磨煤機電機振動異常及異音分析、處理

韓格爾,張利馗

(華電內蒙古能源有限公司包頭發電分公司,包頭 014013)

0 引言

發電企業檢修管理是生產管理的關鍵環節,當前在新能源裝機占比大幅增長的背景下,火電企業除提供穩定的電力供應外,還需承擔新能源消納的調峰任務,進而對火電機組的安全、高效、穩定性調峰能力提出了更高要求。汽輪機、發電機等主機設備是關鍵設備,制造技術,監測技術較成熟完善,可靠性高,但火電機組系統復雜,一些輔機設備往往是火電機組狀態監測的薄弱環節,也是造成機組限負荷和非停的主要原因之一。因此開展輔機狀態監測工作,保證機組重要輔機設備健康運行是十分有意義的一項工作。如磨煤機作為火電機組重要輔機,運行狀態直接影響到鍋爐穩定性和帶負荷能力,調峰火電機組的高效穩定運行也對其提出了更高標準。

1 系統設備簡述

華電內蒙古能源有限公司包頭分公司發電機組為2×600 MW亞臨界凝汽式燃煤機組,磨煤機為北京電力設備總廠生產的ZGN123G,共12臺。磨煤機電機型號YMK0600-6:電壓6 kV,電流75.4 A,功率630 kW,轉速990 r/min,驅動側軸承為FAG 6322 NU322,自由側軸承為FAG NU322。磨煤機與電機聯結方式為“O”型減震圈柱銷聯結方式。我廠#2爐B磨煤機電機運行中電機驅動側軸承異響,振動突升,驅動側軸承溫度56 ℃(正常),嚴重影響#2機組的60萬kW滿負荷穩定運行。

2 現場振動、超聲、紅外圖譜測試分析

2．1 振動頻譜分析

磨煤機電機為臥式電機,電機底座通過螺栓固定在基礎臺板上,電機本體上部有散熱風箱。電機驅動側軸承為6322和NU322,自由側NU322,兩個NU322承擔徑向支撐作用,一個6322起軸向定位作用。2023年4月28日運行中電機振動突然增大并伴有異音,電機驅動端水平200 μm、垂直210 μm、軸向180 μm。為進一步判斷異常原因,采集振動頻譜(圖1～圖3)。因#2機組60萬kW滿負荷運行不具備停運該電機條件,班組組織人員檢查發現電機自由端地腳螺栓松動,經在設備運行工況中緊固螺栓同時調整散熱風箱緊固螺栓,電機徑向振動值降低至水平85 μm垂直55 μm軸向50 μm,但仍有異響。用艾默生CSI分析儀分析采集振動頻譜圖1a和圖1b所示,水平通頻值4.26,垂直通頻值頻譜值5.04,轉頻及諧波豐富,以2X及為主出,判斷可能聯軸器松動或電機驅動端軸承室出現松動現象。

圖1 采集振動頻譜

電機軸向頻譜(圖1c)特征以2X為主,轉頻及諧波分量較低,分析認為軸向中心存在不對稱分量。

電機驅動側pekavue(peakvue為1 000 Hz高通濾波沖擊信號)頻域未見軸承故障特征,見圖2。時域沖擊值6.86稍高,分析認為由低頻振動引起的振動分量導致軸承與軸承室配合松動或聯軸器等轉動部件的金屬摩擦致使時域沖擊值稍大,排除軸承自身故障引起高頻振動分量因素。

圖2 高通濾波沖擊信號

2．2 超聲圖譜分析

我廠超聲檢測分析儀為SDT270,該儀器利用設備在特定的工作狀態下可以產生超聲波的特性,采集過程中就可以忽略現場各種嘈雜的有聲信號,只捕捉故障部位超聲信號,并對超聲信號分析判斷設備運行狀態。

當兩個物體之間尤其是金屬物體之間產生磨擦或碰撞時,就會產生頻域很寬的聲波,其中包括超聲波。現場采集異音磨煤機電機超聲圖譜(見圖3)動態超聲圖譜反應0.035 s左右會出現一個峰值沖擊,峰值為60 dB,依據JB/T 10061—1999A型脈沖反射式超聲探傷儀通用技術條件,電機異音故障目前進入至較嚴重狀態。動態超聲頻譜圖未見由于滾動軸承的滾動疲勞裂紋、點蝕、損傷等的發生,在軸承部件的滾動接觸面或其表面引起的故障沖擊信號。分析認為異音故障現象反映到超聲圖譜為0.035 s等間隔的不規則沖擊聲波信號,對0.035 s轉換成頻率成分為1/0.035=28.58,接近于振動頻率2X(33 Hz),其聲波幅值平均為60 dB.判斷為聯軸器不對稱造成金屬摩擦或者軸承室與軸承外圈松動摩擦引起異音。

圖3 超聲圖譜

2．3 紅外熱成像圖譜分析

為進一步分析故障原因,并考慮到電機運行中拆除對輪護罩有安全風險,只對電機驅動側采集紅外熱成像,見圖4。圖譜反映電機驅動側軸承最高點溫度為47.9 ℃,最高點位置為電機外小蓋靠中間位置。通過分析圖譜認為可排除軸承室松動的可能性,因為如果軸承室松動,軸承與軸承外圈松動造成的摩擦會使其溫度增高,但就地實測溫度為47.9 ℃不高,其次由于松動引起金屬表面摩擦最高點的位置應該在大蓋軸承表面,而不在外小蓋上。

圖4 紅外熱成像

3 綜合分析及制定檢修方案

由振動頻譜、超聲譜圖、紅外熱成像綜合分析,電機振動高、異音故障原因最大的可能性是由于對輪軸器中心不正,其次才是軸承室輕微松動。現階段因考慮機組60萬kW滿負荷運行,不具備停運設備檢查,加強巡檢做好防范措施。5月5日機組35萬kW負荷運行,具備停運該設備條件。依據之前判斷結果,專業維修人員制定出檢修方案:先檢查電機與磨煤機對輪銷彈性塊,發現9塊(共10塊)已磨爛(見圖5),更換10塊彈性塊,檢查對輪銷無磨損,重新打表找中心校正。其次檢查軸承油脂良好,從而可以判斷軸承室與軸承外圈配合良好。檢查軸承銅保持架完好無損,軸承內外圈滾道、滾動體無腐蝕,無磨損,無凹坑。檢查并更換處理后作試運帶載,電機振動值降低至水平23 μm、垂直12 μm、軸向12 μm,異音消除,運行正常。

圖5 磨損的輪銷彈性塊

4 結論

磨煤機電機作為火電機組重要輔機,當出現故障時,振動頻譜采集的是旋轉頻率和振動信號,紅外熱成像檢測的是磨煤機電機運行時的異常溫度最高點的動態特征;超聲診斷技術是磨煤機電機出現故障時發出的20 kHz以上人耳聽不到聲波振動頻率段和分貝。如何將以上診斷技術三位一體有效結合,通過分析復雜的故障現象,化難為簡作出該設備是哪種類型的故障,故障嚴重程度怎么樣,同時要做出決策該設備能不能帶“病”運行,還是要立即停運檢修。通過修前故障診斷分析與檢修專業維修全過程閉環,總結分析設備運檢管理失誤在哪里,怎么重新去避免這類故障形成,從而徹底消除設備故障根源,提升機組重要輔機設備可靠性。

隨著電力體制的改革,調頻機組啟動次數不斷增加,對設備可靠性提出了更高要求。提高設備可靠性的基礎是首先要準確判斷設備狀態和劣化趨勢,提高檢修的針對性和有效性。而故障診斷借助精密診斷儀器和技術手段,可實現對設備運行狀態的準確判斷,為檢修工作提供技術支持,指導檢修人員徹底消除設備故障。