660MW機組汽動引風機軸承振動分析及處理

劉浩

摘 要：某電廠660MW機組引風機采用小汽輪機驅動。在運行過程中，多次出現引風機軸承振動變大故障，解體后發現轉子葉片均發生過不同程度的斷裂，通過對引風機軸承振動原因分析及葉片共振分析，提出運行及維護注意事項，降低引風機軸承振動故障次數，探索解決汽動引風機軸承振動大的方法。

關鍵詞：汽動引風機；故障診斷；振動

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

0 前言

目前國內部分大容量火電機組選擇汽輪機驅動引風機的方案，有許多優點。提高了熱能的利用效率，可以減少引風機啟動時電流過大對廠用電的沖擊，降低廠用電率，提高了經濟性。汽動引風機正常運行時，保持靜葉恒定，通過調節引風機轉速控制爐膛負壓，使風機在不同負荷下保持高效率。但引風機采用轉速調節，容易產生軸承振動大等故障，影響機組安全性。

1 故障概況

某電廠3號超超臨界660MW機組配有2臺HA46048-8Z型靜葉可調軸流式引風機，引風機采用NG40/32型小汽輪機驅動，引風機全壓為9.83Pa，轉速995r/min，傳動比為7.7。2018年11月27日開始，3B引風機軸承內外側X、Y方向振動振幅逐漸增大，并有繼續上升的趨勢。為查找設備問題，消除隱患，需要對故障進行細致的分析。

通過現場測量引風機軸承振動數據，發現引風機振動振幅較正常數據明顯偏高，與在線監測數據一致。引風機軸承振動呈現的特征如下：

（1）振動值與負荷-引風機轉速存在相關性，負荷-引風機轉速較高時，振動偏高；

（2）負荷均為600MW左右時，引風機軸承振動值明顯有逐漸上升趨勢，就地引風機有明顯異音；

（3）引風機軸承溫度、引風機小機軸承振動及溫度、齒輪箱振動及溫度均比較平穩。

2 原因分析

2.1 引風機葉片共振分析

由于汽動引風機需要通過變轉速調節風量，轉速變化時葉片受到的激勵力可能會與引風機葉片的某一階固有頻率接近或重合，導致葉片共振，振幅急劇增大使葉片產生裂紋甚至斷裂。在引風機停運期間，電廠組織專業人員測量了汽動引風機葉片固有頻率，主要是對單個引風機葉片進行網格劃分，利用自振法，依次敲擊轉子葉片上測點，測量該點的振動響應，通過分析，獲得這一葉片軸向振動模態的固有頻率及對應的振型，引風機前9階振動固有頻率為117.5Hz、122.6Hz、135Hz、142.6Hz、247.5Hz、284.9Hz、297.5Hz、349.6Hz、401.3Hz。

根據機械振動理論，當機械系統的激勵力頻率和系統的某階固有頻率相接近時，系統的振幅將顯著增大，產生共振，系統會受到很大的交變應力，容易使葉片產生裂縫甚至造成斷裂。

運行時引風機的激勵力頻率主要為1倍頻和19倍頻。引風機1倍頻激勵力是轉子轉動時產生的離心力，與轉子轉速成正比（f=n/60），運行時引風機轉速在565～835r/min，相應的1倍頻在9.4Hz～13.9Hz，見表1。而引風機葉片的最小固有頻率為117Hz，1倍頻和系統固有頻率相差很大，1倍頻不會與葉片產生共振。由于該引風機上共有19片葉片，作用于葉片的氣體流場隨著時間和空間發生不均勻變化時而產生19倍頻激勵力。根據表1，對比引風機19倍頻頻率和葉片固有頻率，在葉片第5階固有頻率下最有可能產生共振；當其他原因導致引風機轉速進一步升高時，在葉片第6階固有頻率下也有可能產生共振。

葉片第5階共振時引風機對應的臨界轉速為781.6r/min，共振時小汽機轉速為6018r/min；葉片第6階共振時引風機對應的臨界轉速為899.7r/min，共振時小汽機轉速為6927r/min。由于引風機葉片上粘上灰渣、葉片損壞、部件松動、測量誤差等原因，其固有頻率可能會發生變化，若發生5%的幅度變化，則共振點在估計的范圍內發生偏移，大概區間為5717r/min～6319r/min和6581r/min～7273r/min。這也符合現場引風機軸承振動值與引風機小機轉速間的對應關系。

2.2 引風機出口壓力變化

根據運行經驗，引風機煙道阻力上升會導致相同負荷下引風機轉速大幅上升，可能接近葉片第6階固有頻率對應的共振轉速區間。引起煙道阻力變化的主要原因為空預器積灰、低溫省煤器積灰以及機組超低排放改造后脫硫吸收塔差壓增大。可以利用機組檢修期間進行技術改造，提高煙道受熱面吹灰效果，防止煙道阻力上升。

3 運行方式優化

在機組正常運行時，應注意控制引風機小機轉速避開共振轉速；在控制方面應探索引風機小機調速邏輯，既能滿足爐膛負壓調節，同時也調速過程更加平穩，防止引風機葉片收到強烈的交變應力作用。正常運行時，控制引風機轉速的主要方法有：

（1）在機組高負荷時，應選擇高發熱量煤種，停止燃煤摻燒；

（2）加強對煙道及低溫省煤器吹灰，加強對煙道阻力的監視，防止阻力上升，導致引風機轉速升高；

（3）選擇合理的吹灰時機，高負荷、高轉速時避免吹灰；

（4）引風機高轉速振動大時，可以由鄰機供輔汽；

（5）保持合理的總風量，降低引風機轉速。

4 結論

針對汽動引風機振動進行簡單分析，高負荷下，引風機轉速高，接近葉片共振轉速，產生共振。長期運行，引風機葉片及軸系在交變應力作用下，可能發生部件松動、葉片產生裂紋等故障，導致振動更加明顯，威脅設備安全運行。根據分析結果，運行時注意調整，加強技術改造，控制煙道阻力，使引風機轉速盡量避開共振區間，確保機組安全運行。

參考文獻：

[1]李毅杰，孫葉柱.汽動引風機技術在1000MW級機組上的應用[J].中國電力，2012，45（09）：17-21.