火力发电机组汽动引风机带负荷轴振大原因分析与处理

2022-12-12张桂彬胡志超杨鑫陈炳阳

中国设备工程 2022年23期

张桂彬，胡志超，杨鑫，陈炳阳

（1.中国能源建设集团华中电力试验研究院有限公司，湖南长沙 410000；2.江门市新会双水发电三厂有限公司，广东江门 529000）

引风机作为电厂的重要辅机，目前绝大多数为电力驱动，随着机组容量的增大，为实现火力发电机组节能效果和经济效益，降低厂用电率，汽动引风机得到了较为广泛的应用，汽动引风机作为机组重要辅机其稳定运行尤其重要，对于单列重要辅机发电机组汽动引风机长期安全稳定运行直接决定了机组的可靠性。本文针对单列、背压式汽动引风机带负荷过程中小机轴振大现象进行故障诊断及优化处理。

1 概述

广东省某超超临界机组锅炉为超超临界参数、变压运行直流炉，塔式结构，锅炉引风机系统采用（40%容量）电动引风机及100%容量的汽动引风机。本工程引风机采用单列配置，采用背压式小汽轮机驱动动叶可调轴流式引风机，并配1台容量为40%THA 启动用电动驱动动叶可调轴流式引风机。汽动引风机为动叶可调轴流式风机，引风机布置于除尘器后，水平进风，水平出风。汽动引风机控制方式有两种，即动叶自动控制方式和转速自动控制，调节炉膛负压。风机动叶调节范围30%～80%，风机第一阶临界转速966r/min。详见表1所示。

表1 引风机技术参数

小汽轮机为B9.43-5.25/1.0单缸、单轴、冲动式、上排汽背压式引风机驱动汽轮机，工作汽源来自锅炉低温再热器出口抽汽点之前，无启动和调试汽源，汽轮机进汽采用提板式群阀结构的喷嘴调节用于工作汽源。进汽控制方式为两侧主汽阀进汽通过调节提板阀控制4个连杆滑阀顺序开度向4个独立的喷嘴腔室供汽。汽轮机排汽蒸汽至除氧器加热或低压供热母管，事故排汽至凝汽器疏水扩容器。小机转速调节范围4135～4800r/min，通过转速比6.46:1齿轮箱传动至引风机（640～743r/min）。详见表2所示。

表2 引风机汽轮机技术参数

2 原因分析

2.1 汽动引风机投运状态具体情况描述

汽动引风机冲转至4200r/min过程中临界转速为1680r/min，振动最大113μm。机组负荷450MW以下运行，风机动叶开度在63%以下，小机转速4200～4400r/min，小机轴振正常（最大90μm）。机组负荷580MW以上运行，风机动叶开度70%～75%，小机转速4200～4300r/min，小机轴振维持130μm左右稳定，总风量降低时轴振下降至80μm左右。机组负荷450MW以上运行，每次协调控制变负荷时，小机轴振突然振动至120μm左右，待烟风系统稳定后，轴振下降至70μm左右保持平稳。小机轴振大时，调整降低其排汽压力可减缓振动突增。小机维持恒定低转速，炉膛负压通过引风机动叶自动控制的运行方式能够缓解小机轴振情况。小机遥控升速率有1000r/min2，更改为1200r/min2，提高响应及恢复速度；提高小机润滑油试验油膜对于轴振影响。小机轴振增大的同时引风机轴承振动由1.5mm/s上升至2.8mm/s。现场听音、测振检查，无金属摩擦声，最大盖振5μm。

2.2 故障诊断

根据机械振动理论，当机械系统的激励力频率和系统的某阶固有频率相接近时，系统的振幅将显著增大，产生共振，系统会受到很大的交变应力，容易使叶片产生裂缝甚至造成断裂。采用振动分析仪对汽动引风机进行振动数据采集。采集的振动数据可见小机1#、2#轴承振动频谱图中双频振动较大，转子存在不平衡、松动引起的谐波。

2.3 转子平衡性差

汽动引风机负载较高时，小机轴振增大至报警值以上；汽动引风机负载减小后，小机轴振下降恢复至正常值；汽动引风机负载变化较大，小机轴振增大至报警值以上；汽动引风机负载稳定，小机轴振稳定或者有下降趋势。现场检查分析认为，小机振动大的原因有以下几点：（1）小机支持轴承顶隙偏大，转子稳定性达不到预期效果。（2）小机转子动平衡特性不佳。（3）供汽、排汽蒸汽参数调整，转速与动叶控制方式、匹配度摸索。（4）提板阀连杆间隙检查，开度顺序对于喷嘴做工能力优化。

3 优化处理

针对以上原因分析进行汽动引风机轴振大进行调整处理，改善转子平衡性，避开叶片共振转速，主要方法有：（1）检查1#、2#轴承的紧力是否满足图纸中0.02～0.05mm过盈的要求；轴承轴颈与瓦面的接触带是否均匀且接触带平行；轴承球面间隙是否满足图纸0.03～0.08mm的要求；1#、2#轴承的顶隙，是否满足图纸中0.26～0.36mm要求。（2）检查齿轮箱和汽轮机转子的中心情况，应合格。（3）检查汽缸滑销系统、有无不正常移位，排汽管支（吊）架状态是否正常。滑销系统需无卡涩情况，排汽管支（吊）架状态应无异常。（4）改变小机控制转速范围，避开共振区，转速遥控范围由4135～4800r/min更改为3950～4600r/min。（5）优化汽动引风机自动控制，即动叶开度大于75%后，动叶全开投入转速控制；动叶自动控制，即转速大于4500r/min后，维持高转速恒定目标值投入动叶自动。（6）为了改善机组的振动，从提高转子的稳定性方面，将阀序由目前的1-2-3-4调整为1-2-4-3（调换阀3和阀4的位置）。（7）严格运行操作控制。汽动引风机小机振动纳入实时趋势监视，加负荷或者工况变化过程，监视汽动引风机小机振动、调门开度、排汽压力、进汽流量等参数。正常运行中，炉膛负压控制方式为静叶自动或转速自动。引风机静叶开度控制范围在35%～100%,汽动引风机小机转速控制范围在3950～4600r/min。引风机小机振动明显增加时，可切为手动控制炉膛负压。正常运行中炉膛负压设定值在-50Pa,严禁炉膛长时间冒正压运行。如果因为引风机小机转速或调门开度限制无法维持炉膛负压，可减少送风总量。

加负荷时，维持引风机小机转速不变，增加引风机静叶，直至增加至75%以上,再提升引风机小汽机转速。加负荷过程中汽动引风机小机振动超过80um，注意控制加负荷速率，并通过降低总风量，降低汽动引风机转速，控制汽动引风机小机振动，如果小机振动上升超过150um时应立即开汽动引风机事故排汽进行控制。减负荷时，维持静叶不变，降低引风机小汽机转速，直至小汽机转速减至3950r/min,再减小引风机动叶。

任何工况控制汽动引风机小机调门开度不超过85%,超过85%时应减小锅炉风量，降低排汽压力等手段进行控制，如果仍超过85%时，应申请加负荷进行控制，仍没有效果时，可以手动开启小机事故排汽进行控制，控制汽动引风机排汽压力0.8～1.0MPa，维持排汽通畅。高负荷为防止汽动引风机小机振动突升，高于580MW负荷或汽动引风机转速高于4550r/min时引风机静叶和小机转速应解自动，手动进行调整。

高负荷降负荷时，为防止引风机振动大，应先减引风机出力控制住振动后再减送风机出力，可短时间冒微正压运行（+50Pa以内）。