双级动叶调节轴流式一次风机振动分析及处理

闪恒杰 张道瑞 李瑞华 马向明 刘永胜 孙大伟

（1.华能沁北发电有限责任公司；2.神华国网能源电力检修工程有限公司；3.西安热工研究院有限公司）

双级动叶调节轴流式一次风机振动分析及处理

闪恒杰1张道瑞1李瑞华1马向明2刘永胜1孙大伟3

（1.华能沁北发电有限责任公司；2.神华国网能源电力检修工程有限公司；3.西安热工研究院有限公司）

某电厂三期1 000MW机组一次风机投产初期振动故障较为突出，风机无法正常运行。为彻底解决一次风机振动问题，检修人员使用PI系统及实时频谱分析仪对风机运行状态及振动频谱进行了综合分析，并对风机进行了全面解体检修，最终查明了导致风机振动异常的原因是机壳结构刚性不足，制定了改造方案，成功解决了风机振动异常的问题。

动叶可调；轴流风机；振动故障；刚性；蜗壳

0 引言

一次风机作为重要的火电机组辅机设备，具有工作风量小、风压高的特点。对于目前国内600MW以上的机组而言，所配置的一次风机绝大部分为高转速（1 490r/min）双级动叶可调轴流风机。由于双级动调轴流风机结构复杂，同时一次风机系统长期处于高压头工作环境，目前国内火电机组动调轴流一次风机的振动及噪声超标问题比较突出，严重的影响了机组的稳定运行[1]。

某电厂三期2×1 000MW机组配套一次风机采用GU23836-22型动叶可调双级轴流风机。自投产以来，该风机振动情况不理想，因振动大导致设备故障频发，对机组的安全稳定运行造成不利影响。检修人员通过对5号机组B一次风机振动原因进行层层剖析，利用排除法查找到了导致振动异常的根本原因，制定了改造方案，进行了现场实施，取得良好效果。经改造后的风机运行稳定，振动处于正常水平，为机组的安全稳定运行奠定了良好的基础。

1 机组设备概述

1.1 机组设备参数

某电厂总装机容量为4 400MW，一、二期为4× 600MW超临界机组，三期为2×1 000MW超超临界机组。三期5号、6号机组配套锅炉为某锅炉厂制造的超超临界本生滑压运行直流锅炉，每台锅炉配备两台双级动叶可调轴流一次风机。

5号、6号机组投产时配套设计安装的GU23836-22型一次风机，为采用德国KK&K技术的双级动叶可调轴流风机（参数见表1）。

表1 某电厂三期1 000WM机组一次风机特性参数图Tab.1 The performance of 1000MW unit primary fan

1.2 一次风机结构

GU23836-22型轴流一次风机采用双级叶片配置，利用液压油系统通过液压缸对两级工作叶片进行同步调节，改变风机出力。与离心风机和静叶调节轴流风机相比，结构相对复杂。

风机主要由定子部件、转子部件以及稀油站构成。稀油站包括油箱、油泵装置、双筒过滤器、冷却器、电加热器、仪表、管道和阀门等，稀油站的结构为整体式；转子部件包括叶轮毂装配、主轴承装配、联轴器、传扭轴、伺服控制装置等；定子部件包括进气箱、带整流罩和后导叶的风机壳、扩压器、膨胀节以及管路系统等，结构形式如图1所示。

图1 动叶可调双级轴流一次风机结构示意图Fig.1 The structure of two stage adjustable blade axial primary fan

2 一次风机振动故障情况说明

将5号机组B一次风机机壳及转子进行了返厂检修，一次风机返回现场回装完成后，对其进行试运行时，发现一次风机振动值明显偏高，其中X向（水平）振动4.4mm/s，Y向（垂直）振动5.7mm/s，垂直振动值已经超过了4.6mm/s的国家标准最大值。

随后，先后对5号机组B一次风机进行了本体解体检查、动平衡试验以及主轴承箱解体检查，发现一些问题：1）风机转子存在动不平衡；2）中间轴半联轴器止口部分损坏脱落，导致轴系中心出现偏移；3）风机轴承箱支座与外壳体之间支撑筋板存在微小裂纹；4）轴承箱内部伺服端轴承滚动体及轴承内圈存在明显划痕以及多个微小凹痕，部分凹痕已经出现轻微剥落现象，其余两套轴承滚动体及轴承内圈均有明显划痕；5）轴承箱轴套磨损严重，表面光洁度差。

在对上述缺陷进行处理并更换轴承箱内部三套轴承、两件轴套以及轴端密封件后，5号机组B一次风机X向振动降低到2.8mm/s，Y向振动降低到3.9mm/s，振动值降低至标准范围内，但仍偏高。

3 振动原因排除分析

对于风机振动问题，由于其影响因素比较多，在实际解决问题时，多采用排除法，依据影响振动的因素进行分类排除，直至找到最终原因。目前影响风机振动的主要因素有如下几个[2]。

1）由于风机本身设备问题，造成风机高速旋转时局部部件振动或产生不稳定的偏心力破坏风机动平衡[3～4]。

2）风机气动性能与系统不匹配，风机实际运行中发生失速问题，引发抢风或喘振等不稳定工作状态[5～6]；

3）由于系统变化或者风机设备设计不合理，造成的风机本身固有频率与系统气流脉动频率产生共振，增加风机设备的气流冲击产生额外受力[7～8]。

1）如前节所述5号机组B一次风机机壳及转子已经进行了返厂检修，并在现场进行了本体及主轴承箱的解体检修和动平衡试验调整。经过以上检修工作后，一次风机振动值有一定下降，但仍偏高，这说明对于5号机组B一次风机而言，动不平衡和风机轴承故障是导致风机振动超标的原因之一，但一次风机振动还有其他问题有待解决[9]。

2）5号机组B一次风机检修期间，为保证风机基础牢固，检修中对风机基础二次灌浆进行破除，更换了基础底板及下部垫铁。风机基础的制作与安装过程严格按照相关规定进行施工与验收。机组启动后，测量风机基础振动小于10μm，基本可以排除基础问题[10]。

3）通过PI系统对风机运行参数进行统计分析，5号机组运行中两侧一次风机电流基本一致，电流与压力没有出现大幅度脉动情况，同时就地观察风机进、出口管道也没有出现剧烈振动现象，且风机失速报警装置未动作，说明一次风机运行中未发生失速问题[11]。

通过对风机进行全面的解体检修及细致的动平衡工作，振动情况有所改善，能维持运行但仍未达到良好的振动水平，这说明通过常规的分析及处理，不能彻底解决该型风机的振动问题，必须查找深层原因。

为了进一步深入分析振动原因，风机运行期间使用实时频谱分析仪对风机进行了振动频谱测试（见图2），由图2可以看出，风机的振动除1倍频分量外，22倍频分量也较高。对22倍频分量进行分析，22倍频为该风机的叶片通过频率，造成其分量较高的原因主要有：叶片角度不一致或叶片损伤；转子支撑刚度不足产生扰动、气流引起的叶片共振；管网特性曲线与风机工作特性曲线不匹配等[12]。

图2 5号机组B一次风机振动频谱Fig.2 Vibration frequency spectrum of No.5 B primary fan

结合5号机组B一次风机前期整改情况以及本次频谱分析数据，可确定目前风机振动值较高的原因为机壳结构刚性不足，尤其是轴承箱支撑厚法兰处刚性差，导致运行中转子扰动，将振动传递至叶轮处，振动被放大引起叶片通过频率分量较大。

借鉴本次5号机组B一次风机振动故障的处理经验，使用实时频谱分析仪对三期其余三台一次风机振动频谱进行了采集，发现22倍频振动分量较高是一个共性问题。由此，可确定该型风机存在设计缺陷，其机壳结构刚性不足是导致振动异常的根源。

4 处理方案及改善效果

4.1 处理方案

对目前一次风机的机壳进行改进，主要增加轴承箱支撑厚法兰的刚性，同时对壳体其他部位进行适度加强，提高壳体整体的结构刚性，同时改变机壳本身固有频率。通过与设备厂家的多次沟通，最终确定了机壳的改进方案（见图3）。结合现场实际，将新型机壳配装在6号机组B一次风机。

图3 一次风机新机壳改进示意图Fig.3 Improved volute of primary fan

4.2 改善效果

6号机组B一次风机机壳更换后，运行状态稳定。风机在正常运行、启动以及负荷调峰时，其振动值基本保持在1.0～1.5mm/s之间。与修前振动值（X向振动2.7、Y向振动4.0）相比，振动情况明显改善，为三期同类型风机最优，处于国内同类风机正常水平。

5 经验总结

1）双级动调一次风机由于其风机本身结构复杂，风机局部设备的损坏会对风机稳定运行特别是振动产生很大的负面影响，建议做好风机的日常维护工作，同时针对风机异常情况及时进行相关检修工作。

2）由于一次风系统风压较大，一次风机在设计制作时，不仅应注意风机本体转动部分（如叶片轮毂）的频率共振问题，而且还要注意静子部分（如机壳、支腿、进气箱等）的刚性强度，避免在气流脉动的作用下，产生额外的扰动，影响风机振动。

3）一次风机振动问题是影响火电机组稳定运行的主要因素之一，双级动叶可调轴流一次风机由于其结构复杂，可能会有多种因素共同作用，因此在实际解决问题过程中，应对振动原因进行逐一排查，最终找到导致振动的根源，方能彻底解决。

[1]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.

[2]何勇，安源胜，武红霞.旋转机械的故障诊断[J].风机技术，2007 (6):67-68.

[3]凡非龙，宣海军.大型风机现场整机动平衡系统的研发[J].风机技术，2015，57(2):79-84.

[4]卢国亮.锅炉引风机运行中常见故障原因分析及其处理[J].中国科技博览，2010(26):96-96.

[5]刘家钰，阮苗英.防止锅炉一次风机“抢风”技术措施[J].风机技术，2014(1):75-77.

[6]张劲，刘俊伟，肖先奎.电站轴流风机失速综述及对策[J].风机技术，2015，57(4):84-89.

[7]陈虹微，王荣杰.风机振动分析与处理[J].噪声与振动控制，2007，27(2):49-52.

[8]刘家钰.电厂锅炉一次风机异常振动试验研究[J].风机技术，2003(5):40-44.

[9]钱小文.一次风机振动故障诊断与处理[J].风机技术，2002(6): 44-47.

[10]张卫军，丁浩，薛勇.电厂引风机振动故障诊断及处理[J].风机技术，2010(6):65-68.

[11]董彬.HU25038-22型双级动叶可调风机失速分析与控制措施[J].电气技术，2015(1):64-67.

[12]何大方.大容量轴流风机振动跳变故障诊断及处理[J].风机技术，2013(1):86-88.

Analysis and Treatment of Vibration for an Adjustable Primary Axial Fan

Heng-Jie Shan1Dao-rui Zhang1Rui-hua Li1Xiang-ming Ma2Yong-sheng Liu1Da-wei Sun3
（1.Hua Neng Qin Bei Power Generation Co.,Ltd.;2.Shen hua Guo neng Electric Maintenance Engineering Co.,Ltd.；3.Xi’an Thermal Power Research Institute）

A primary fan can experience vibration faults during operation in a thermal power plant.API system and frequency spectrum analysis instrument have been used to identify the reason for the vibration.After analyzing the operating status,vibration frequency spectrum and after the disassembly of the fan,the reason of vibration was found to be that the volute stiffness is too low.After changing the volute,the vibration amplitude of the axial fan was kept between 1.0mm/s～1.5mm/s.

adjustable vane，axial fan，vibration fault，stiffness，volute

TH432.1；TK05

1006-8155（2017）02-0083-04

A

10.16492/j.fjjs.2017.02.0015

2016-11-11 河南 济源 459012