火力發(fā)電機(jī)組汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)帶負(fù)荷軸振大原因分析與處理

張桂彬，胡志超，楊鑫，陳炳陽(yáng)

（1.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)華中電力試驗(yàn)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000；2.江門(mén)市新會(huì)雙水發(fā)電三廠(chǎng)有限公司，廣東 江門(mén) 529000）

引風(fēng)機(jī)作為電廠(chǎng)的重要輔機(jī)，目前絕大多數(shù)為電力驅(qū)動(dòng)，隨著機(jī)組容量的增大，為實(shí)現(xiàn)火力發(fā)電機(jī)組節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益，降低廠(chǎng)用電率，汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)得到了較為廣泛的應(yīng)用，汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)作為機(jī)組重要輔機(jī)其穩(wěn)定運(yùn)行尤其重要，對(duì)于單列重要輔機(jī)發(fā)電機(jī)組汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行直接決定了機(jī)組的可靠性。本文針對(duì)單列、背壓式汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)帶負(fù)荷過(guò)程中小機(jī)軸振大現(xiàn)象進(jìn)行故障診斷及優(yōu)化處理。

1 概述

廣東省某超超臨界機(jī)組鍋爐為超超臨界參數(shù)、變壓運(yùn)行直流爐，塔式結(jié)構(gòu)，鍋爐引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)采用（40%容量）電動(dòng)引風(fēng)機(jī)及100%容量的汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)。本工程引風(fēng)機(jī)采用單列配置，采用背壓式小汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)，并配1臺(tái)容量為40%THA 啟動(dòng)用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)動(dòng)葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)。汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)為動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)，引風(fēng)機(jī)布置于除塵器后，水平進(jìn)風(fēng)，水平出風(fēng)。汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)控制方式有兩種，即動(dòng)葉自動(dòng)控制方式和轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制，調(diào)節(jié)爐膛負(fù)壓。風(fēng)機(jī)動(dòng)葉調(diào)節(jié)范圍30%～80%，風(fēng)機(jī)第一階臨界轉(zhuǎn)速966r/min。詳見(jiàn)表1所示。

表1 引風(fēng)機(jī)技術(shù)參數(shù)

小汽輪機(jī)為B9.43-5.25/1.0單缸、單軸、沖動(dòng)式、上排汽背壓式引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)，工作汽源來(lái)自鍋爐低溫再熱器出口抽汽點(diǎn)之前，無(wú)啟動(dòng)和調(diào)試汽源，汽輪機(jī)進(jìn)汽采用提板式群閥結(jié)構(gòu)的噴嘴調(diào)節(jié)用于工作汽源。進(jìn)汽控制方式為兩側(cè)主汽閥進(jìn)汽通過(guò)調(diào)節(jié)提板閥控制4個(gè)連桿滑閥順序開(kāi)度向4個(gè)獨(dú)立的噴嘴腔室供汽。汽輪機(jī)排汽蒸汽至除氧器加熱或低壓供熱母管，事故排汽至凝汽器疏水?dāng)U容器。小機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍4135～4800r/min，通過(guò)轉(zhuǎn)速比6.46:1齒輪箱傳動(dòng)至引風(fēng)機(jī)（640～743r/min）。詳見(jiàn)表2所示。

表2 引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)技術(shù)參數(shù)

2 原因分析

2.1 汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)投運(yùn)狀態(tài)具體情況描述

汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)沖轉(zhuǎn)至4200r/min過(guò)程中臨界轉(zhuǎn)速為1680r/min，振動(dòng)最大113μm。機(jī)組負(fù)荷450MW以下運(yùn)行，風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開(kāi)度在63%以下，小機(jī)轉(zhuǎn)速4200～4400r/min，小機(jī)軸振正常（最大90μm）。機(jī)組負(fù)荷580MW以上運(yùn)行，風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開(kāi)度70%～75%，小機(jī)轉(zhuǎn)速4200～4300r/min，小機(jī)軸振維持130μm左右穩(wěn)定，總風(fēng)量降低時(shí)軸振下降至80μm左右。機(jī)組負(fù)荷450MW以上運(yùn)行，每次協(xié)調(diào)控制變負(fù)荷時(shí)，小機(jī)軸振突然振動(dòng)至120μm左右，待煙風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定后，軸振下降至70μm左右保持平穩(wěn)。小機(jī)軸振大時(shí)，調(diào)整降低其排汽壓力可減緩振動(dòng)突增。小機(jī)維持恒定低轉(zhuǎn)速，爐膛負(fù)壓通過(guò)引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉自動(dòng)控制的運(yùn)行方式能夠緩解小機(jī)軸振情況。小機(jī)遙控升速率有1000r/min2，更改為1200r/min2，提高響應(yīng)及恢復(fù)速度；提高小機(jī)潤(rùn)滑油試驗(yàn)油膜對(duì)于軸振影響。小機(jī)軸振增大的同時(shí)引風(fēng)機(jī)軸承振動(dòng)由1.5mm/s上升至2.8mm/s?，F(xiàn)場(chǎng)聽(tīng)音、測(cè)振檢查，無(wú)金屬摩擦聲，最大蓋振5μm。

2.2 故障診斷

根據(jù)機(jī)械振動(dòng)理論，當(dāng)機(jī)械系統(tǒng)的激勵(lì)力頻率和系統(tǒng)的某階固有頻率相接近時(shí)，系統(tǒng)的振幅將顯著增大，產(chǎn)生共振，系統(tǒng)會(huì)受到很大的交變應(yīng)力，容易使葉片產(chǎn)生裂縫甚至造成斷裂。采用振動(dòng)分析儀對(duì)汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行振動(dòng)數(shù)據(jù)采集。采集的振動(dòng)數(shù)據(jù)可見(jiàn)小機(jī)1#、2#軸承振動(dòng)頻譜圖中雙頻振動(dòng)較大，轉(zhuǎn)子存在不平衡、松動(dòng)引起的諧波。

2.3 轉(zhuǎn)子平衡性差

汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)負(fù)載較高時(shí)，小機(jī)軸振增大至報(bào)警值以上；汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)負(fù)載減小后，小機(jī)軸振下降恢復(fù)至正常值；汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)負(fù)載變化較大，小機(jī)軸振增大至報(bào)警值以上；汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)負(fù)載穩(wěn)定，小機(jī)軸振穩(wěn)定或者有下降趨勢(shì)。現(xiàn)場(chǎng)檢查分析認(rèn)為，小機(jī)振動(dòng)大的原因有以下幾點(diǎn)：（1）小機(jī)支持軸承頂隙偏大，轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性達(dá)不到預(yù)期效果。（2）小機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡特性不佳。（3）供汽、排汽蒸汽參數(shù)調(diào)整，轉(zhuǎn)速與動(dòng)葉控制方式、匹配度摸索。（4）提板閥連桿間隙檢查，開(kāi)度順序?qū)τ趪娮熳龉つ芰?yōu)化。

3 優(yōu)化處理

針對(duì)以上原因分析進(jìn)行汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)軸振大進(jìn)行調(diào)整處理，改善轉(zhuǎn)子平衡性，避開(kāi)葉片共振轉(zhuǎn)速，主要方法有：（1）檢查1#、2#軸承的緊力是否滿(mǎn)足圖紙中0.02～0.05mm過(guò)盈的要求；軸承軸頸與瓦面的接觸帶是否均勻且接觸帶平行；軸承球面間隙是否滿(mǎn)足圖紙0.03～0.08mm的要求；1#、2#軸承的頂隙，是否滿(mǎn)足圖紙中0.26～0.36mm要求。（2）檢查齒輪箱和汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的中心情況，應(yīng)合格。（3）檢查汽缸滑銷(xiāo)系統(tǒng)、有無(wú)不正常移位，排汽管支（吊）架狀態(tài)是否正常?；N(xiāo)系統(tǒng)需無(wú)卡澀情況，排汽管支（吊）架狀態(tài)應(yīng)無(wú)異常。（4）改變小機(jī)控制轉(zhuǎn)速范圍，避開(kāi)共振區(qū)，轉(zhuǎn)速遙控范圍由4135～4800r/min更改為3950～4600r/min。（5）優(yōu)化汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制，即動(dòng)葉開(kāi)度大于75%后，動(dòng)葉全開(kāi)投入轉(zhuǎn)速控制；動(dòng)葉自動(dòng)控制，即轉(zhuǎn)速大于4500r/min后，維持高轉(zhuǎn)速恒定目標(biāo)值投入動(dòng)葉自動(dòng)。（6）為了改善機(jī)組的振動(dòng)，從提高轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性方面，將閥序由目前的1-2-3-4調(diào)整為1-2-4-3（調(diào)換閥3和閥4的位置）。（7）嚴(yán)格運(yùn)行操作控制。汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)小機(jī)振動(dòng)納入實(shí)時(shí)趨勢(shì)監(jiān)視，加負(fù)荷或者工況變化過(guò)程，監(jiān)視汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)小機(jī)振動(dòng)、調(diào)門(mén)開(kāi)度、排汽壓力、進(jìn)汽流量等參數(shù)。正常運(yùn)行中，爐膛負(fù)壓控制方式為靜葉自動(dòng)或轉(zhuǎn)速自動(dòng)。引風(fēng)機(jī)靜葉開(kāi)度控制范圍在35%～100%,汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)小機(jī)轉(zhuǎn)速控制范圍在3950～4600r/min。引風(fēng)機(jī)小機(jī)振動(dòng)明顯增加時(shí)，可切為手動(dòng)控制爐膛負(fù)壓。正常運(yùn)行中爐膛負(fù)壓設(shè)定值在-50Pa,嚴(yán)禁爐膛長(zhǎng)時(shí)間冒正壓運(yùn)行。如果因?yàn)橐L(fēng)機(jī)小機(jī)轉(zhuǎn)速或調(diào)門(mén)開(kāi)度限制無(wú)法維持爐膛負(fù)壓，可減少送風(fēng)總量。

加負(fù)荷時(shí)，維持引風(fēng)機(jī)小機(jī)轉(zhuǎn)速不變，增加引風(fēng)機(jī)靜葉，直至增加至75%以上,再提升引風(fēng)機(jī)小汽機(jī)轉(zhuǎn)速。加負(fù)荷過(guò)程中汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)小機(jī)振動(dòng)超過(guò)80um，注意控制加負(fù)荷速率，并通過(guò)降低總風(fēng)量，降低汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，控制汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)小機(jī)振動(dòng)，如果小機(jī)振動(dòng)上升超過(guò)150um時(shí)應(yīng)立即開(kāi)汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)事故排汽進(jìn)行控制。減負(fù)荷時(shí)，維持靜葉不變，降低引風(fēng)機(jī)小汽機(jī)轉(zhuǎn)速，直至小汽機(jī)轉(zhuǎn)速減至3950r/min,再減小引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉。

任何工況控制汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)小機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度不超過(guò)85%,超過(guò)85%時(shí)應(yīng)減小鍋爐風(fēng)量，降低排汽壓力等手段進(jìn)行控制，如果仍超過(guò)85%時(shí)，應(yīng)申請(qǐng)加負(fù)荷進(jìn)行控制，仍沒(méi)有效果時(shí)，可以手動(dòng)開(kāi)啟小機(jī)事故排汽進(jìn)行控制，控制汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)排汽壓力0.8～1.0MPa，維持排汽通暢。高負(fù)荷為防止汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)小機(jī)振動(dòng)突升，高于580MW負(fù)荷或汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速高于4550r/min時(shí)引風(fēng)機(jī)靜葉和小機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)解自動(dòng)，手動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。

高負(fù)荷降負(fù)荷時(shí)，為防止引風(fēng)機(jī)振動(dòng)大，應(yīng)先減引風(fēng)機(jī)出力控制住振動(dòng)后再減送風(fēng)機(jī)出力，可短時(shí)間冒微正壓運(yùn)行（+50Pa以?xún)?nèi)）。

4 結(jié)語(yǔ)

本文總結(jié)了汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)軸振大的大部分原因，汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行情況直接影響著機(jī)組的安全運(yùn)行，通過(guò)以上優(yōu)化處理，消除火力發(fā)電機(jī)組汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)帶負(fù)荷軸振大故障，保證了機(jī)組的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高了經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，真正實(shí)現(xiàn)了行業(yè)的節(jié)能減排。