大唐某發(fā)電公司裝機容量為2×600MW機組，采用正壓直吹制粉系統(tǒng)。一次風(fēng)機采用的是G9—2×36No17F22雙吸雙支撐離心風(fēng)機，在2005年9月突然發(fā)現(xiàn)No42一次風(fēng)機有嚴重的串軸現(xiàn)象，此前風(fēng)機振動雖然呈緩慢上長趨勢但沒有串軸現(xiàn)象。鑒于以住情況，分析可能是葉片產(chǎn)生裂紋或入口擋板葉片松動。 2003年5月份本臺風(fēng)機也因振動超標(biāo)，檢查發(fā)現(xiàn)葉片進氣側(cè)與中盤焊縫熱影響區(qū)一片葉片有長約210mm裂紋?，F(xiàn)葉輪為更換過葉輪及轉(zhuǎn)子組件，但當(dāng)時情況僅是振動超標(biāo)沒有發(fā)生串軸現(xiàn)象?？紤]到風(fēng)機振動呈上長趨勢及串軸現(xiàn)象，利用低負荷時停風(fēng)機檢查，發(fā)現(xiàn)雙膜片彈性聯(lián)軸器膜片損壞，葉輪外盤在葉片根部有3條裂紋，裂紋首先發(fā)生在葉片進口端與外盤焊縫的熱影響區(qū)內(nèi)。起始裂紋的擴展方向與外盤和葉片的焊縫方向并不平行，而是以一定角度向葉片母材方向傾斜，并呈半橢圓形狀向葉片的外緣引伸。

       1、設(shè)備規(guī)范：

本風(fēng)機為雙吸又支撐離心式風(fēng)機，風(fēng)機的主要特性參數(shù)如下表達1。

表1

2、原因分析：

        2.1 風(fēng)機串軸的主要原因為葉片發(fā)生裂紋后，雙吸風(fēng)機兩側(cè)的吸風(fēng)量不等，軸向推力發(fā)生變化，彈性膜片聯(lián)軸器在軸向交變應(yīng)力作用下，發(fā)生膜片損壞。下圖為對葉片裂紋補焊處理后與處理前 

的振動趨勢圖。從圖中可以看出經(jīng)過處理后風(fēng)機的振動平穩(wěn)，但整體振動值較處理前偏高。

        2.2  風(fēng)機從2003年5月更換葉輪及轉(zhuǎn)子組件至今有28個月，再次發(fā)生葉片裂紋現(xiàn)象，說明風(fēng)機本身的結(jié)構(gòu)可能存在的設(shè)計考慮不周或影響風(fēng)機穩(wěn)定運行的消極因素：

        2.2.1  風(fēng)機設(shè)計的原因，如轉(zhuǎn)速高、葉片寬、葉片工作應(yīng)力高等對風(fēng)機葉片非常不利。因為本風(fēng)機采用的是強前彎葉片，為保證效率、降低噪音，被迫采用較寬的葉片以降低氣流速度。在高轉(zhuǎn)速下，流動中氣流分離及葉片工作應(yīng)力增加是不可避免的。

        2.2.2  風(fēng)機選型裕量過大，使風(fēng)機長期處于低檔板開度的小風(fēng)量區(qū)域運行。

        2.2.3  與后彎葉片離心風(fēng)機相比較，前彎式風(fēng)機的性能曲線在低流量區(qū)域內(nèi)存在馬鞍形不穩(wěn)定區(qū)，高阻力、低流量區(qū)域或低擋板開度區(qū)域較易發(fā)生風(fēng)機旋轉(zhuǎn)失速。

        2.3 裂紋產(chǎn)生的機理分析：

        2.3.1  葉輪在安裝時，檢查葉片沒有問題?，F(xiàn)出現(xiàn)裂紋，說明是使用裂紋，而使用裂紋又分應(yīng)力腐蝕裂紋、蠕變裂紋、疲勞裂紋、脆性裂紋等。從現(xiàn)場運行的實際情況來看比較符合疲勞裂紋的特征。裂紋起源多數(shù)在表面應(yīng)力集中處，裂紋走向主要呈穿晶擴展，且尾端尖細。

        2.3.2  疲勞裂紋的形成；在疲勞循環(huán)過程中，裂紋頂端的微小區(qū)域內(nèi)，出現(xiàn)解理裂紋及塑性變形，此時變形量很小。在一次循環(huán)中，壓縮半循環(huán)時，使裂紋的兩個裂開面緊靠在一起，裂紋頂端斷口表面產(chǎn)生變形；接著在下半拉伸循環(huán)時，裂紋再度張開，并使裂紋擴展，產(chǎn)生一個增量△a，這時便形成一道輝紋，在疲勞應(yīng)力作用下逐漸發(fā)展為裂紋。

        2.3.3  在風(fēng)量一定條件下，如擋板開度較小，流速增大，氣流的擾動加大，當(dāng)氣源的擾動與葉片的固有頻率相等時就會發(fā)生共振，（氣流的擾動可能發(fā)生卡門渦街，發(fā)生旋轉(zhuǎn)脫流，盡管流量沒有變化，但流量內(nèi)的氣流運行軌跡發(fā)生了重大變化，如此強大的沖擊力反復(fù)作用下）加速了裂紋的蔓延。

        2.4  從葉片材質(zhì)及焊接工藝：

葉片焊接過程中，在金屬母材與熔化金屬之間，存在著高溫度梯度（1200-720℃）和短距離熱傳遞（6-8mm）。冷卻速度差異甚大，在金屬結(jié)晶過程中，引起晶粒急劇長大，冷卻時形成粗大的魏氏組織，魏氏組織是由鐵素體和珠光體組成，晶粒度約為3~5級，室溫沖擊韌性ak=6~8J/cm2結(jié)晶狀斷口晶粒粗大，脆性轉(zhuǎn)變溫度在室溫以上，為也各葉片產(chǎn)生裂紋埋下了隱患。

        2.5  風(fēng)機特性及風(fēng)道阻力匹配分析：

        根據(jù)風(fēng)機的特性曲線，風(fēng)機的工作是否穩(wěn)定，關(guān)鍵是運行時風(fēng)機的工作點是否落在一個單向下降的風(fēng)機特性曲線上。而這主要由兩方面原因決定的，一是風(fēng)機的性能曲線，二是擋板與風(fēng)道的阻力特性曲線。因此系統(tǒng)的阻力特性對風(fēng)機運行是否穩(wěn)定起到?jīng)Q定性作用。在相同負荷時對比兩臺鍋爐四臺一次風(fēng)機的檔板開度，發(fā)現(xiàn)偏差很大。如下圖：

注：由上至下分別為No31一次風(fēng)機擋板開度、No32一次風(fēng)機擋

板開度、No41一次風(fēng)機擋板開度、No42一次風(fēng)機擋板開度

由上圖可以看出，在相同負荷時兩臺風(fēng)機的擋板開度相差很大，原因可能是對一次風(fēng)機的喉口部進行了改造，改造后的尺寸差異較大，No3鍋爐一次風(fēng)機機殼喉口間隙t≥50㎜,而No4鍋爐一次風(fēng)機約為25㎜，因此No4鍋爐風(fēng)機的壓力高出力大，擋板開度相對較小。此外，位于No4爐兩臺一次風(fēng)機出口風(fēng)道上空氣預(yù)熱器阻力對兩臺一次風(fēng)機的穩(wěn)定運行影響也比較大，現(xiàn)No4爐兩臺空預(yù)熱器的壓降不同，導(dǎo)致兩臺一次風(fēng)機的工作點位置也不一樣，現(xiàn)600MW時No41空預(yù)器的壓差為1.3kPa，而No42空預(yù)器的壓差為1.8kPa。

        2.6  No 4鍋爐No2風(fēng)機承力端軸承側(cè)風(fēng)機葉輪20個葉片中葉片zui先斷裂的原因，與葉片所受的脈動應(yīng)力zui大有直接關(guān)聯(lián)。相比較而言，斷裂葉片所受的應(yīng)力應(yīng)該是zui嚴重的，在相同的氣流脈動幅值下，葉片上的脈動應(yīng)力也應(yīng)zui大。而用橡皮錘和鐵榔頭敲擊葉片測得的一階固有頻率約300Hz，在對損壞的葉片進行頻率測定時有多個頻率與一階固有頻率成倍數(shù)關(guān)系，這也是承力側(cè)葉片損壞的一個關(guān)鍵原因。

        2.7  由于制造安裝時誤差，葉片的安裝角度不一致，加上運行工況原因，氣流流向葉片也不均勻，各流速氣流分離程度也不一樣，可能會發(fā)生旋轉(zhuǎn)脫流 產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象，旋轉(zhuǎn)失速在葉輪產(chǎn)生的壓力波動就產(chǎn)生激勵葉片發(fā)生異常振動的激振力，但不一定能激發(fā)葉片振動。當(dāng)旋轉(zhuǎn)失速的頻率與設(shè)備的固有效率一致時，將發(fā)生共振，此時對葉片的危害非常大。而旋轉(zhuǎn)脫離振動的原因是工作流量比設(shè)計流量低，具體的原因除運行時參數(shù)調(diào)節(jié)不當(dāng)外，設(shè)備原因有入口擋板開度過小、導(dǎo)流板脫落（注：導(dǎo)流板安裝時方向裝反，后因振動及噪聲較大檢查發(fā)現(xiàn)后重新安裝）、出入口風(fēng)道阻力發(fā)生變化等等。

        2.8  利用頻譜分析儀，對葉片裂紋簡單補焊處理后的風(fēng)機進行振動頻譜分析。在現(xiàn)場對風(fēng)機的前后軸承進行了測量，下表2為測量結(jié)果。

表2  單位：um（mm/s）

       根據(jù)GB/T  6075.3-2001振動烈度在B區(qū)（2.3~4.5mm/s）可長期運行，在C區(qū)（4.5~7.1mm/s）不宜長期運行，在D區(qū)（7.1mm/s以上）不宜運行。從以上測量數(shù)值可以看出，除了前軸承軸向振動偏大以外，其它測點振動數(shù)值都很小。下面為測量各軸承的振動頻譜圖：

圖1   風(fēng)機前軸承垂直方向速度頻譜圖          圖2   風(fēng)機前軸承水平方向速度頻譜圖

圖3   風(fēng)機前軸承軸向速度頻譜圖              圖4   風(fēng)機后軸承垂直方向速度頻譜

圖5   風(fēng)機后軸承水平方向速度頻譜圖          圖6   風(fēng)機后軸承軸向速度頻譜圖

       對上面的頻譜圖分析，存在如下的特征：（1）振動頻譜中占優(yōu)勢的是1X轉(zhuǎn)速頻率；（2）其它頻率成分很小。綜合以上現(xiàn)象，該風(fēng)機軸向振動偏大zui可能的原因，風(fēng)機與電機中心存在不對中問題、軸承的安裝間隙存在誤差。

       3、采取措施：

       3.1  控制風(fēng)機入口調(diào)節(jié)擋板：鑒于入口擋板開度對風(fēng)機運行穩(wěn)定性的嚴重影響，如果能在運行時保證擋板開度在45％以上，則可以大幅度提高運行可靠性。保證入口擋板開度的zui佳方案是加裝變頻裝置，變頻裝置效率高，機械部分無改造工作量。但高壓大容量的變頻可靠性需要很好的了解和掌握。本公司現(xiàn)以安裝完變頻裝置，從機組運行安全考慮，正著手對電氣回路進行改造，加裝一套變頻與工頻切換回路，如變頻發(fā)生故障可以切換至工頻運行，確保機組安全穩(wěn)定運行。

       3.2   增加管路系統(tǒng)中出口部分流動阻力：采取的措施有，稍微關(guān)閉出口隔絕門開度，增加流動阻力；隔絕門后增加一道可調(diào)節(jié)阻力門，但阻力損失增加；稍關(guān)磨煤機前冷、熱風(fēng)門開度；根據(jù)實際需要或可能，減少磨煤機盤下風(fēng)環(huán)的通風(fēng)斷面積；根據(jù)需要和可能調(diào)節(jié)一次風(fēng)管阻力；用鋼板均勻堵死消音器入口部分通流斷面。

       3.3   一次風(fēng)機采用大風(fēng)量運行方式：一次風(fēng)機出口低負荷放風(fēng)運行，或放風(fēng)到送風(fēng)機出口管道內(nèi)。根據(jù)燃煤特性，煙煤燃燒中容許使用較大的一次風(fēng)率和一次風(fēng)量。空預(yù)器的漏風(fēng)率增加后，對一次風(fēng)機運行穩(wěn)定性有利。

       3.4   盡量減少鍋爐zui低負荷的運行時間，低負荷時盡量采用單臺風(fēng)機運行方式，對一次風(fēng)機出口管路系統(tǒng)及各個有關(guān)風(fēng)門的嚴密度進行改進。在運行中，要加強對風(fēng)機軸承溫度、軸承振動趨勢的監(jiān)視。

       3.5  利用停機檢修時機，將No42與No41一次風(fēng)機的煙風(fēng)道及導(dǎo)流板的安裝位置、安裝角度進行對比校驗，尤其是導(dǎo)流板的安裝角度是否存在差別。聯(lián)系風(fēng)機廠家找出一個zui佳的安裝角度，此外對No3和No4風(fēng)機喉部改造后效果不同的原因進行分析。

       3.6  對兩臺一次風(fēng)機的煙風(fēng)道阻力用簡易方法進行測量，分析四臺風(fēng)機的管道阻力存在多大的差別，尤其要加強空氣預(yù)熱器的阻力對風(fēng)機穩(wěn)定運行的分析，因空氣預(yù)熱器的阻力是一個動態(tài)的變量。

       3.7  減少氣流的有定頻率的幅值，可以通過在導(dǎo)流板的背風(fēng)側(cè)焊接圓鋼等措施，改變固有頻率，減少系統(tǒng)共振。

       3.8  提高檢修質(zhì)量，針對一次風(fēng)機不對中問題，利用檢修時機對中心進行調(diào)整消除不對中；此外，對葉片的焊口進行全 面的無損探傷檢查；對支撐軸承及承力軸承的間隙要進行校對；對入口擋板的葉片及關(guān)度進行校核等。通過提高檢修質(zhì)量，確保風(fēng)機的各部件運行可靠，保證風(fēng)機安全穩(wěn)定運行。

        總之，通過對風(fēng)機振動原因分析，使我們在解決問題時，有的放矢。綜合其它三臺一次風(fēng)機的管道特性及其喉部改造的差別，以及變頻器的投入使用，一次風(fēng)機振動問題肯定會得到解決，風(fēng)機運行的可靠性及穩(wěn)定完全能到保障?！咀髡摺?天津大唐國際盤山發(fā)電有限責(zé)任公司    劉峰