s 左右，但仍有3.5mm/s 左右的二倍頻，軸承室DCS 振動(dòng)在2.8～3.5mm/s 區(qū)間波動(dòng)，近兩個(gè)月軸向通頻振動(dòng)在7～9.5mm/s 區(qū)間波動(dòng)，DCS 通頻振動(dòng)在3～4mm/s 區(qū)間波動(dòng)，偶有波動(dòng)至報(bào)警值4.6mm/s 以上。

3號(hào)爐A/B 引風(fēng)機(jī)換型：2019年9月份3號(hào)機(jī)組進(jìn)行計(jì)劃?rùn)z修，對(duì)兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子和機(jī)殼返回風(fēng)機(jī)廠修改，嚴(yán)格按照4號(hào)爐B 引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子減重和機(jī)殼加固的要求修改，返回后風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，各方向振動(dòng)均穩(wěn)定在優(yōu)良值。

4 結(jié)語(yǔ)

風(fēng)機(jī)是火力發(fā)電廠乃至工業(yè)領(lǐng)域的重要轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械，其安全穩(wěn)定運(yùn)行直接決定著主、輔機(jī)系統(tǒng)的安全可靠性，所以其健康狀態(tài)至關(guān)重要。該公司風(fēng)機(jī)出現(xiàn)頻繁的振動(dòng)故障，經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)組積極與設(shè)備廠家、高校教授討論解決之法，最終確定了風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子減重和機(jī)殼軸承室支撐強(qiáng)化的方案。該廠通過(guò)一臺(tái)風(fēng)機(jī)換型改造取得顯著效果，相繼對(duì)另外三臺(tái)風(fēng)機(jī)改造，換型后風(fēng)機(jī)振動(dòng)優(yōu)良，徹底解決了引風(fēng)機(jī)振動(dòng)頑疾，保證了百萬(wàn)機(jī)組生產(chǎn)效能和民生供暖工程的安全穩(wěn)定，后續(xù)跟蹤風(fēng)機(jī)軸承部件壽命及油系統(tǒng)工作狀態(tài)。