大型變頻電機斷軸燒瓦原因及處理

李植汶

(國投宣城發電有限責任公司，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。宣城電廠采用的AN35e6型靜葉可調軸流式引風機是成都電力機械廠生產的靜葉可調軸流風機，每臺爐配置2臺該型號風機。風機變頻改造后的調節方式為變頻調節加靜葉調節。

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軸器與葉輪相連，以傳遞扭矩；采用雙撓性聯軸器將電機和葉輪連接在一起，聯軸器由2個半聯軸器、中間加長軸、中間端節、連接盤及金屬膜片組成，確保其牢固性和穩定性。

2 設備存在的問題

引風機變頻電機自改造后，經常發生軸瓦振動異常升高的現象，軸瓦溫度也隨之升高，嚴重威脅設備的安全穩定運行。尤其是作為調峰機組，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常達到保護跳閘值。特別是發生以下情況時，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速由250 r/min升至500 r/min時；

(2) 鍋爐調整燃燒，總風量大于2200 t/h時；

(3) 運行中，發生煤質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值。

表1 變頻器改造后引風機設備規范

3 振動異常的原因

由于多次發生風機變頻電機軸瓦燒損，最嚴重時發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，專業技術人員將引風機實際存在的振動特征、故障歷史與產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構剛度。通過檢測，認為動態下連接部件之間的緊密程度良好、基礎牢固；引風機的轉速為595 r/min，遠遠低于共振轉速；引風機為運行近2年的設備，結構剛度不存在問題。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速接近臨界轉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現高頻振動，且引風機的振動主要表現在軸向。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，但是在轉速的大幅變化過程中振動異常較為明顯。根據振動現象分析：風機、電機的軸瓦在轉速變化過程中發生了油膜厚度不均的現象，造成油脂不能夠及時起到潤滑、冷卻的作用，甚至在低速時出現半干磨擦狀態，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，當風機由高速狀態轉為低速狀態時，電機軸瓦的油膜厚度不夠，破壞了原來的動、靜平衡狀態，造成軸承運行工況惡化。

(5) 引風機低速運行期間，由于轉速低，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。

(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，對大軸產生金屬疲勞損傷。

(7) 引風機由變頻電機驅動，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，振動隨轉速的升高而逐漸增大，隨轉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沒有進行足夠的調研和試驗測量，對于變頻電機安裝后的動平衡調整試驗把關不嚴，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。結果發現，引風機大軸沿轉動方向有明顯的由交變應力產生的“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構，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整。

(1) 提高風機潤滑油系統的壓力，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速范圍。在風量、煤質變化時，配合引風機靜葉調整，避免鍋爐負荷大幅變動時引起變頻轉速大幅升降，以減少引風機交變應力的產生，降低金屬的疲勞損傷。

(5) 熱工專業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速230 r/min；當一臺引風機必須與系統隔離時，為了防止氣流間發生干擾，出現倒流而使引風機轉動或反向轉動，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定運行，未再發生斷軸燒瓦事故，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。

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