660MW机组汽动引风机轴承振动分析及处理

    刘浩

    摘 要：某电厂660MW机组引风机采用小汽轮机驱动。在运行过程中，多次出现引风机轴承振动变大故障，解体后发现转子叶片均发生过不同程度的断裂，通过对引风机轴承振动原因分析及叶片共振分析，提出运行及维护注意事项，降低引风机轴承振动故障次数，探索解决汽动引风机轴承振动大的方法。

    关键词：汽动引风机；故障诊断；振动

    DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.184

    0 前言

    目前国内部分大容量火电机组选择汽轮机驱动引风机的方案，有许多优点。提高了热能的利用效率，可以减少引风机启动时电流过大对厂用电的冲击，降低厂用电率，提高了经济性。汽动引风机正常运行时，保持静叶恒定，通过调节引风机转速控制炉膛负压，使风机在不同负荷下保持高效率。但引风机采用转速调节，容易产生轴承振动大等故障，影响机组安全性。

    1 故障概况

    某电厂3号超超临界660MW机组配有2台HA46048-8Z型静叶可调轴流式引风机，引风机采用NG40/32型小汽轮机驱动，引风机全压为9.83Pa，转速995r/min，传动比为7.7。2018年11月27日开始，3B引风机轴承内外侧X、Y方向振动振幅逐渐增大，并有继续上升的趋势。为查找设备问题，消除隐患，需要对故障进行细致的分析。

    通过现场测量引风机轴承振动数据，发现引风机振动振幅较正常数据明显偏高，与在线监测数据一致。引风机轴承振动呈现的特征如下：

    （1）振动值与负荷-引风机转速存在相关性，负荷-引风机转速较高时，振动偏高；

    （2）负荷均为600MW左右时，引风机轴承振动值明显有逐渐上升趋势，就地引风机有明显异音；

    （3）引风机轴承温度、引风机小机轴承振动及温度、齿轮箱振动及温度均比较平稳。

    2 原因分析

    2.1 引风机叶片共振分析

    由于汽动引风机需要通过变转速调节风量，转速变化时叶片受到的激励力可能会与引风机叶片的某一阶固有频率接近或重合，导致叶片共振，振幅急剧增大使叶片产生裂纹甚至断裂。在引风机停运期间，电厂组织专业人员测量了汽动引风机叶片固有频率，主要是对单个引风机叶片进行网格划分，利用自振法，依次敲击转子叶片上测点，测量该点的振动响应，通过分析，获得这一叶片轴向振动模态的固有频率及对应的振型，引风机前9阶振动固有频率为117.5Hz、122.6Hz、135Hz、142.6Hz、247.5Hz、284.9Hz、297.5Hz、349.6Hz、401.3Hz。

    根据机械振动理论，当机械系统的激励力频率和系统的某阶固有频率相接近时，系统的振幅将显著增大，产生共振，系统会受到很大的交变应力，容易使叶片产生裂缝甚至造成断裂。

    运行时引风机的激励力频率主要为1倍频和19倍频。引风机1倍频激励力是转子转动时产生的离心力，与转子转速成正比（f=n/60），运行时引风机转速在565～835r/min，相应的1倍频在9.4Hz～13.9Hz，见表1。而引风机叶片的最小固有频率为117Hz，1倍频和系统固有频率相差很大，1倍频不会与叶片产生共振。由于该引风机上共有19片叶片，作用于叶片的气体流场随着时间和空间发生不均匀变化时而产生19倍频激励力。根据表1，对比引风机19倍频频率和叶片固有频率，在叶片第5阶固有频率下最有可能产生共振；当其他原因导致引风机转速进一步升高时，在叶片第6阶固有频率下也有可能产生共振。

    叶片第5阶共振时引风机对应的临界转速为781.6r/min，共振时小汽机转速为6018r/min；叶片第6阶共振时引风机对应的临界转速为899.7r/min，共振时小汽机转速为6927r/min。由于引风机叶片上粘上灰渣、叶片损坏、部件松动、测量误差等原因，其固有频率可能会发生变化，若发生5%的幅度变化，则共振点在估计的范围内发生偏移，大概區间为5717r/min～6319r/min和6581r/min～7273r/min。这也符合现场引风机轴承振动值与引风机小机转速间的对应关系。

    2.2 引风机出口压力变化

    根据运行经验，引风机烟道阻力上升会导致相同负荷下引风机转速大幅上升，可能接近叶片第6阶固有频率对应的共振转速区间。引起烟道阻力变化的主要原因为空预器积灰、低温省煤器积灰以及机组超低排放改造后脱硫吸收塔差压增大。可以利用机组检修期间进行技术改造，提高烟道受热面吹灰效果，防止烟道阻力上升。

    3 运行方式优化

    在机组正常运行时，应注意控制引风机小机转速避开共振转速；在控制方面应探索引风机小机调速逻辑，既能满足炉膛负压调节，同时也调速过程更加平稳，防止引风机叶片收到强烈的交变应力作用。正常运行时，控制引风机转速的主要方法有：

    （1）在机组高负荷时，应选择高发热量煤种，停止燃煤掺烧；

    （2）加强对烟道及低温省煤器吹灰，加强对烟道阻力的监视，防止阻力上升，导致引风机转速升高；

    （3）选择合理的吹灰时机，高负荷、高转速时避免吹灰；

    （4）引风机高转速振动大时，可以由邻机供辅汽；

    （5）保持合理的总风量，降低引风机转速。

    4 结论

    针对汽动引风机振动进行简单分析，高负荷下，引风机转速高，接近叶片共振转速，产生共振。长期运行，引风机叶片及轴系在交变应力作用下，可能发生部件松动、叶片产生裂纹等故障，导致振动更加明显，威胁设备安全运行。根据分析结果，运行时注意调整，加强技术改造，控制烟道阻力，使引风机转速尽量避开共振区间，确保机组安全运行。

    参考文献：

    [1]李毅杰，孙叶柱.汽动引风机技术在1000MW级机组上的应用[J].中国电力，2012，45（09）：17-21.