1 000MW机组动叶可调轴流引风机振动分析及处理

陈华民 侯百荣/成都电力机械厂

1 000MW机组动叶可调轴流引风机振动分析及处理

陈华民 侯百荣/成都电力机械厂

0 引言

某电厂二期扩建工程燃煤机组（2× 1 000MW）燃煤机组每台锅炉配置了两台动叶可调轴流引风机，风机型号为HU28050-22。其中一台引风机因叶片磨损严重而导致风机振动偏大，于6月返回风机制造厂家进行检修。在检修中更换了磨损严重的叶片、已失效的主轴承和芯轴等部件，并在制造厂家进行了转子试运转，轴承振动和轴承温升正常。在6月27日返回现场回装后投入发电运行：主机负荷1 000MW时，水平振动为1.40mm/s，垂直振动为2.0mm/s。但是于6月30日，风机轴承振动开始逐步上升。

1 设备结构介绍和主要参数

风机结构如图1所示，通过中间轴将电机输出的机械能传给I级叶轮毂，I级叶轮毂带动I级叶片将机械能转化成压力能，同时也将机械能传递给主轴，主轴将机械能传给II级叶轮毂，II级叶轮毂带动II叶片将剩余的机械能转化成压力能[1]。

图1 风机结构示意图

风机主要参数见表1。

表1 风机参数表

2 事故过程和现场数据收集

事故发生后，通过查询DCS等资料，可知：风机轴承振动于6月30日开始逐步上升，至7月6日水平振动上升至4.60mm/s，垂直振动上升至4.2mm/s，而且呈上升趋势（见图2）；但是风机主轴承温度并没有明显变化（见图3）。

图2 风机主要参数趋势图

图3 风机轴承温度趋势曲线图

7月6日，在风机运行过程中，风机厂家在振动分析工程师用手持式振动仪在叶轮外壳上的测振点A和测振点B（见图1）测得的数据见表2，测振点A和测振点B的频谱图分别见图4和图5，可知本次风机振动主要为高频振动。

3 计算频率

为便于分析事故原因，风机转子的回转频率和滚动轴承的故障特征频率的计算见表3[2-3]。

表2 机壳振动值表

图5 测振点B的频谱图

表3 风机主轴的回转频率和滚动轴承的故障特征频率计算表

4 分析诊断

从振动诊断的角度来看，风机具有以下特点：1）风机是一种旋转机械因而有不平衡、不对中之类的故障；2）风机是一种流体机械有失速、喘振存在的可能性；3）风机受工作环境的影响，经常造成叶片的磨损，输入的介质还可能粘附在转子上形成随机变化的不平衡。基于上述特点，风机的振动可分为7种类型，见表4[4-5]。

表4 风机振动类型表

根据上述参数和振动分类，可用排除法进行分析本次风机振动偏大原因：

1）由于振幅大的频率均为高频，而基础不牢的故障特性频率为风机旋转频率；同时考虑风机检修前振动均为正常，现场也重新预紧所有基础螺栓，故可排除基础不牢的原因。

2）风机厂家重新核算了风机的临界转速，确定风机的I级临界转速是970r/min，所以排除风机转速接近临界转速的可能[6]。

3）根据图2可知，本风机的轴承振动与叶片开度无关，故可排除风机喘振原因[7]。

4）风机大修时已重做动平衡，现场检查风机转子，也未发现磨损、积垢等影响转子平衡问题，且本次振动与转子不平衡的特征频率为低频的特点不符，故也可以排除是转子不平衡的原因[8]。

5）事故发生后，第一时间核实了转子对中问题，均满足风机生产厂家的设计要求，且根据图4和图5可知，本次振动均为高频振动，与不对中的特征频率一般为旋转频率的2倍或3倍的特点相违背，即排除不对中的可能[9]。

6）事故发生后，风机制造厂家已在现场重新预紧所有连接部件，但是风机振动仍然超标，故也可以排除部件松动原因。

7）将风机振动频率与轴承特征频率比较，发现测振点A和B的几个振幅高峰值所对应的频率与轴承内圈故障频率或轴承外圈故障频率成比列关系：fA1≈17fo，fA2≈18fo，fA4≈12fi≈16fo，fB2≈12fi≈16fo，fB4≈19fo；同时振动的振幅在水平、垂直和轴向都较大，与轴承损坏的振动特征较符合[10]。故可初步判断轴承失效，且轴承内圈或外圈失效点较多。

5 轴承失效的分析及研究

根据以上的分析诊断，决定停机解体主轴承装配，检查主轴承。风机转子于7月10日返回风机生产厂家进行检查，发现2套滚子轴承内圈滚道和部分滚子有平行于轴向的褐色凹槽（见图6和图7）。对比ISO15243-2004或GB/T24611-2009标准中轴承因电流泄漏形成的波纹凹槽现象（见图8），可确定造成该2套轴承失效的原因为轴承通过持续电流[11]。由于风机本体及配套设备能产生电流的有主电机、冷却风机用低压电机、油站用低压电机、电动执行器及风机仪表箱，故逐一检查以上设备漏电的可能，确认主电机产生了不正常的轴电流，最大约10V。故本次事故为主电机漏电，导致风机主轴承通过持续电流而失效所致。

图6 滚子轴承内圈滚道平行于轴向的褐色凹槽图

图7 滚子轴承滚子平行于轴向的褐色凹槽图

图8 ISO 15243-2004或GB/T24611-2009标准中轴承因电流泄漏形成波纹凹槽图

6 总结

风机轴承是风机的关键设备，轴承失效的最主要原因都是外在因素导致的[12-13]。设备运行时，需防止有外在电流通过设备。在安装设备时，如果需要使用电焊，需注意焊接接地等保护措施，防止损坏轴承[14]。在更换新的主轴承及处理了主电机漏电问题后，风机至今一直良好运行，风机轴承振动趋势曲线稳定，现场无异常声音，风机轴承水平振动最大为1.20mm/s，垂直振动最大为0.9mm/s。

[1]屈绍山，王亚娟.风机振动故障的判断[C].全国火电100～200MW级机组技术协作会2009年年会论文集，2009.

[2]王凤良，富学斌，许志铭.发电厂一次风机异常振动故障诊断及处理[J].风机技术，2014（3）：88-92.

[3]杨绍宇.脱硫增压风机振动故障分析与处理[J].风机技术，2010（2）：73-76.

[4]姬广勤，徐兴科.引风机振动故障的诊断与分析[J].风机技术，2006（6）：51-55.

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[6]陈莲芳，徐夕仁.风机振动故障诊断及处理[J].热能动力工程，2014（Z1）：156-158.

[7]白晖宇，朱瑞，孟光.透平压缩机转子系统常见振动故障分析及处理[J].风机技术，2012（4）：85-88.

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[9]行志刚，绳飘，郭燕飞.矿用通风机状态监测与故障诊断[J].风机技术，2007（4）：80-82.

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[11]李海奇，杨絮.滚动轴承失效类型及痕迹特征[J].风机技术，2008（6）：78-80.

[12]李斌.风机异常振动故障的诊断与治理[J].风机技术，2010（3）：80-82.

[13]张小科，卢一兵，罗剑斌，等.300MW机组引风机并列运行中振动故障诊断处理[J].风机技术，2014（5）：80-83

[14]杨国安主编.旋转机械故障诊断实用技术[M].北京：中国石化出版社，2012.

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对某1 000MW机组动叶可调轴流引风机振动超标问题进行分析，确定造成振动超标的根源是主轴承损坏，在更换主轴承后，问题得到了解决。

轴承；振动；分析

Vibration Analysis and Solution of Rotor Blade Adjustable Axial Induced Draft Fan for 1000MW Thermal Power

ChenHuamin,HouBairong/Chengdu Power Machinery Factory

bearing;vibration;analysis

TH452；TK05

A

1006-8155（2015）02-0091-04

10.16492/j.fjjs.2015.02.154

2014-12-10四川成都610045

Abstract:This paper analyzes the excessive vibration in a rotator blade adjustable axial induced draft fan for 1 000MW thermal power to make sure that the cause of vibration is the damage of main bearing，and the vibration problem is solved after exchanging the main bearing.