戈建新,陶有宏,郝慶豐
(淮滬煤電有限公司田集發(fā)電廠,安徽 淮南 232098)
火力發(fā)電廠輔機(jī)是電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障設(shè)備,轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械振動(dòng)故障是各類型輔機(jī)最為常見(jiàn)、較難處理的機(jī)械故障。就汽輪機(jī)振動(dòng)故障而言,大約60 %以上振動(dòng)故障為質(zhì)量不平衡故障,可通過(guò)高速動(dòng)平衡予以解決,剩余40 %的振動(dòng)故障中也有20 %的故障雖然不是不平衡故障,但仍可以通過(guò)動(dòng)平衡予以解決或緩解,因此汽輪機(jī)高速動(dòng)平衡可解決約80 %的振動(dòng)故障問(wèn)題[1-2],此數(shù)據(jù)對(duì)輔機(jī)也相差無(wú)幾。輔機(jī)動(dòng)平衡工作可作為一種常用、有效的消振手段,國(guó)內(nèi)大型火電廠已具備輔機(jī)動(dòng)平衡的技術(shù)與硬件設(shè)備,而且輔機(jī)數(shù)量多、運(yùn)行關(guān)鍵,出現(xiàn)問(wèn)題可能會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行,甚至于停機(jī)或非停非減。華電鄒縣電廠、外高橋電廠等在振動(dòng)分析方面技術(shù)力量較為領(lǐng)先[3-4]。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)于輔機(jī)振動(dòng)故障常用的處理措施是加固支撐系統(tǒng)以增加其剛度,由于輔機(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),因此加固措施確實(shí)可以應(yīng)對(duì)大部分輔機(jī)振動(dòng)故障。但加固措施并未減少振動(dòng)激振力,沒(méi)有從根本上消除振動(dòng)故障,如果不從根本上減小激振力而一味加固支撐系統(tǒng),容易造成軸承溫度升高、壽命降低,嚴(yán)重時(shí)造成轉(zhuǎn)動(dòng)部件損壞。華電鄒縣電廠曾通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)高速精準(zhǔn)動(dòng)平衡措施有效延長(zhǎng)滾動(dòng)軸承壽命。
動(dòng)平衡前振幅大小決定了動(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。因此通常將振幅處于合格范圍內(nèi)但振幅偏大的工作轉(zhuǎn)速下的動(dòng)平衡處理工作稱為精準(zhǔn)高速動(dòng)平衡[1-2]。下面詳細(xì)介紹了淮滬煤電有限公司田集發(fā)電廠首次引進(jìn)輔機(jī)高速動(dòng)平衡技術(shù),進(jìn)行4號(hào)機(jī)漿液循環(huán)泵D電動(dòng)機(jī)風(fēng)扇端精準(zhǔn)高速動(dòng)平衡工作的數(shù)據(jù)分析與處理過(guò)程,成功將電機(jī)振幅從35 μm降至13 μm,其計(jì)算過(guò)程和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可為同類型設(shè)備動(dòng)平衡工作提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。
振動(dòng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備采用的是上海數(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,±5 V輸入范圍,102 dB動(dòng)態(tài)范圍,每個(gè)通道均可提供ICP供電;采用美國(guó)國(guó)家儀器NI公司數(shù)據(jù)采集硬件,其配置SKVMA旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)分析、監(jiān)測(cè)軟件包,配備8個(gè)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4.5~5 000 Hz;采用美國(guó)蒙那多R0S光電鍵相傳感器,其測(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°。
淮滬煤電有限公司田集發(fā)電廠4號(hào)機(jī)組脫硫工程采用石灰石—石膏濕法、一爐一塔脫硫裝置,脫硫塔內(nèi)共設(shè)四層漿液噴淋層,每一噴淋層對(duì)應(yīng)布置安裝1臺(tái)漿液循環(huán)泵。4號(hào)機(jī)漿液循環(huán)泵D電動(dòng)機(jī)參數(shù)見(jiàn)表1。
表1 4號(hào)機(jī)漿液循環(huán)泵D高效三相異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)
該泵電機(jī)于2018年10月返廠檢修結(jié)束,電機(jī)單試最大振動(dòng)27 μm;2019年6月電氣專業(yè)檢查發(fā)現(xiàn)電機(jī)振動(dòng)偏大,停運(yùn)轉(zhuǎn)檢修,電機(jī)單試最大振動(dòng)33 μm,6月2日,在風(fēng)扇未裝情況下短時(shí)間電機(jī)單試最大振動(dòng)11 μm,具體振幅、振速數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。
由表2數(shù)據(jù)可推測(cè)風(fēng)扇葉輪存在較大質(zhì)量不平衡,是造成電機(jī)單試時(shí)風(fēng)扇端振動(dòng)偏大的主要原因。另外也可通過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算進(jìn)行振動(dòng)分析,取電機(jī)單試時(shí)振動(dòng)最大測(cè)點(diǎn)(風(fēng)扇端水平)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,振幅x=33 μm,振速v=1.7 mm/s,根據(jù)倍頻計(jì)算公式[5]計(jì)算如下:
表2 動(dòng)平衡前測(cè)振儀測(cè)量數(shù)據(jù)
振動(dòng)頻率計(jì)算:
由此可知振動(dòng)主頻率大約為1倍頻,上述公式是在沒(méi)有振動(dòng)分析儀時(shí),用普通測(cè)振儀測(cè)量分析振動(dòng)頻率的有效公式。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)外圈和滾子故障和支撐系統(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)電磁力振動(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)速頻率變頻帶,風(fēng)機(jī)水泵流體激振則為葉片通過(guò)頻率[5]。
2019-06-05,使用SK9172振動(dòng)分析儀進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量,最大值為風(fēng)扇端水平向35.7 μm,具體數(shù)據(jù)及譜圖見(jiàn)表3和圖1。由表3可知,風(fēng)扇端為振動(dòng)最大點(diǎn),水平與垂直向相位差為343°-276°=67°。由于現(xiàn)場(chǎng)水平、垂直兩個(gè)振動(dòng)傳感器安裝夾角小于90°,故此相位差接近水平、垂直兩個(gè)振動(dòng)傳感器的方向夾角。圖1中趨勢(shì)圖可知通頻振幅與一倍頻振幅、相位隨運(yùn)行時(shí)間變化穩(wěn)定,頻譜圖顯示為振幅最大頻率成分為一倍頻(一倍頻又稱基頻、轉(zhuǎn)頻、1X),與上述公式計(jì)算結(jié)果一致,水平向時(shí)基圖(又稱波形圖)呈平滑規(guī)則正弦波,軸心軌跡圖近似橢圓狀,符合轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡振動(dòng)故障特征,嘗試采用精準(zhǔn)動(dòng)平衡降低一倍頻振幅。
圖1 動(dòng)平衡前振動(dòng)分析儀測(cè)量譜圖
表3 動(dòng)平衡前振動(dòng)分析儀測(cè)量數(shù)據(jù)
在沒(méi)有以往加重?cái)?shù)據(jù)的情況下,首次試加重重量的確定較困難,加重太大容易引起振幅增大,影響動(dòng)平衡工作的繼續(xù)進(jìn)行,加重太小則無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算加重影響系數(shù),可借鑒同類型設(shè)備歷史經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),提供大致加重影響系數(shù)。因此該電機(jī)加重前咨詢某電科院振動(dòng)所經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),得知類似大小的電動(dòng)機(jī),影響系數(shù)大約為50 g,加重重量影響10 μm,30 μm需加重150 g。另一種方法是根據(jù)加重平面原加重塊大小,估算加重?cái)?shù)量級(jí),此方法需要設(shè)備上原來(lái)已經(jīng)有加重塊,如沒(méi)有加重塊則此方法不適用。該電動(dòng)機(jī)風(fēng)扇端恰好有兩個(gè)平衡塊,加重前取下其中一個(gè)平衡塊稱重約290 g,與某電科院建議加重?cái)?shù)量級(jí)相同,相位及原有平衡塊分布情況見(jiàn)圖2。輔機(jī)轉(zhuǎn)子屬于剛性轉(zhuǎn)子,理論上機(jī)械滯后角(機(jī)械滯后角為振動(dòng)相位與轉(zhuǎn)子不平衡力方向的差值)為零,振動(dòng)相位即為質(zhì)量不平衡方向,振動(dòng)相位減去180°即為加重相位,此次振動(dòng)最大測(cè)點(diǎn)為風(fēng)扇端水平,1X振動(dòng)為32.4 μm∠276°,因此加重相位選擇276°-180°=96°??紤]到電機(jī)風(fēng)扇的實(shí)際情況和平衡塊制作的最終重量,首次加重146.5 g∠90°(位于圖2 P1處)。6月5日下午試加重后啟動(dòng),測(cè)量振動(dòng)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。
圖2 原平衡塊分布及兩次加重位置
表4 試加重后振動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)
根據(jù)加重前后風(fēng)扇端水平向1X振動(dòng)數(shù)據(jù)、加重重量及相位,計(jì)算影響系數(shù)及最終加重重量:
影響系數(shù)計(jì)算:
最終根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整加重192.2 g∠30°,(位于圖2 P2處),加重后啟動(dòng)測(cè)量風(fēng)扇端水平向通頻振動(dòng)最大值13 μm,1X振動(dòng)為10.1 μm∠267°,根據(jù)第二次調(diào)整加重前后數(shù)據(jù)計(jì)算可得影響系數(shù):
α1與α2相差較大,由影響系數(shù)的物理意義可知,α1的模取倒數(shù)后可得92 g加重重量影響10 μm,滯后角36.7°;α2的模取倒數(shù)后可得162 g加重重量影響10 μm,滯后角55.89°,振幅已減小到非線性范圍,繼續(xù)調(diào)整加重量已經(jīng)沒(méi)有意義,且振動(dòng)分析儀顯示相位跳變嚴(yán)重,無(wú)法讀取準(zhǔn)確相位數(shù)據(jù),趨勢(shì)圖也不穩(wěn)定,動(dòng)平衡結(jié)束。
通過(guò)本次動(dòng)平衡過(guò)程可知,該型電動(dòng)機(jī)風(fēng)扇端加重平面對(duì)驅(qū)動(dòng)端軸承水平向的加重影響系數(shù)約為100 g重量影響10 μm,機(jī)械滯后角約為40°,可為以后同型輔機(jī)動(dòng)平衡工作提供參考借鑒。輔機(jī)轉(zhuǎn)子雖屬于剛性轉(zhuǎn)子,但機(jī)械滯后角可達(dá)40°,由此可見(jiàn)實(shí)際中輔機(jī)轉(zhuǎn)子滯后角與理論可能存在偏差,該偏差與系統(tǒng)正交剛度即系統(tǒng)阻尼大小有關(guān)。