火力發電機組汽動引風機帶負荷軸振大原因分析與處理

張桂彬，胡志超，楊鑫，陳炳陽

（1.中國能源建設集團華中電力試驗研究院有限公司，湖南 長沙 410000；2.江門市新會雙水發電三廠有限公司，廣東 江門 529000）

引風機作為電廠的重要輔機，目前絕大多數為電力驅動，隨著機組容量的增大，為實現火力發電機組節能效果和經濟效益，降低廠用電率，汽動引風機得到了較為廣泛的應用，汽動引風機作為機組重要輔機其穩定運行尤其重要，對于單列重要輔機發電機組汽動引風機長期安全穩定運行直接決定了機組的可靠性。本文針對單列、背壓式汽動引風機帶負荷過程中小機軸振大現象進行故障診斷及優化處理。

1 概述

廣東省某超超臨界機組鍋爐為超超臨界參數、變壓運行直流爐，塔式結構，鍋爐引風機系統采用（40%容量）電動引風機及100%容量的汽動引風機。本工程引風機采用單列配置，采用背壓式小汽輪機驅動動葉可調軸流式引風機，并配1臺容量為40%THA 啟動用電動驅動動葉可調軸流式引風機。汽動引風機為動葉可調軸流式風機，引風機布置于除塵器后，水平進風，水平出風。汽動引風機控制方式有兩種，即動葉自動控制方式和轉速自動控制，調節爐膛負壓。風機動葉調節范圍30%～80%，風機第一階臨界轉速966r/min。詳見表1所示。

表1 引風機技術參數

小汽輪機為B9.43-5.25/1.0單缸、單軸、沖動式、上排汽背壓式引風機驅動汽輪機，工作汽源來自鍋爐低溫再熱器出口抽汽點之前，無啟動和調試汽源，汽輪機進汽采用提板式群閥結構的噴嘴調節用于工作汽源。進汽控制方式為兩側主汽閥進汽通過調節提板閥控制4個連桿滑閥順序開度向4個獨立的噴嘴腔室供汽。汽輪機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擴容器。小機轉速調節范圍4135～4800r/min，通過轉速比6.46:1齒輪箱傳動至引風機（640～743r/min）。詳見表2所示。

表2 引風機汽輪機技術參數

2 原因分析

2.1 汽動引風機投運狀態具體情況描述

汽動引風機沖轉至4200r/min過程中臨界轉速為1680r/min，振動最大113μm。機組負荷450MW以下運行，風機動葉開度在63%以下，小機轉速4200～4400r/min，小機軸振正常（最大90μm）。機組負荷580MW以上運行，風機動葉開度70%～75%，小機轉速4200～4300r/min，小機軸振維持130μm左右穩定，總風量降低時軸振下降至80μm左右。機組負荷450MW以上運行，每次協調控制變負荷時，小機軸振突然振動至120μm左右，待煙風系統穩定后，軸振下降至70μm左右保持平穩。小機軸振大時，調整降低其排汽壓力可減緩振動突增。小機維持恒定低轉速，爐膛負壓通過引風機動葉自動控制的運行方式能夠緩解小機軸振情況。小機遙控升速率有1000r/min2，更改為1200r/min2，提高響應及恢復速度；提高小機潤滑油試驗油膜對于軸振影響。小機軸振增大的同時引風機軸承振動由1.5mm/s上升至2.8mm/s。現場聽音、測振檢查，無金屬摩擦聲，最大蓋振5μm。

2.2 故障診斷

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。采用振動分析儀對汽動引風機進行振動數據采集。采集的振動數據可見小機1#、2#軸承振動頻譜圖中雙頻振動較大，轉子存在不平衡、松動引起的諧波。

2.3 轉子平衡性差

汽動引風機負載較高時，小機軸振增大至報警值以上；汽動引風機負載減小后，小機軸振下降恢復至正常值；汽動引風機負載變化較大，小機軸振增大至報警值以上；汽動引風機負載穩定，小機軸振穩定或者有下降趨勢。現場檢查分析認為，小機振動大的原因有以下幾點：（1）小機支持軸承頂隙偏大，轉子穩定性達不到預期效果。（2）小機轉子動平衡特性不佳。（3）供汽、排汽蒸汽參數調整，轉速與動葉控制方式、匹配度摸索。（4）提板閥連桿間隙檢查，開度順序對于噴嘴做工能力優化。

3 優化處理

針對以上原因分析進行汽動引風機軸振大進行調整處理，改善轉子平衡性，避開葉片共振轉速，主要方法有：（1）檢查1#、2#軸承的緊力是否滿足圖紙中0.02～0.05mm過盈的要求；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足圖紙0.03～0.08mm的要求；1#、2#軸承的頂隙，是否滿足圖紙中0.26～0.36mm要求。（2）檢查齒輪箱和汽輪機轉子的中心情況，應合格。（3）檢查汽缸滑銷系統、有無不正常移位，排汽管支（吊）架狀態是否正常。滑銷系統需無卡澀情況，排汽管支（吊）架狀態應無異常。（4）改變小機控制轉速范圍，避開共振區，轉速遙控范圍由4135～4800r/min更改為3950～4600r/min。（5）優化汽動引風機自動控制，即動葉開度大于75%后，動葉全開投入轉速控制；動葉自動控制，即轉速大于4500r/min后，維持高轉速恒定目標值投入動葉自動。（6）為了改善機組的振動，從提高轉子的穩定性方面，將閥序由目前的1-2-3-4調整為1-2-4-3（調換閥3和閥4的位置）。（7）嚴格運行操作控制。汽動引風機小機振動納入實時趨勢監視，加負荷或者工況變化過程，監視汽動引風機小機振動、調門開度、排汽壓力、進汽流量等參數。正常運行中，爐膛負壓控制方式為靜葉自動或轉速自動。引風機靜葉開度控制范圍在35%～100%,汽動引風機小機轉速控制范圍在3950～4600r/min。引風機小機振動明顯增加時，可切為手動控制爐膛負壓。正常運行中爐膛負壓設定值在-50Pa,嚴禁爐膛長時間冒正壓運行。如果因為引風機小機轉速或調門開度限制無法維持爐膛負壓，可減少送風總量。

加負荷時，維持引風機小機轉速不變，增加引風機靜葉，直至增加至75%以上,再提升引風機小汽機轉速。加負荷過程中汽動引風機小機振動超過80um，注意控制加負荷速率，并通過降低總風量，降低汽動引風機轉速，控制汽動引風機小機振動，如果小機振動上升超過150um時應立即開汽動引風機事故排汽進行控制。減負荷時，維持靜葉不變，降低引風機小汽機轉速，直至小汽機轉速減至3950r/min,再減小引風機動葉。

任何工況控制汽動引風機小機調門開度不超過85%,超過85%時應減小鍋爐風量，降低排汽壓力等手段進行控制，如果仍超過85%時，應申請加負荷進行控制，仍沒有效果時，可以手動開啟小機事故排汽進行控制，控制汽動引風機排汽壓力0.8～1.0MPa，維持排汽通暢。高負荷為防止汽動引風機小機振動突升，高于580MW負荷或汽動引風機轉速高于4550r/min時引風機靜葉和小機轉速應解自動，手動進行調整。

高負荷降負荷時，為防止引風機振動大，應先減引風機出力控制住振動后再減送風機出力，可短時間冒微正壓運行（+50Pa以內）。

4 結語

本文總結了汽動引風機軸振大的大部分原因，汽動引風機穩定運行情況直接影響著機組的安全運行，通過以上優化處理，消除火力發電機組汽動引風機帶負荷軸振大故障，保證了機組的長期安全穩定運行，提高了經濟指標，真正實現了行業的節能減排。