660 MW空冷機組空冷島風機振動大的研究與治理

張精橋，張 研

(陜西國華錦界能源有限責任公司，陜西 榆林 719319)

1 概述

某電廠2臺660 MW機組空冷島的風機安裝在45 m空冷島鋼結構平臺上，空冷島按2個機組設置，形成2個獨立結構單元。每臺機組設置空冷風機56臺。空冷島鋼結構平臺布置在傘狀支撐的45 m鋼結構平臺上，平臺上設置風機橋架，用來安裝大直徑風機，在風機葉片周邊安裝導流風筒。風筒固定在八角環梁上，葉片下防護網用螺栓固定在風筒底部。

機組運行以來，運行巡檢及設備點檢人員發現空冷風機在運行過程中，不斷出現風筒大刀片與八角梁連接螺栓斷裂和脫落現象，雖然經過治理，但效果不太明顯，對機組安全及人員巡檢產生較大隱患。

為診斷故障原因以及制定可行技術方案，需對風機設備、平臺機架等進行現場調查、振動測試和振動分析工作。

2 風機振動測試試驗

2.1 測試目的

a.檢測振動是否超標；

b.檢查是否有共振現象；

c.找到風筒振動最大關聯性因素；

d.通過計算得到脫落螺栓連接面處的最大剪力及剪力幅。

2.2 測試單元選取

根據該電廠2臺660 MW工程空冷島風筒大刀板及護網螺絲斷裂、松動情況表，結合2次螺栓斷裂松動調查情況及之前做過的空冷島鋼結構平臺振動測試結果，在1號機組和2號機組中共選擇16個冷卻單元作為測試對象，分別為1號機組1-1、1-5、1-7、2-2、3-3、4-4、4-5、5-3、6-3、7-2、7-4、8-6；2號機組1-1、2-2、3-3、4-3。測試風筒單元分布示意見圖1。

圖1 測試風筒單元分布示意

2.3 測試儀器

測試儀器有:

a.奧地利DEWETRON公司的40通道動態信號測試系統；

b.美國DYTRAN和瑞士KISTLER高精度振動加速度傳感器40只；

c.北京東方振動和噪聲技術研究所INV306S2型16通道動態信號測試系統；

d.哈爾濱地震局工程力學研究所941-B型超低頻位移、速度、加速度傳感器16只。

2.4 測試方案

測試風機工作時各測點的振動參數，測試包含x、y、z3個方向的振動速度。

測試情況包括以下工作狀況:首先對風筒單元測量其風筒在風機單獨運行狀態下各個運行頻率時的振動情況，即分別為15 Hz、25 Hz、35 Hz、40 Hz、45 Hz、50 Hz、55 Hz運行頻率時的振動情況；然后對該風筒單元，測量當其所在機組所有風機一起運行的情況下，該單元風筒在各個運行頻率時的振動情況，具體頻率同上。

2.5 測試結果

通過現場測試并記錄各測試風筒在不同頻率下的速度時程曲線數據，運用計算機動力測試分析軟件進行動力特性分析，整理出不同頻率下各測點的速度峰值及部分典型頻率的速度響應情況，見表1。

表1 各測試風筒單元測點速度響應計算表

1號機組1-1風筒單元A測點在50 Hz時的速度峰值及典型頻率的速度響應示意，見圖2。

圖2 典型頻率下速度響應示意

2.6 初步分析

經過測試與計算，風筒單元測點最大剪力幅、最大剪力見表2。

表2 測試風筒單元測點最大剪力幅剪力計算表

依據相關規范計算可得，10.9級M16高強螺栓的最大容許剪力幅為21.5 k N，最大容許剪力為36 k N，從表2中所得數據可以看出，各風筒連接螺栓的最大剪力幅和最大剪力都未超過最大容許值，因此，該工程所選用10.9級M16高強螺栓是合理的。

2.7 振動相關性分析

研究八角梁和風筒的振動與設備振動的關系[1]，主要包括2個方面:八角梁和風筒的振動中是否含有設備振動頻率；風筒振動的最大相關性因素。因此，當控制頻率為15 Hz，八角梁和風筒的西北方向振動中出現了較明顯的風機通過頻率2.35 Hz及其倍頻4.7 Hz。當控制頻率增加至45 Hz以上時，風機通過頻率對風筒的振動影響顯著。

2.8 振動分析結論

通過分析可知，隨著電機控制頻率的增加，風機對八角梁和風筒振動的影響越大。

風機本身振動及風機工作時氣流流場[2]不均勻性是引起風筒振動的主要原因。風筒本身固定點數少，系統剛度小疊加了主因的擴大，風筒流場不均勻主要由葉片規律旋轉造成[3]。

3 振動的治理措施

a.更換大刀板支座連接螺栓。將原M16螺栓改為M20螺栓。為保證高強螺栓的預緊力，應采用扭剪型10.9級高強螺栓。采用特制的螺栓，螺栓與鋼板的接觸面變為光面。

b.在大刀板下部位置新增支撐桿。在45°方向的大刀板下部位置新增支撐桿(包括撐桿和梁A)。其中，梁A連接在空冷島平臺梁的腹板加勁肋上，連接均采用M20的10.9級扭剪型高強螺栓。

4 風筒單元建模試驗分析

通過風機單元建模試驗，模擬風機氣流動力特性對風筒和護網骨架剛度的影響，對比加固前后建模模型，加固后的效果改善明顯，達到預期效果。見圖3。

圖3 風筒單元加固前后模型變形

5 結論

a.某電廠空冷島風機振動大主要由風機本身振動及風機工作時氣流流場不均勻性是引起風筒振動所致，現場主要通過更換大刀板支座連接螺栓、在大刀板下部位置新增支撐桿等技術措施實施后，成功消除了風機振動故障。

b.通過風機單元建模試驗，振動測試，數據集成分析，技術措施落實，效果評價與改進，理論與實踐相結合，形成了一套完整的科學試驗解決問題的方法，對同類機組設備振動大研究與解決有很高的參考和指導價值。