某廠百萬機組引風機振動頑疾的處理與應用

國能寧夏靈武發電有限公司 王 波

為積極響應國家環境保護戰略，降低燃煤機組煙氣污染物的排放，該火電廠二 期3號、4號1060MW 機組于2015年前后結合機組檢修完成了鍋爐風煙系統引-增合一改造工程，工程主要包括拆除原增壓風機、原引風機、配套電機及部分煙道；按照設計要求對原基礎改造，并安裝成都電力機械廠生產的雙級動葉可調軸流式引風機，型號為HU28452-22G（配型電機YKS1250-8，功率12000kw，額定轉速745r/min）；對引風機出口部分煙道進行改造。投運后，引風機各部位振動相對穩定，但隨著近幾年工業發展速度放緩、新建電廠投產、新能源電量大發等多重因素影響下，1060MW 的機組頻繁深度調峰至400MW 以下，加之空預器差壓及尾部煙道風阻的影響，引風機在此狀態下振動大幅波動，高負荷后振動恢復，長期有緩慢增長趨勢。

引風機軸承室的DCS 徑向振動值接近5mm/s時（集控室DCS 僅監測軸承室垂直和水平振動，無軸向振動數據監測），停運著色檢查軸承室支撐肋板便多次出現裂紋，打磨加固后得以緩解。在電網頻繁深調的響應下，焊縫再次開裂，且機殼軸向振動持續增長至危急值7.1mm/s 以上，嚴重影響著引風機安全和百萬機組生產效能。加之該廠百萬機組2018年起相繼供熱技改，擔負長距離為銀川市區大面積供熱，機組設備安全運行和系統參數可靠調整尤其重要。

1 引風機主要檢修經過

4號爐引風機出口煙道優化。因4號爐引風機改造后振動長期處于3.5mm/s 左右，2015年4月該公司4號機組停運檢修，根據設計單位出具的優化方案，對兩臺引風機出口煙道進行了改造，但啟動后風機振動依然偏大。2016年4月，結合#4機組檢修機會，根據西安交通大學對引風機出口至吸收塔入口煙道的優化方案，對出口煙道進行了徹底優化改造，短期內風機振動穩定，監督運行。

空預器蓄熱元件沖洗。鑒于引風機振動故障的頻發性，加之機組修后三個月左右便存在空預器差壓大，影響機組帶負荷能力，空預器蓄熱元件的沖洗工作如同鍋爐受熱面檢查般逢停必沖，堵塞變形嚴重的進行局部更換，以減小煙氣差壓對機組負荷和引風機軸向振動的影響。

風機軸承室肋板加固。2017年8月，利用機組檢修對振動偏大的4號爐B 引風機（軸向振動4.5mm/s，垂直水平2.5mm/s，深度調峰時波動至4mm/s，接近報警值4.6mm/s）軸承室支撐肋板打磨著色檢查，并在兩端主肋板焊補20mm 鋼板加固[1]，啟動運行后徑向振動有所降幅，但軸向振動卻增長至10mm/s 左右，不像3號爐B 引風機、4號爐A 引風機加固效果顯著，反而引發了較大的軸向振動，鑒于DCS 徑向振動穩定在3mm/s 左右，監督運行。

表1 引風機檢修經過統計表

更換備用轉子、機殼。換下的轉子（表1）解體后主要有軸承游隙超標、配合松動、軸向移位、軸磨損、軸承端蓋開了等問題；更換下機殼主要是支撐肋存在裂紋、多次打磨堆焊，局部變形，剛性明顯衰減。

動平衡處理。引風機轉子每次水平方向動平衡后垂直、軸向一倍頻同步有較明顯的降幅，二倍頻有一定的降幅，但軸向振動依然顯著超標（圖1所示2018年9月9日4號爐B 引風機轉子動平衡后，軸向振動由23.5降至18.9mm/s），鑒于DCS 徑向數據穩定在3mm/s 左右，監督運行。但隨著機組負荷深調時振動波動，以及機組調停風機冷態啟停，在較大的軸向振動影響下，各方向振動再次增長（表2）。

機殼水平度調整、軸系中心調整。日常監測發現風機振動頻譜中有顯著的的二倍頻成分，如圖1中4號爐B 引風機動平衡后水平二倍頻尚有3mm/s 左右，受軸系同軸度偏差影響顯著[2]，導致通頻振動較高。故在每次更換機殼時破除原基礎400mm 左右，對機殼水平度、軸系統同軸度調整至0.050mm內進行二次灌漿，以減少軸系同軸度偏差對振動的影響。每次風機停運均對引風機聯軸器中心復查，考慮熱態高溫煙氣的熱膨脹，將中心數據調整至廠家給定的上張口0.250mm 左右，但啟動后風機頻譜中二倍頻成分依然存在。

綜上所述，經過諸多檢修手段，引風機徑向振動能顯著降低，但軸向振動問題未能徹底解決，較大的軸向振動加速著機殼支撐強度的衰減和軸承部件的磨損[3]，誘發葉片調整和潤滑油系統泄漏，同時還會引發其它振動成分的增長，繼而導致引風機頻繁故障搶修。單臺風機搶修時另側煙道酷熱刺鼻的煙氣回流，工人只能身穿防燙服、頭戴正壓呼吸器，艱難地進行風機內部檢查，存在很大的安全隱患，且檢修質量不高。引風機直接決定著百萬機組的生產效能，無法隨時停運檢修，加之該火電廠機組現已實現對銀川市區冬季供熱的政治重任，解決風機的軸向振動問題迫在眉睫。

表2 2018年4B 引風機機殼通頻振動及檢修經過

圖1 引風機轉子動平衡前(紅)后(藍)頻譜對比圖

2 方案制定及設備改進

由于引-增合一改造后風機故障頻發，該廠鍋爐專業于2018年3月、6月組織風機廠總經理、工程師、重慶大學、西安交通大學、華電電力科學研究院等權威人員探討軸向問題的原因與處理方法。根據風機系統結構、運行參數和檢修記錄，結合機械振動原理[4]，經深入討論最終確定導致軸向振動的主要原因如下：

風機轉子自身激振力過大。根據機械振動的原理，在設備轉子轉動過程中，轉子自身重量過重、存在明顯不平衡、轉子受熱撓度變化或不同工況下轉子偏移工作中心點引發激振力過大導致振動強烈；風機軸承室支撐阻尼不足。根據機械振動的原理，在設備轉子轉動過程中，風機軸承室支撐的阻尼不足以限制轉子及軸承室在允許范圍內振動，猶如小手抓著跳動的重物般存在抓不牢問題，即軸承室支撐強度不足。成都電力機械廠通過風機結構、設計參數、運行曲線、工況要求、葉片強度等方面反復計算論證，在該公司返修的風機備品轉子和機殼做相應改造。

風機轉子減重。拆除返修風機轉子一二級輪轂內部葉片調整柄上的平衡錘，每塊約17.8kg，單級22個平衡錘共計390kg，兩級輪轂共計拆除780kg左右，以降低轉子在轉動過程中的轉動慣量。拆除返修風機上下機殼的軸承室支撐肋板，上機殼三道、下機殼九道，原設計均采用30mm 厚度的鋼板。風機廠技術人員根據風機運行曲線，保留機殼二級葉片前導葉不變，將上下機殼軸承室支撐板各增加兩道(如圖2中紅色線條所示)，即上機殼由三道變更至五道，下機殼由九道變更為十一道，并將原30mm 鋼板替換為36mm 厚度的鋼板，以大幅提升對風機軸承室及轉子的支撐剛度。

圖2 引風機加強型機殼示意圖

3 換型改造效果

3.1 4號爐B 引風機換型

首套改造完成的風機機殼和轉子于2018年9月中旬到廠，4號機組利用國慶節12天的調停時段，對軸向振動嚴重超標的B 引風機換型改造。換型過程主要為：拆除風機葉片，拆除風機上下機殼和軸承室，破除基礎400mm 左右，就位加強型下機殼，按尺寸標準要求將減重轉子軸承室安裝緊固在風機下機殼，調整機殼水平度、軸系同軸度，符合技術要求后對下機殼二次灌漿[5]，完全凝固后調整動調油缸伺服閥中心，回裝風機葉片，安裝風機上蓋測量軸承室配合間隙及法蘭面密封性，調整電機側聯軸器中心。

10月11日風機冷態啟動后兩端頻譜表現水平和軸向一倍頻4.0mm/s（如圖5中紅色數據所示），判斷存在顯著不平衡影響，對風機轉子應用雙平面法進行動平衡處理[6]（表3）。動平衡處理后水平一倍頻由4mm/s 降至0.15mm/s，軸向一倍頻由4mm/s同步降至1.20mm/s，其他振動成分同步顯著降低。DCS 水平振動1.2mm/s、垂直振動1.0mm/s，引風機軸承室DCS 徑向振動首次降至2mm/s 以下，機殼徑向和軸向振動均在2mm/s 以下，振動數據處于優秀狀態。目前該風機已運行一年，軸向和徑向振動穩定，未發生異常故障停運搶修事件。

3.2 4號爐A 引風機轉子換型

鑒于B 引風機換型改造取得優異效果，拆換下的轉子機殼于2019年1月改造返廠，利用2、3月份4號機組檢修，對A 引風機轉子進行更換（注：因該風機機殼自2017年更換后未出現開裂，且本次著色檢查完好，故本次機殼不做更換處理），葉片按序回裝后于3月22日啟動試運，水平方向一倍頻一級輪轂0.85mm/s、二級輪轂1.27mm/s，不平衡影響較小，均伴有1.5mm/s 左右的二倍頻成分，軸承室的DCS 通頻振動最大為水平2～2.5mm/s 波動。機殼兩端軸向一倍頻2.8mm/s，均伴有1mm/s 左右的二倍頻成分。隨著近6個月的運行監測，軸向振動在3～5mm/s 區間波動，波動成分主要為軸向一倍頻成分，說明未進行更換的原機殼軸向剛度存在一定的不足問題。鑒于軸承室DCS 徑向振動不高[7]，目前監測運行。

表3 引風機換型后動平衡過程數據記錄表

3.3 3號爐引風機換型

3號爐B 引風機：自2018年11月5日自主完成動平衡后，風機轉子一二級輪轂水平一倍頻均降至0.5mm/s 左右，不平衡量影響已很小，但頻譜中均伴有2.5mm/s 的二倍頻成分，致使軸承室DCS 徑向振動在2～2.5mm/s 波動，軸向一倍頻4.5mm/s，受二倍頻影響軸向通頻振動6mm/s 左右。隨著深調振動波動，近11個月以來軸向振動在5～8mm/s 區間波動。該風機存在較為明顯的機殼剛度不足和同軸度偏差影響。

3號爐A 引風機：該風機自2015年改造以來運行穩定，機殼軸向振動穩定在4mm/s，DCS 徑向振動穩定在2.5mm/s 左右。但機組在2019年4月和5月兩次電網啟停調峰，各方向振動緩慢增長，7月份振動突增，更換3月份4號爐A 引風機換下的轉子（尚未減重），回裝葉片后動平衡處理，將一二級水平一倍頻分量降至0.5mm/s 左右，但仍有3.5mm/s 左右的二倍頻，軸承室DCS 振動在2.8～3.5mm/s 區間波動，近兩個月軸向通頻振動在7～9.5mm/s 區間波動，DCS 通頻振動在3～4mm/s 區間波動，偶有波動至報警值4.6mm/s 以上。

3號爐A/B 引風機換型：2019年9月份3號機組進行計劃檢修，對兩臺引風機轉子和機殼返回風機廠修改，嚴格按照4號爐B 引風機轉子減重和機殼加固的要求修改，返回后風機運行穩定，各方向振動均穩定在優良值。

4 結語

風機是火力發電廠乃至工業領域的重要轉動機械，其安全穩定運行直接決定著主、輔機系統的安全可靠性，所以其健康狀態至關重要。該公司風機出現頻繁的振動故障，經過專業組積極與設備廠家、高校教授討論解決之法，最終確定了風機轉子減重和機殼軸承室支撐強化的方案。該廠通過一臺風機換型改造取得顯著效果，相繼對另外三臺風機改造，換型后風機振動優良，徹底解決了引風機振動頑疾，保證了百萬機組生產效能和民生供暖工程的安全穩定，后續跟蹤風機軸承部件壽命及油系統工作狀態。