火力發(fā)電廠引風(fēng)機(jī)的振動(dòng)故障診斷及現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡

駱仁達(dá)，王政先，郭容赫，蘇嘉慶

1.華電電力科學(xué)研究院有限公司東北分公司，遼寧 沈陽(yáng) 110000

2.中國(guó)石油大連石化公司，遼寧 大連 116000

0 引言

風(fēng)機(jī)是火力發(fā)電廠的重要設(shè)備，主要包括引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)等，風(fēng)機(jī)的安全穩(wěn)定是保障火力發(fā)電廠正常運(yùn)行的前提。旋轉(zhuǎn)設(shè)備機(jī)械故障原因較多，其中最常見的是振動(dòng)故障。導(dǎo)致風(fēng)機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)的因素較多，如轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡、轉(zhuǎn)子不對(duì)中、轉(zhuǎn)子彎曲、動(dòng)靜碰磨、連接松動(dòng)等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起的振動(dòng)故障占總故障的70%以上[1]。對(duì)不平衡轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡，即在其工作狀態(tài)相同的轉(zhuǎn)速、安裝條件、支撐條件和負(fù)載的情況下，對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行動(dòng)不平衡矯正，這是目前使用風(fēng)機(jī)的廠家普遍采用的一項(xiàng)技術(shù)，實(shí)踐表明該技術(shù)在轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備平衡檢驗(yàn)中應(yīng)用效果比離線動(dòng)平衡檢驗(yàn)效果好，工作量小，減少了費(fèi)用支出[2]。文章通過(guò)對(duì)某電廠引風(fēng)機(jī)的振動(dòng)故障診斷來(lái)闡述現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡過(guò)程。

1 風(fēng)機(jī)概況

某電廠引風(fēng)機(jī)為懸臂式，其轉(zhuǎn)子部件如圖1所示，葉輪與對(duì)輪之間為1號(hào)、2號(hào)軸承，電機(jī)兩側(cè)為3號(hào)、4號(hào)軸承，軸承為滾動(dòng)軸承。風(fēng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速為1 000 r/min，遠(yuǎn)低于臨界轉(zhuǎn)速，屬于剛性轉(zhuǎn)子，正常情況下在升速過(guò)程中，振幅隨轉(zhuǎn)速的增加而上升，到達(dá)工作轉(zhuǎn)速后，振動(dòng)趨向于一個(gè)穩(wěn)定值。

圖1 轉(zhuǎn)子部件示意圖

對(duì)于剛性支撐，落地軸承在垂直方向的剛度要優(yōu)于水平方向，通常水平方向的振動(dòng)數(shù)值要大于垂直方向[3-4]。該引風(fēng)機(jī)正是在1號(hào)、4號(hào)軸承處水平振動(dòng)明顯偏大，因此在傳感器數(shù)量有限的情況下，僅在1號(hào)、4號(hào)軸承座水平位置上安裝速度傳感器，使用振動(dòng)數(shù)據(jù)采集儀，將輸入速度轉(zhuǎn)換成與其成比例的電信號(hào)，用于測(cè)量軸承座振動(dòng)。為了便于分析，文章將振動(dòng)速度轉(zhuǎn)換為振動(dòng)位移來(lái)描述風(fēng)機(jī)振動(dòng)情況。

轉(zhuǎn)軸旁安裝光電傳感器，利用光電傳感器發(fā)出的紅外線光信號(hào)入射到貼有反光帶的轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，反光帶對(duì)投射光點(diǎn)的反射率發(fā)生變化，并轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)，來(lái)測(cè)量相位。

2 故障診斷

該風(fēng)機(jī)某日第一次啟機(jī)達(dá)到1 000 r/min時(shí)，1號(hào)軸承水平振動(dòng)284 μm，4號(hào)軸承水平振動(dòng)602 μm，振動(dòng)嚴(yán)重超標(biāo)。因?yàn)?號(hào)軸承在電機(jī)側(cè)，所以懷疑該振動(dòng)是由電機(jī)振動(dòng)引起的。在解體后單獨(dú)運(yùn)行電機(jī)，發(fā)現(xiàn)電機(jī)單獨(dú)運(yùn)行時(shí)振動(dòng)并不大，排除了電機(jī)的因素。

通過(guò)伯德圖分析發(fā)現(xiàn)，1號(hào)軸承水平振動(dòng)在升速過(guò)程中振幅隨轉(zhuǎn)速升高先增大后減小，在929 r/min時(shí)達(dá)到峰值475 μm，如圖2所示。4號(hào)軸承水平振動(dòng)存在同樣趨勢(shì)，在989 r/min時(shí)達(dá)到峰值717 μm。由于該轉(zhuǎn)子為剛性轉(zhuǎn)子，臨界轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)高于工作轉(zhuǎn)速，振幅應(yīng)隨轉(zhuǎn)速的增加而上升，但是出現(xiàn)這種現(xiàn)象表明系統(tǒng)存在共振，工作轉(zhuǎn)速1 000 r/min，可能處在共振區(qū)內(nèi)[5]。

圖2 1號(hào)軸承水平振動(dòng)伯德圖

通過(guò)對(duì)1 000 r/min下頻譜分析發(fā)現(xiàn)，1號(hào)、4號(hào)軸承水平振動(dòng)以工頻振動(dòng)為主，1號(hào)軸承水平1X振動(dòng)251 μm，如圖3所示。4號(hào)軸承水平1X振動(dòng)597 μm。工頻振動(dòng)說(shuō)明轉(zhuǎn)子存在質(zhì)量不平衡、轉(zhuǎn)子彎曲、轉(zhuǎn)子不對(duì)中等可能。

圖3 1號(hào)軸承水平振動(dòng)頻譜圖

通過(guò)打晃度檢查轉(zhuǎn)子彎曲程度，發(fā)現(xiàn)彎曲量較小，對(duì)輪也重新找過(guò)中心，排除以上影響因素，判斷該風(fēng)機(jī)振動(dòng)過(guò)大主要因?yàn)橘|(zhì)量不平衡，可采取現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡手段減小不平衡量，從而降低振動(dòng)[6-7]。

3 現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡

懸臂式引風(fēng)機(jī)不平衡量主要存在于葉輪側(cè)，加重位置也在葉輪側(cè)，因此主要以1號(hào)軸承振動(dòng)情況為參考。需要先確定加重質(zhì)量及角度，考慮轉(zhuǎn)子為剛性轉(zhuǎn)子，加重角度可根據(jù)滯后角0°和初始振動(dòng)相位確定，加重質(zhì)量根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值選擇800 g。

第一次加重800 g后啟機(jī)達(dá)到1 000 r/min時(shí)，1號(hào)軸承水平1X振動(dòng)為199 μm，4號(hào)軸承1X振動(dòng)為450 μm，振幅有所減小，相位變化不大，說(shuō)明加重質(zhì)量不足，大致方向無(wú)誤，通過(guò)影響系數(shù)法算出，還需繼續(xù)加重1 767 g，為了避免計(jì)算錯(cuò)誤或操作失誤等不確定因素導(dǎo)致振動(dòng)變得更大，采取保守手段第二次加重1 100 g。

第二次加重1 100 g后啟機(jī)達(dá)到1 000 r/min時(shí)，1號(hào)軸承水平1X振動(dòng)為68 μm，4號(hào)軸承1X振動(dòng)為106 μm，振幅明顯減小，相位變化不大，說(shuō)明加重質(zhì)量和方向均無(wú)誤，但是需調(diào)整精確度，通過(guò)影響系數(shù)法算出，還需繼續(xù)加重536 g。

第三次加重500 g后啟機(jī)達(dá)到1 000 r/min時(shí)，1號(hào)軸承水平1X振動(dòng)為17 μm，通頻振動(dòng)為33.8 μm，4號(hào)軸承水平1X振動(dòng)達(dá)到22 μm，通頻振動(dòng)為26.6 μm，繼續(xù)運(yùn)行30 min，振動(dòng)無(wú)明顯變化，滿足運(yùn)行要求。動(dòng)平衡振動(dòng)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 動(dòng)平衡振動(dòng)數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

（1）懸臂式引風(fēng)機(jī)振動(dòng)故障診斷需結(jié)合頻譜圖和伯德圖等分析方法初步判斷振動(dòng)原因，并通過(guò)常規(guī)檢修手段排除轉(zhuǎn)子彎曲、轉(zhuǎn)子不對(duì)中等影響因素，確定為不平衡原因后采取現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡手段。

（2）引風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡前需根據(jù)機(jī)組類型確定加重平面，根據(jù)轉(zhuǎn)子類型確定滯后角，根據(jù)原始振動(dòng)數(shù)據(jù)確定試加重位置，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值給出試加重質(zhì)量。

（3）引風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡中需根據(jù)原始振動(dòng)和加重后振動(dòng)數(shù)據(jù)，利用影響系數(shù)法算出理論加重質(zhì)量及角度，繼續(xù)進(jìn)行加重，如此反復(fù)直到振動(dòng)達(dá)到目標(biāo)值。該引風(fēng)機(jī)通過(guò)3次加重將振動(dòng)降低至1號(hào)軸承33.8 μm，4號(hào)軸承26.6 μm，滿足運(yùn)行要求。