大型火電廠風機質量不平衡故障分析及處理

危威

大型火電廠風機質量不平衡故障分析及處理

危威

（湖北華電西塞山發電有限公司，湖北省 黃石市 435000）

質量不平衡是火電廠風機最常見的故障之一，有時即使是其他故障導致的風機振動，也會因質量不平衡引起的激振力而造成振動值成倍增加，因此提高動平衡精度至關重要。討論了風機不平衡故障的頻率、幅值以及相位特征，以便于準確判斷故障原因；介紹了常用的2種現場處理方法，并提供了經驗公式。最后通過2個現場動平衡案例，分析了大型風機現場動平衡的基本過程，表明同類設備采用相同影響系數可極大地提高動平衡效率。研究結果為火電廠風機不平衡問題的故障分析及處理提供參考。

風機；故障診斷；動平衡；影響系數

0 引言

風機是火力發電廠最常見的鍋爐輔助設備類型之一，由于其運行條件惡劣，故障率一直較 高[1-4]，當送風機、一次風機或引風機等重要風機出現故障時，往往會導致發電機組減負荷運行或非計劃性停機[5-8]，因而風機故障及時處理顯得十分重要。

風機振動超標是風機運行過程中最常見的故障現象，引起風機振動故障的因素很多，如質量不平衡、滾動軸承異常、軸系不對中、基礎松動、動靜摩擦以及旋轉失速和喘振等[9]。其中，質量不平衡是電廠風機最常見的故障之一[10-12]，有時即使是其他因素導致的風機振動，也會因質量不平衡引起的激振力而造成振動成倍增加。因此掌握風機故障診斷方法和現場動平衡技術，有助于縮短設備檢修時間，提高設備可靠性，有利于機組安全穩定運行。

1 不平衡故障特征

現場風機不平衡產生的原因通常為葉片不均勻磨損、積灰，轉動部件移位或脫落，以及檢修時裝配誤差等。其不平衡故障特征主要有：

1）振動頻率以1倍頻為主，1X峰值很大，較少伴隨其他倍頻；

2）1倍頻水平方向與垂直方向峰值比一般不超過3?1(主要用來區分水平剛度差故障特征)；

3）具有較低的軸向振動(懸臂轉子除外)；

4）定轉速時，相位數據相對穩定，變化量小于20°。

2 不平衡故障處理方法

2.1 動平衡方法概況

質量不平衡故障處理需根據現場實際情況進行。當檢修時間較寬裕時：葉片磨損較多需進行修復，不均勻積灰積粉應清除；轉動部件移位或脫落應進行復原或更換；裝配誤差原因應按廠家圖紙要求重新裝配。但對于運行中的重要風機設備，其檢修時間較短，不平衡故障處理通常采用低負荷時調停，采取現場動平衡的方法。

動平衡方法有很多，常見的有影響系數法、振型平衡法、模態參數識別法等[13-15]。其中剛性轉子一般采用影響系數法；撓性轉子可采用影響系數法、振型平衡法和模態參數識別法。而電廠風機大多為剛性轉子，故通常采用影響系數法。

常用的影響系數法分為單面影響系數法和雙面影響系數法。決定平衡面數可采用法國法瑪通提供的經驗公式，如圖1和表1[16]所示，其中：為轉子長度；為轉子直徑。

圖1 剛性轉子類型

表1 平衡面數的經驗選擇

注：為轉速。

2.2 單面影響系數法

單面影響系數法主要步驟如下：

3）計算加重對振動的影響系數

2.3 雙面影響系數法

4）分別計算2個端面加重后對2個測點的影響系數。

平面的加重影響系數

平面的加重影響系數

3 故障處理案例

3.1 案例一

3.1.1 設備概況

某廠#1B送風機采用沈陽鼓風機廠生產的ASN-2884/1400型單級動葉可調軸流式風機，該風機為單級葉輪懸臂式風機，支持軸承均為滾動軸承，其中風機轉子的2個徑向軸承在同一側，其結構示意圖如圖2所示，其中1—4為振動測點。

該送風機經過檢查性大修后振動超標，帶負荷運行時，風機后軸承在線測點測得振動速度最高可達6.5mm/s。

圖2 某送風機結構示意圖

3.1.2 故障診斷分析

啟動該送風機前，先檢查軸承箱螺栓有無松動，以排除因螺栓松動造成的影響。安裝振動分析儀用振動傳感器，并在旋轉軸上粘貼反光帶，用來測量振動相位，啟動送風機后測得原始振動為5.97mm/s∠93.5°。

經頻譜分析，該送風機振動以1倍頻為主，其他頻率幅值較少，1倍頻水平方向大于垂直方向，且峰值比未超過3?1，檢測時振動相位較穩定，故判斷該送風機故障主要原因為質量不平衡。

3.1.3 故障處理方法及動平衡過程

該風機轉子為剛性轉子，轉子長徑比＜0.5，故采用單面影響系數法進行動平衡。

因第一次對該設備進行動平衡，影響系數、機械滯后角及儀器修正角均未知，故試加重時以振動20%變化量或相位20°以上變化為目的加試重。送風機試加重量所在位置的半徑約1.2m，轉子重2256kg，轉速990r/min，平衡面數為1，根據公式(8)求得試加重量。

式中：為加重平面數；為試加重量所在位置半徑，m；為轉子的質量，kg；為轉子轉速，r/min。

解得=172g，故試加一塊相近的配重塊，質量為181g，相位根據經驗選擇330°。

試加重后重新啟動送風機，加重后振動為5.39mm/s∠105.2°。通過計算得出影響系數為0.0071∠245.838°，并計算出校正質量及相位為835.283g∠27.662°，去掉試加重量后重新加重850g∠30°。

再次啟動送風機，振動為3.54mm/s∠66.7°。配重效果不理想，分析其主要原因為：1）試加重時未考慮葉輪葉片的質量，導致配重量偏小； 2）公式(8)計算出的試加重量偏于保守；3）試重相位選擇較差，試重后振動變化量小于10%且相位變化量小于20°，導致計算出的影響系數誤差較大。

以加重850g∠30°后測得數據重新計算出影響系數為0.0038∠273.1°，并計算出校正質量為1 570g∠0.405°，重新加校正質量1400g∠0°。啟動風機后，振動降至2.7mm/s∠25.5°，在合格范圍內，故不再繼續配重，加重過程如表2所示。

表2 #1B送風機動平衡過程

3.2 案例二

某廠#2A送風機為動葉可調軸流風機，電機型號為YXKK630-6W，風機型號為ASN-2884/ 1400。風機后軸承在線測點測得振動強度為 4.6mm/s。檢查軸承箱螺栓無松動，裝好振動探頭貼好反光帶，啟動#2A送風機，測得其原始振動為4.60mm/sD353.0°。

其振動頻譜中1倍頻峰值占主導，其他倍頻較小，振動相位較穩定，具有明顯的不平衡特征。該風機大小及結構型式與案例一中#1B送風機一樣，故試加重時直接采用相似設備#1B送風機的影響系數進行加重。

采用該廠相似設備#1B送風機影響系數0.0038∠273.1°進行動平衡計算，取校正量及相位為1074g∠260°。再次啟動風機后，風機后軸承振動速度由4.6mm/s降為0.72mm/s，動平衡一次加重成功，配重數據如表3所示。

表3 #2A送風機動平衡過程

4 結論

1）質量不平衡是電廠風機振動故障的主要原因之一，一般通過現場動平衡即可有效地解決，選擇適當的動平衡方法可以有效減少加重次數。

2）影響系數法是最有效的風機動平衡方法之一，每一臺設備進行動平衡后，均應對影響系數進行處理，選取并記錄效果較好的影響系數，從而在下一次該設備做動平衡時直接采用該影響系數進行動平衡，可大幅度提高動平衡效果。

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Analysis and Treatment of Mass Unbalance Fault of Fan in Large Thermal Power Plant

WEI Wei

(Hubei Huadian Xisaishan Power Generation Co., Ltd., Huangshi 435000, Hubei Province, China)

Mass unbalance is one of the most common faults of fans in thermal power plants. Sometimes, even the vibration of fans caused by other faults can be doubled by the exciting force caused by mass unbalance. Therefore, it is very important to improve the accuracy of dynamic balance. The frequency, amplitude and phase characteristics of unbalanced faults were discussed in order to judge the unbalanced faults accurately. Then, two common field treatment methods of unbalanced faults were introduced, and empirical formulas were provided. Finally, the basic process of field dynamic balancing of large-scale fan was explained through two cases of field dynamic balancing. It shows that the same influence coefficient will greatly improve the efficiency of dynamic balancing of similar equipment. The research results provide a reference for the fault analysis and treatment of fan imbalance in thermal power plant

fan;fault diagnosis; dynamic balance; influence coefficient

10.12096/j.2096-4528.pgt.19111

TM 621

2019-07-29。

(責任編輯 楊陽)