火电厂动叶可调轴流风机采用机械振动故障诊断技术解决实际故障的案例研究

火电厂动叶可调轴流风机采用机械振动故障诊断技术解决实际故障的案例研究

贺恩泽

中煤新集利辛发电有限公司   236744

摘要：本文通过介绍某电厂送风机高负荷阶段振动偏大采用处理案例，说明转动机械振动故障诊断技术与现场实际工程经验相结合的处理方案，能够兼顾电厂实际，得到较为理想的解决效果。本文的研究可为大型轴流风机振动偏大问题的研究和处理提供参考依据。

关键词：动叶可调轴流风机，高负荷，振动超标，装配标准

1、概述

随着火力发电厂大容量、高参数机组的发展趋势，轴流风机以其结构紧凑、调节效率高、风量大且反风性能优良等特点而被广泛应用于电力、矿山、地铁或隧道等行业。目前我国单机容量超过300MW及以上大型火电机组普遍选择轴流风机作为平衡通风设备。振动状态是设备设计制造、安装检修和运行维护水平的综合反映。振动水平是衡量机械设备能否持续可靠运行的重要指标。鉴于轴流风机本身的工作原理及工作特性，振动问题一直是影响轴流风机安全运行的主要问题之一。

当转动机械设备运行中出现故障时，往往会引起其主要参数的变化，如振动值，温度值，声音强度，出力大小，油质品级等参数变化。由于电厂转动设备对于机组发电的重要程度，当故障设备在运行状态无法及时解体检查维修时，可以根据这些主要参数的变化，结合转动机械工作原理及特点，可采取振动故障诊断法、油液分析诊断法、超声波诊断法等非拆解方法来诊断故障原因。而实际经验表明，大多故障都会表现在振动状态的改变。因此振动故障诊断法是目前电厂转动设备故障非拆解诊断的最主要方法。一般来说振动频率范围及对应的振动特征和现象如表1：电厂转动机械振动常见故障及对应频率

表1：电厂转动机械振动常见故障及对应频率

根据专业研究领域的不同，上表内容可以进一步细化。然而，在转动机械设备故障运行的非拆解状态下，尤其像电厂大型汽轮机、大型动叶可调轴流风机等结构较为复杂的转动机械设备，要真正做到准确诊断出振动偏大原因，除具有先进的振动故障诊断分析外，有关异常振动机理方面的知识和丰富的现场维护检修经验也是必不可少的。从国内很多电厂处理结构较为复杂的大型转动机械设备振动故障过程来看，往往是振动故障诊断结合现场实际检修经验排查相结合，才最终确定了振动原因，从而有效处理了疑难振动问题。以下是某电厂送风机高负荷阶段振动偏大采用处理案例，说明转动机械振动故障诊断技术与现场实际工程经验相结合的处理方案，能够兼顾电厂实际，得到较为理想的解决效果。

某火力发电公司2×1000MW超超临界机组1#炉（型号：SG-2918/29.3-M7006 ）B送风机采用成都凯凯凯电站风机有限公司生产的单级动叶可调轴流风机。风机相关参数如表2（列表中参数由厂家设备资料提供）所示。

表2 某火电厂2×1000MW机组#1炉B风机相关参数

#1炉B送风机于2015年3月份开始生产及安装，2016年8月份正式通过168h试运行转入生产服役。该风机在168h试运期间，随着动叶开大机组负荷上升，轴承组装配在线监测水平振动上升，当动叶开度超过45%（机组负荷约950MW以上），振动速率超过4mm/s报警值，且持续上升，动叶开度50%时，水平振速值达到7.5mm/s，且送风机出口后导叶及扩散段上机壳振动剧烈。期间轴承组装配垂直监测振速从1-2mm/s 略有上升。

2、 振动数据在线监测分析

2017年初， 为确定风机轴承组装配振动偏大原因，特对1B送风机进行了振动频谱分析。在风机运行状态，动叶分别在0%-50%开度下对转子轴承组装配对应机壳振动频谱进行在线测量分析(图1点3)。测试用仪器为本特利公司制造的便携式振动测试仪，配以本特利9200速度传感器及Velomitor速度传感器。测点安装示意图如图1：

图1

备注：在现场实测分析时，对图1（A、3、B、C、D）均进行了监测分析，根据本文侧重内容只把测量点3的数据罗列如表3，以便分析讨论。

表3 1B送风机轴承组装配对应机壳处水平、垂直方向（测点3）振动测试数据（单位：mm/s）

通过实验数据及频谱分析可知，风机轴承组装配通频振动主要以高倍频（22倍频 370HZ）振动分量为主，且含有部分不太突出的多倍频振动分量，1倍频振动稳定。由此可以基本排除转子平衡和中心偏差故障因素的影响，结合风机出口后导叶段及扩散段机壳振动剧烈情况，主要从以下几个方面进行排查处理。

1、动叶方面存在缺陷。如动叶开度不一致、个别叶片松动或角度偏差（包括动叶控制组件存在缺陷）、叶片磨损；

2、出口后导叶及扩散段风道缺陷。如风机进、出口风道设计缺陷，或风道内存在改变原流态缺陷（如进口导流板变形、脱落；进、出口风门开度异常等）；

3、由于存在不太突出的多倍频振动分量，轴承组装配间隙不符合要求也是考虑的因素；

3、 初步检查处理过程简介

3.1 首先对22片动叶角度进行测量对比，未发现明显角度偏差；按照图纸要求扭力检查复紧叶柄轴螺栓，均满足要求，未见松动；动叶开关灵活、未见明显迟滞和卡涩问题。

3.2参照本2×1000MW项目其它三台送风机运行状态均正常，排除进出口风道尺寸设计问题的可能。 对后导叶进出口角度仔细核对，未见异常。通过着色检查确认后导叶焊缝和内芯筒支撑焊缝完好无裂纹，检查均无异常。

施工人员在检查中发现本2×1000MW项目两台机组的四台送风机扩散段上下机壳法兰结合内侧面都采用现场焊接，导致外部法兰螺栓紧力作用有限。另外扩散段内芯筒支撑板采用δ=10mm锰钢板支撑，强度较弱。在综合分析决策下，决定对1B送风机扩散段上下机壳内法兰焊缝进行补焊加固，并将法兰外部紧固螺栓全部更新成高强度螺栓复紧。另外还将内芯筒下支撑更换为δ=16mm锰钢板。

1B送风机经过以上处理后，再次启动试运，发现出口机壳和扩散段机壳振动显著降低，改善效果较为明显，说明对支撑的改造是成功的。但是动叶对应机壳振动数据基本无大的变化，数据下表4。由此说明，转子在高负荷时段振动的根本原因还是未找到。

表4 1B送风机轴承组装配对应机壳处水平、垂直方向（测点3）振动测试数据 （单位：mm/s）

3.3 2017年10月份利用机组停运检修时机，对1B送风机进行解体检查，检查动叶传动机构油缸、滑块、调节盘等均未发现明显异常，测量轴承组游隙偏大，更换轴承组。转子按照习惯标准方式组装恢复后，试运行振动没有明显改善，短时间内1B送风机只能限制出力运行。

4、 有效处理过程及原因分析

4.1 有效处理过程

2018年10月份，在机组首次停运B修过程中，按照既定项目对1B送风机轴承箱装配与机壳底座结合面检查。发现承箱装配驱动端与机壳底座右侧结合弧面存在0.10mm间隙，左侧对应处间隙0.03mm，底部弧面间隙0mm； 非驱动端（叶轮侧）底座弧面左右间隙均为0.05mm，底部弧面间隙为0.03mm；轴承箱装配法兰与底座共有8颗轴向M24X130高强度紧固螺栓，紧力值都达到670N.M要求。

现场技术人员将轴承箱装配整体起吊一定高度检查时发现，驱动端右侧机壳底座弧面（与右侧水平中分面约8cm弧长距离处）有一凸起金属毛刺，对该金属毛刺进行打磨去除。之后对轴承箱装配与机壳底座弧面两侧间隙进行重新调整，使驱动端和非驱动端左右两侧弧面间隙均达到0.05mm，底部间隙为0mm，紧固连接螺栓紧力到670N.M。后复查轴承箱侧对轮中心存在0.11mm轴向张口偏差，对空心轴两侧对轮间隙重新找正，使张口偏差

≤0.03mm。检修结束试转情况记录如下表。

表5 1B送风机检修试运振动值（单位：mm/s）

通过试转发现1B送风机动叶开度≥60%时，轴承箱装配≤1.5 mm/s，对应机壳振动≤1.8mm/s，完全符合安全运行振动烈度要求。

4.2 原因分析

火电厂大型轴流风机轴承箱装配与机壳底座采用弧面接触，半法兰加轴向高强度螺栓拉紧式固定。当轴承箱底座弧面接触不良，存在较大间隙或间隙不符合要求时，尤其是当多处间隙均不达标时，轴承箱装配整体支撑情况呈复杂的不平衡受力状态。由本文案例可以看出，当支撑力不足点位于水平中分面附近时，对水平振动影响较为明显。    由于有轴向高强度螺栓的拉紧力作用，在风机出力较小的情况下，气流通过轴承对轴承箱装配的反作用力不够明显。随着风机出力（动叶开度）增大，气流的反作用力超过了轴承箱装配不平衡支撑力的影响时，轴承箱装配会产生强力激振，此时振动会表现为高频振动分量占据主要。因此当存在振动分量以高倍频为主时，轴承箱装配及轴承间隙因素的影响不可忽略。

目前国内主流大型轴流风机生产厂家一般采用转子装配和上下机壳装配总装后整体出厂，因在车间组装完成，相关装配技术标准可以有效保证。但在基建或者检修现场，由于受到多钟复杂场地条件因素的限制，或者装配图纸资料不全的影响（部分零部件的装配间隙厂家会有技术保密），相关的装配标准很难明确和达到要求。因此提前全面掌握相关的技术装配标准，并严格达标非常重要。

5、 结论

本文通过电厂送风机高负荷状态振动偏大研究和处理实例，说明转动机械振动故障诊断技术与现场实际工程经验相结合的处理方案，能够兼顾电厂实际，得到较为理想的效果。本文的研究可为大型轴流风机振动偏大问题研究和处理提供参考依据。论文得到的主要结论如下：

（1）在处理电厂大型轴流风机振动故障问题时，使用转动机械振动故障诊断技术与现场实际工程经验相结合，能够取得理想的实际效果。

（2）当风机轴承箱装配组偏大振动主要为通过频率分量时，除了对叶片、叶轮部件故障排查外，还需要结合检修经验标准，对轴承箱装配组与底座安装配合间隙进行详细检查。

（3）同一台风机不同的部件振动偏大问题，往往需要分别检查排除。对于出口后导叶及扩散段机壳振动偏大的检查排除，机壳法兰结合强度及内芯筒支撑强度的检查不可忽视。

（4）基建工程或检修施工中，应全面掌握技术标准，按照标准要求施工验收。丰富的实际检修工程经验，对风机振动故障原因的排查确诊非常重要。

参考文献：

[1]张学延 张卫军 何国安 火电厂转动机械振动诊断及治理技术[M].北京:中国电力出版社,2019.07

[2]王国彪 何正嘉 陈雪峰 赖一楠 机械故障诊断基础研究“何去何从”[J]  机械工程学报 2013.01.063

[3]高金青．高速涡轮机械振动故障机理及诊断方法的研究．[博士论文]，1993

[4]《安徽利辛板集电厂1号炉B送风机振动测试及故障诊断报告 》  国网安徽省电力公司电力科学研究院 2019.09  内部资料

[5]《国投新集电力利辛板集电厂一期2X1000MW机组工程送风机监理报告》．内部资料．

[6]成都凯凯凯电站风机有限公司．GU16040-01送风机图纸．成都凯凯凯电站风机有限公司提供．

作者简介：

作者姓名：贺恩泽  电力工程工程师 、注册安全工程师、锅炉辅机检修高级技师