大型變頻電機斷軸燒瓦原因及處理

李植汶

(國投宣城發(fā)電有限責任公司，安徽 宣城 242000)

1 引風機變頻電機簡介

引風機是電廠的三大風機之一，引風機運行中出現(xiàn)的各種問題，會造成機組負荷降低，甚至造成被迫停機，直接影響電廠的安全生產(chǎn)。宣城電廠采用的AN35e6型靜葉可調(diào)軸流式引風機是成都電力機械廠生產(chǎn)的靜葉可調(diào)軸流風機，每臺爐配置2臺該型號風機。風機變頻改造后的調(diào)節(jié)方式為變頻調(diào)節(jié)加靜葉調(diào)節(jié)。

該風機葉輪采用懸臂式連接方式，葉輪通過法蘭用螺栓連接在短軸上(軸材料為35CrMo)。電機在風機的進氣箱端，通過帶護筒的金屬膜片聯(lián)軸器與葉輪相連，以傳遞扭矩；采用雙撓性聯(lián)軸器將電機和葉輪連接在一起，聯(lián)軸器由2個半聯(lián)軸器、中間加長軸、中間端節(jié)、連接盤及金屬膜片組成，確保其牢固性和穩(wěn)定性。

2 設備存在的問題

引風機變頻電機自改造后，經(jīng)常發(fā)生軸瓦振動異常升高的現(xiàn)象，軸瓦溫度也隨之升高，嚴重威脅設備的安全穩(wěn)定運行。尤其是作為調(diào)峰機組，電力負荷變化速度快、幅度大，導致引風機變頻電機軸瓦振動幅度經(jīng)常達到保護跳閘值。特別是發(fā)生以下情況時，對風機變頻電機振動的影響更加頻繁、劇烈。

(1) 機組負荷大幅變化，引風機電機變頻器轉(zhuǎn)速由250 r/min升至500 r/min時；

(2) 鍋爐調(diào)整燃燒，總風量大于2200 t/h時；

(3) 運行中，發(fā)生煤質(zhì)突變或是斷煤引起總風量瞬時變化較大時。

表1給出了變頻器改造后引風機本體和引風機電機的具體參數(shù)值。

表1 變頻器改造后引風機設備規(guī)范

3 振動異常的原因

由于多次發(fā)生風機變頻電機軸瓦燒損，最嚴重時發(fā)生引風機電機軸瓦振動達到17mm/s、軸瓦溫度達130 ℃、風機主軸斷裂的惡性事故，造成風機長期停運檢修。同時，鍋爐單風煙系統(tǒng)運行極大地影響機組安全，也因機組被迫降低負荷而影響發(fā)電任務的完成。

為了徹底解決變頻電機的軸瓦振動異常，專業(yè)技術人員將引風機實際存在的振動特征、故障歷史與產(chǎn)生振動的一般原因進行比較、分析，采取逐個排除的方法，對故障進行診斷。

(1) 對引風機軸承座動剛度進行檢測。由于對引風機變頻電機進行過技術改造，有可能由于改造改變了其原有的結(jié)構(gòu)剛度。通過檢測，認為動態(tài)下連接部件之間的緊密程度良好、基礎牢固；引風機的轉(zhuǎn)速為595 r/min，遠遠低于共振轉(zhuǎn)速；引風機為運行近2年的設備，結(jié)構(gòu)剛度不存在問題。因此，引風機軸承座動剛度沒有問題，可以排除引風機振動異常是由于風機轉(zhuǎn)速接近臨界轉(zhuǎn)速和基礎不牢引起的。

(2) 對引風機進行氣流激振試驗。試驗的測量結(jié)果表明，引風機振動與閥門的開度大小無關；喘振引起的是高頻振動，振動方向為徑向，而從頻譜上看也未發(fā)現(xiàn)高頻振動，且引風機的振動主要表現(xiàn)在軸向。因此，引風機振動異常不是由于喘振引起的。

(3) 盡管變頻器電機在變負荷、轉(zhuǎn)速大幅變化期間能夠滿足對電流快速變化的要求，但是在轉(zhuǎn)速的大幅變化過程中振動異常較為明顯。根據(jù)振動現(xiàn)象分析：風機、電機的軸瓦在轉(zhuǎn)速變化過程中發(fā)生了油膜厚度不均的現(xiàn)象，造成油脂不能夠及時起到潤滑、冷卻的作用，甚至在低速時出現(xiàn)半干磨擦狀態(tài)，使軸承運行不良。

(4) 引風機自身的葉輪重量遠大于電機重量，且兩者的軸瓦潤滑、冷卻形式不同，當風機由高速狀態(tài)轉(zhuǎn)為低速狀態(tài)時，電機軸瓦的油膜厚度不夠，破壞了原來的動、靜平衡狀態(tài)，造成軸承運行工況惡化。

(5) 引風機低速運行期間，由于轉(zhuǎn)速低，從而帶走的潤滑油流量下降，長時間運行，導致軸瓦溫度升高；瓦溫上升繼而影響了油膜的厚度，造成了惡性循環(huán)。

(6) 引風機變頻器改造后，為了盡快收回變頻器改造成本而使引風機長期頻繁使用，導致高速到低速的變化劇烈、頻繁、持久，形成的交變應力不斷作用在主軸的金屬材料上，對大軸產(chǎn)生金屬疲勞損傷。

(7) 引風機由變頻電機驅(qū)動，可能存在電磁振動。對引風機變頻電機做啟停試驗：在啟、停變頻電機的瞬間，若測振表的數(shù)值即刻上升到最大值或迅速下降到零，則屬于電磁振動，否則不屬于。通過測試，振動隨轉(zhuǎn)速的升高而逐漸增大，隨轉(zhuǎn)速的降低而逐漸下降。因此，引風機變頻電機的振動不屬于電磁振動。

通過以上試驗分析得知，技術改造時，對引風機變頻器的運行特性和設備參數(shù)沒有進行足夠的調(diào)研和試驗測量，對于變頻電機安裝后的動平衡調(diào)整試驗把關不嚴，這些均是造成變頻電機軸瓦振動異常的原因。

4 處理措施

根據(jù)以上分析，確認強烈振動是由于引風機變頻電機在運行工況大幅改變下產(chǎn)生的。于是利用機組檢修期間，對引風機變頻電機的金屬部分進行全面探傷檢查。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，引風機大軸沿轉(zhuǎn)動方向有明顯的由交變應力產(chǎn)生的“麻花狀”裂紋痕跡，見圖 1～3。

由圖2，3可見，軸母材金相組織為鐵素體+珠光體，未見異常。

由圖4低倍組織可見，裂紋萌生處焊縫組織為粗大的胞狀結(jié)構(gòu)，裂紋沿配重塊與引風機軸焊縫熔合線處萌生，并向軸母材擴展。

圖1 方形開口為取樣送檢開口

圖2 焊縫及附近區(qū)域低倍組織

圖3 引風機軸母材(鐵素體+珠光體)100×

圖4 裂紋萌生地 50×

針對大軸疲勞損傷情況，再次進行了引風機改造及運行調(diào)整。

(1) 提高風機潤滑油系統(tǒng)的壓力，加大位置供油流量；控制風機各軸瓦的油位不低于1/2，控制油溫在25～45 ℃；保持油質(zhì)良好，以提高潤滑油冷卻速度，提高潤滑效果。

(2) 對風機電機軸瓦進行更換，并將風機主軸更換為加強軸，以提高金屬交變應力水平。重新進行動、靜平衡實驗，保證軸承所承受的重量符合設計要求。

(3) 重新調(diào)整軸瓦與大軸軸頸接觸面的角度，控制其間隙為軸頸的1/1000。

(4) 減少使用變頻器的頻率，同時合理設置變頻轉(zhuǎn)速范圍。在風量、煤質(zhì)變化時，配合引風機靜葉調(diào)整，避免鍋爐負荷大幅變動時引起變頻轉(zhuǎn)速大幅升降，以減少引風機交變應力的產(chǎn)生，降低金屬的疲勞損傷。

(5) 熱工專業(yè)嚴格保證引風機溫度、振動保護及自動投入率達100 %，增加引風機變頻算法，控制引風機轉(zhuǎn)速下限設為250 r/min。

(6) 在啟動過程中，控制電機負荷為初始轉(zhuǎn)速230 r/min；當一臺引風機必須與系統(tǒng)隔離時，為了防止氣流間發(fā)生干擾，出現(xiàn)倒流而使引風機轉(zhuǎn)動或反向轉(zhuǎn)動，造成不必要的扭矩應力，應先將引風機入口擋板關閉，方可停運，但不允許長時間連續(xù)運行。

5 實施效果

通過上述各項治理措施，引風機變頻裝置保持安全穩(wěn)定運行，未再發(fā)生斷軸燒瓦事故，同時軸瓦振動幅度降至2.0mm/s及以下，徹底解決了變頻電機使用中存在的安全隱患，取得了良好的效果。

通過技術改造來節(jié)能降耗正在電廠逐步推廣應用，但對改造后的設備所產(chǎn)生的安全、技術問題，一定要做好足夠的調(diào)研工作和試驗測試工作，做好事故預防措施。