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锅炉一次风机振动故障分析及处理案例【精华版】

鹰眼研究2018-06-28 03:34:50

老板:这里应该有你要的技术或成果

今日导读:

本文的内容是关于一次风机振动故障分析及处理案例,非常实用的经验总结,希望对你的工作和学习有所帮助。

一、一次风机振动


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设备概况

振动情况简介某发电厂 300MW 汽轮发电机组一次风机为上海鼓风机有限责任公司生产的离心式风机,其驱动电机为YKK560-4型电动机,额定功率1 400kW,额定电压为6 000V,额定转速为1 495r/min,驱动电机与一次风机机械侧通过对轮及半挠性联轴器进行连接,驱动电机两支撑轴承为端盖轴承(1、2)、一次风机机械侧两支撑轴承为斯坦福滚柱轴承(3、4),其轴系示意图见图1。

一次风机驱动电机1、2号两支撑轴承水平振动处于超标状态,振动最大峰-峰值振幅达到150μm,且电机壳体的振动比轴承振动较大,但是一次风机机械侧3、4号两支撑轴承振动处于优良水平,振动最大峰-峰值振幅仅为30μm。

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振动测试

该类一次风机轴承振动均是水平振动大于垂直振动,因该类风机的垂直方向上的刚度大于水平方向的刚度,在对此类风机进行现场动平衡时应注重水平方向的振动水平,如果水平方向上的振动水平合格,垂直方向的一般均处于合格水平,所以在振动测量过程中应重点对各轴承水平方向的振动进行测量。

振动测量准备过程中,应该在转子裸露处黏贴好反光带,转子转动时,振动传感器会测得周期变化的振动信号,类似于正弦曲线,而安装光电传感器会在转子每转动一周就被贴在转子上的反光带触发一次,就会形成随时间的脉冲信号,测得的振动相位就是振动信号的高点与脉冲信号之间的角度。振动相位图见图2,此一次风机现场振动测量系统的布置见图3。

启动一次风机测得相关测点的最大振动数据见表1,其他位置的振动数据见图4。

在对一次风机系统振动情况的测试过程中,着重测量了驱动电机侧,电机的壳体、轴承振动均处于严重超标状态,其主要测点的水平振动频率以基频振动为主,其振动频谱图如图5、6所示。

二、一次风机电机侧振动原因分析


从上述的振动测量情况中可知,一次风机系统驱动电机侧振动严重超标,而风机机械侧振动良好,且振动从电机侧向风机侧呈现逐渐递减现象;电机侧振动从基础至冷却箱呈现逐渐增加的趋势,这与常规的风机系统振动存在很大的差异。通常导致电机振动大的原因有:电机转子本身存在一定的质量不平衡;电机转子和定子的同心度不好;电机支撑轴承存在问题;电机基础连接刚度弱;电机与基础之间存在共振等。

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相关实验

为了查明风机侧振动超标的原因,并从中寻找解决振动的途径,针对此异常振动故障,对该一次风机系统进行如下试验:

1)电机空转试验:将电机与风机连接的对轮解开,拿掉联轴器,对电机进行空转试验,并测量电机各测点的振动情况。试验表明:电机空转各测点的振动水平均处于合格范围内,1、2号支撑轴承的振动处于优秀水平。

2)固有频率测量试验:对一次风机系统电机侧基础进行固有频率测量,并与一次风机额定转速下频率进行比较,试验结果表明:电机侧基础的固有频率与风机系统额定转速下的频率有足够的避开率(分别为16Hz和24.5Hz)。

3)差别振动测量试验:在对风机系统进行原始振动数据测量时,也着重对风机电机侧的各结合面进行了差别振动测量,试验结果表明:电机侧基础与台板之间、台板与电机座之间的差别振动均大于20μm,而风机机械侧各结合面的差别振动均小于5μm。通过对一次风机系统进行试验的结果可以得到如下结论:

A、一次风机电机侧转子平衡良好,不存在转子定子同心度不良问题,且电机自身工作状态良好。

B、一次风机系统额定转速下的激振力不能激起或放大电机侧基础的振动,即电机与其连接的基础不存在共振问题。

C、一次风机系统电机侧各结合面的差别振动较大,表明存在各结合面的连接刚度弱问题。

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振动原因分析

该一次风机系统的振动问题集中体现在电机侧轴承与电机壳体上,且振动表现以工频振动为主,虽然存在其他频率的振动成分,但均很小。通过对风机的启停试验,发现各测点的振幅与相位重合较好,说明此系统在此支撑刚度上存在较为稳定的激振力。

对于这种相对稳定的周期性振动可以简化为单自由度强迫振动的响应,一定激振频率系统的振幅响应与激振力幅值大小成正比,与系统的刚度成反比。因此,要解决该一次风机电机侧振动应从减小系统激振力与增加系统支持刚度两方面入手。

三、次风机电机侧振动处理


通过对一次风机系统振动情况的测量、试验与分析,现场决定采用减小系统激振力与增加系统支持刚度同时进行的方法对该风机电机侧振动超标进行治理。

1)对风机电机侧各结合面的连接刚度进行加固,对各连接螺栓进行打紧,进一步提升支持系统的连接刚度,空转电机试验,各测点振动水平均有下降,连接风机后电机各测点振动仍然处于超标状态。

2)通过现场动平衡手段降低系统的激振力。通过电机空转试验,可以排除电机自身的质量不平衡,系统的激振力应该来自电机的外伸端。振动反应在电机轴承和壳体上,最直接的办法就是直接在电机轴承跨内进行配重来降低激振力,但电机空转表明自己不存在不平衡,因此决定在电机与风机连接的对轮上或风机叶轮上进行配重来消除存在的不平衡力。

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对轮处配重

根据测量的原始振动数据,在对轮处靠近电机一侧进行配重,在现场对旋转机械进行动平衡时,对于首次试加重的重量应该将转子的质量、转子的转动速度、加重半径、加重响应以及原始振动的大小均考虑在内,因为平衡的目标是风机电机侧的振动,由测得的电机两支撑轴承的振动相位来看,是同相振动,而非力偶不平衡,不需要进行力偶配重。因此首次试加重700g,启动后电机侧各测点的振动数据见表2。

经过在对轮上的配重和响应计算,在对轮上配重对电机侧各测点的振动情况改善很小,并导致风机机械侧振动增加,且影响系数与同类型风机对轮加重相差甚远,决定放弃进一步在对轮上配重。

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风机叶轮处配重

对该一次风机系统异常振动进一步分析,风机机械侧的质量和刚度都比电机侧要高很多,不能排除因风机侧的质量失衡导致刚度较弱的电机侧振动超标故障,而风机侧由于自身的刚度较好,其振动响应并不明显。由于风机侧的加重半径较大,且原始振动较小,因此决定在风机叶轮上尝试加重150g,启动后,电机侧与风机侧各测点的振动均有所下降,尤其是电机侧振动下降明显。根据加重后对各振动测点的响应经过准确计算,决定在风机叶轮处共计加重350g,启动风机后,一次风机系统所有测点的振动均下降至合格水平。具体数据见表3。

四、结论

1、引起该一次风机电机侧异常振动的根本原因为电机外伸端存在不平衡,且电机侧自身的连接刚度较弱。

2、在解决振动问题时,不应局限于常规处理振动故障方法,应该在关注故障设备自身问题的同时更应关注其连接设备。

3、在旋转机械工程应用中,要充分关注相连两设备质量与刚度差异较大所引起的异常振动故障。

4、对于此一次风机电机侧异常振动故障,通过对其外伸端进行配重最终消除了电机侧的异常振动,但是,一旦风机侧再次出现明显失衡,仅仅局限于此风机,则电机侧的振动应明显大于风机侧,因为电机侧对激振力的响应高于风机侧。

来源:优感设备诊断中心

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