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二次風(fēng)機(jī)變頻改造后軸承燒瓦原因分析

2014-05-04

董川 李燕勇
（云南電網(wǎng)公司電力研究院，云南昆明 650217）
　　摘　要：二次風(fēng)機(jī)在變頻電機(jī)節(jié)能改造后，雖然有效的降低了在低負(fù)荷調(diào)峰階段的電耗，但由于電機(jī)轉(zhuǎn)速的頻繁調(diào)整，使得滑動(dòng)軸承在低轉(zhuǎn)速下不能有效供油，出現(xiàn)燒瓦事故。通過對(duì)二次風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)部件的振動(dòng)測(cè)試和軸承供油原理的分析，診斷此次燒瓦的原因并提出處理方案。
　　關(guān)鍵詞：變頻電機(jī)；軸承；燒瓦；振動(dòng)
　　1　前言
　　二次風(fēng)機(jī)作為火力發(fā)電廠重要的送風(fēng)設(shè)備，用來克服空氣預(yù)熱器、風(fēng)道以及燃燒器的阻力，輸入燃盡風(fēng)使燃料得到充分燃燒，以維持機(jī)組的燃燒及負(fù)荷的穩(wěn)定，而且風(fēng)機(jī)能否正常運(yùn)行不僅影響燃燒穩(wěn)定性和燃燒效率，還關(guān)系到結(jié)渣、火焰中心高度的變化，爐膛出口煙溫的控制等一系列問題。因此，二次風(fēng)機(jī)的工作正常與否直接影響到機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行[1]。
　　目前火電企業(yè)為實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，較多的實(shí)現(xiàn)了對(duì)耗能較大的鍋爐輔機(jī)進(jìn)行變頻改造，二次風(fēng)機(jī)在變頻后雖然有效地降低了機(jī)組在低負(fù)荷區(qū)的調(diào)峰電耗，但由于變頻電機(jī)的頻繁使用，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速大幅增減，而改造后系統(tǒng)監(jiān)控狀態(tài)的測(cè)點(diǎn)未能得到有效配置（如電機(jī)振動(dòng)、瓦溫、油溫等），使得機(jī)組在變頻運(yùn)行過程中承擔(dān)著重大的安全隱患。
　　2　設(shè)備規(guī)范及軸系狀態(tài)
　　發(fā)生燒瓦事故的二次風(fēng)機(jī)電機(jī)為YKK630-4型異步電動(dòng)機(jī)。二次風(fēng)機(jī)機(jī)組的軸系布置如圖1所示，#1、#2、#3、#4軸承分別為電機(jī)自由端軸承、電機(jī)對(duì)輪端軸承、風(fēng)機(jī)對(duì)輪端軸承、風(fēng)機(jī)自由端軸承風(fēng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)通過半撓性疊片聯(lián)軸器吸收電機(jī)轉(zhuǎn)子的軸向竄動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)子和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子分別為滑動(dòng)軸承和滾珠軸承支承，軸系布置如圖1所示。

圖1 二次風(fēng)機(jī)軸系布置示意圖
　　3　燒瓦故障分析
　　#7機(jī)組作為調(diào)峰機(jī)組，二次風(fēng)機(jī)自變頻改造后頻繁調(diào)整轉(zhuǎn)速以適應(yīng)鍋爐負(fù)荷對(duì)風(fēng)量的需求。通過對(duì)同型電機(jī)變頻改造后的故障分析和統(tǒng)計(jì)，在出現(xiàn)以下情況時(shí)足以造成軸承的燒毀[2]。
　　3.1 風(fēng)機(jī)軸系振動(dòng)過大
　　3.1.1 風(fēng)機(jī)變頻轉(zhuǎn)速運(yùn)行在臨界轉(zhuǎn)速區(qū)
　　由于二次風(fēng)機(jī)電機(jī)原設(shè)計(jì)選型為工頻電機(jī)，此次技術(shù)改造為變頻模式下運(yùn)行，可能原因?yàn)殡姍C(jī)轉(zhuǎn)速長(zhǎng)期在臨界轉(zhuǎn)速區(qū)或鄰近臨界轉(zhuǎn)速區(qū)運(yùn)行，造成電機(jī)轉(zhuǎn)子軸振過大，與軸承瓦塊發(fā)生了接觸及摩擦。
　　為驗(yàn)證二次風(fēng)機(jī)的變頻轉(zhuǎn)速是否運(yùn)行在臨界轉(zhuǎn)速區(qū)，分別對(duì)單電機(jī)狀態(tài)及電機(jī)-風(fēng)機(jī)連接狀態(tài)測(cè)試軸承支承系統(tǒng)的振動(dòng)幅值、相位和頻譜，圖2、3為單電機(jī)狀態(tài)下電機(jī)軸承的振動(dòng)波德圖，圖4、5為電機(jī)-風(fēng)機(jī)連接狀態(tài)下電機(jī)軸承的振動(dòng)波德圖。

圖2 電機(jī)軸承自由端垂直方向振動(dòng)波德圖

圖3 電機(jī)軸承對(duì)輪端垂直方向振動(dòng)波德圖

圖4 電機(jī)軸承自由端垂直方向振動(dòng)波德圖

圖5 電機(jī)軸承對(duì)輪端垂直方向振動(dòng)波德圖
　?。ㄗⅲ?.測(cè)試時(shí)#71二次風(fēng)機(jī)為更換后的電機(jī)，非故障電機(jī)；2.實(shí)線為振動(dòng)通頻值，虛線為振動(dòng)工頻值（1X）；振動(dòng)數(shù)據(jù)單位均為μm；3.電機(jī)變頻狀態(tài)運(yùn)行，測(cè)試過程中反復(fù)升降轉(zhuǎn)速。）
　　二次風(fēng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為1488r/min，通過測(cè)試（更換后的）單電機(jī)狀態(tài)及電機(jī)-風(fēng)機(jī)連接狀態(tài)的振動(dòng)情況，分析其特性如下：
　　1）單電機(jī)狀態(tài)振動(dòng)良好，電機(jī)各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)幅值隨轉(zhuǎn)速增加而增大，0~1488r/min電機(jī)垂直、水平方向振動(dòng)均小于50μｍ，測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。
表1 二次風(fēng)機(jī)電機(jī)振動(dòng)情況

（數(shù)據(jù)為振動(dòng)雙峰值，單位為μm）
表2 二次風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行振動(dòng)情況
　　2）在電機(jī)帶上負(fù)載后，二次風(fēng)機(jī)的支承系統(tǒng)在轉(zhuǎn)速變化過程中表現(xiàn)為振動(dòng)幅值隨轉(zhuǎn)速的升高而增大，振幅在轉(zhuǎn)速的升降過程中具有復(fù)現(xiàn)性，其中大于1350r/min（輸入頻率45Hz）時(shí)電機(jī)振動(dòng)已超過合格范圍。支承系統(tǒng)在不同轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)幅值如表2所示。
　　據(jù)此判斷，電機(jī)-風(fēng)機(jī)軸系在整個(gè)變頻轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)低于共振轉(zhuǎn)速，未出現(xiàn)臨界轉(zhuǎn)速區(qū)；比較單電機(jī)狀態(tài)及電機(jī)-風(fēng)機(jī)連接狀態(tài)振動(dòng)數(shù)據(jù)，電機(jī)連接負(fù)載后振動(dòng)大為增加且工頻幅值（1X）為主要振動(dòng)成分，因此在風(fēng)機(jī)葉輪部位有較大失衡質(zhì)量。
　　3.1.2 支承系統(tǒng)剛度變化
　　二次風(fēng)機(jī)在變頻改造前運(yùn)行多年，支承系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)剛度在歷次檢修中均未發(fā)現(xiàn)重大問題。同時(shí)，通過對(duì)支承系統(tǒng)結(jié)合面的振動(dòng)對(duì)比測(cè)試及對(duì)相關(guān)改造資料的查閱，認(rèn)為機(jī)組在動(dòng)態(tài)下連接部件之間的緊密程度良好、基礎(chǔ)牢固，排除了在改造過程中可能出現(xiàn)的改變?cè)羞B接剛度的問題。
　　3.2 軸承供油系統(tǒng)故障
　　軸承供油系統(tǒng)的作用是在相互接觸的兩滾動(dòng)表面或滑動(dòng)表面之間形成一層油膜把兩表面隔開，減少接觸表面的摩擦和磨損，潤(rùn)滑油還能帶走軸承內(nèi)部的大部分摩擦熱，起到有效地散熱作用[3]。機(jī)組在正常運(yùn)行時(shí)，二次風(fēng)機(jī)油站及供油管路的通暢，當(dāng)潤(rùn)滑油濾網(wǎng)壓差超標(biāo)均能及時(shí)予以發(fā)現(xiàn)，清掃堵塞濾網(wǎng)，避免了因軸承系統(tǒng)供油不足而造成的燒瓦。
　　電機(jī)在變頻投入運(yùn)行后，滑動(dòng)軸承會(huì)出現(xiàn)油膜剛度削弱甚至油膜破壞的情況，具體分析包括以下方面：
　　1）由于電機(jī)支承為滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)，在變頻至低速區(qū)運(yùn)行時(shí)，伴隨軸頸旋轉(zhuǎn)帶走的潤(rùn)滑油流量下降，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致軸瓦溫度升高，瓦溫上升繼而影響了油膜的厚度，形成惡性循環(huán)。
　　2）轉(zhuǎn)速降低也會(huì)導(dǎo)致甩油環(huán)帶上來的油量減少，下瓦無法形成和保持一定厚度的油膜，導(dǎo)致軸瓦和潤(rùn)滑油升溫。瓦溫、油溫升高后，潤(rùn)滑油黏度下降，加劇了油膜的破壞，直至軸瓦與軸頸摩擦，溫度急劇升高。
　　3）風(fēng)機(jī)自身的葉輪重量遠(yuǎn)大于電機(jī)重量，且兩者的軸瓦潤(rùn)滑、冷卻形式不同，當(dāng)風(fēng)機(jī)由高速狀態(tài)轉(zhuǎn)為低速狀態(tài)時(shí)，電機(jī)軸瓦的油膜厚度不夠，破壞了原來的動(dòng)、靜平衡狀態(tài)，會(huì)造成軸承運(yùn)行工況惡化。
　　4）二次風(fēng)機(jī)變頻改造后使用較為頻繁，導(dǎo)致高速到低速的變化劇烈、頻繁、持久，形成的交變應(yīng)力不斷作用在主軸的金屬材料上，對(duì)大軸產(chǎn)生金屬疲勞損傷，若軸頸表面損傷足以改變油膜形成條件，則會(huì)造成油膜破壞，軸頸軸瓦接觸。
　　通過電機(jī)變頻狀態(tài)下運(yùn)行數(shù)據(jù)及軸承供油原理的分析，認(rèn)為滑動(dòng)瓦在轉(zhuǎn)速變化過程中會(huì)發(fā)生油膜厚度不均的現(xiàn)象，造成油脂不能夠及時(shí)起到潤(rùn)滑、冷卻的作用，甚至在低速時(shí)出現(xiàn)半干磨擦狀態(tài)，使軸承運(yùn)行不良直至燒瓦。
　　4　結(jié)束語
　　通過故障診斷分析，#7爐#1二次風(fēng)機(jī)電機(jī)軸承燒瓦的主要原因?yàn)殡姍C(jī)軸承潤(rùn)滑油供油不足，軸與軸瓦發(fā)生了干摩擦而出現(xiàn)的軸瓦燒毀。根據(jù)對(duì)故障原因的分析，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行以下調(diào)整及改造：
　　1）重點(diǎn)監(jiān)測(cè)各個(gè)軸承的運(yùn)行狀態(tài)，包括振動(dòng)幅值、軸承溫度、油溫和噪聲。
　　2）適當(dāng)提高風(fēng)機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)的壓力，加大供油流量；保證軸瓦的油位不低于1/2，控制油溫在25 ~45℃；保持油質(zhì)良好，以提高潤(rùn)滑油冷卻速度，提高潤(rùn)滑效果。
　　3）減少使用變頻器的頻率，同時(shí)合理設(shè)置變頻轉(zhuǎn)速范圍。在風(fēng)量、煤質(zhì)變化時(shí)，配合風(fēng)機(jī)擋板調(diào)整，避免鍋爐負(fù)荷大幅變動(dòng)時(shí)引起變頻轉(zhuǎn)速大幅升降。
　　4）暫時(shí)避免電機(jī)轉(zhuǎn)速高于1350r/min（對(duì)應(yīng)的輸出頻率為45Hz）運(yùn)行，在具備檢修及停機(jī)機(jī)會(huì)時(shí)，進(jìn)行風(fēng)機(jī)動(dòng)平衡試驗(yàn)消除過大軸頸振動(dòng)，并檢查各軸承的工作狀況和對(duì)輪的中心連接情況。
　　參考文獻(xiàn)
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　　[2]李植汶.大型變頻電機(jī)斷軸燒瓦原因及處理[J].電力安全技術(shù),2011(7)
　　[3]葉榮學(xué).油膜剛度變化對(duì)轉(zhuǎn)子振動(dòng)特性的影響[J].汽輪機(jī)技術(shù),2006(4)

來源：《云南電力技術(shù)》第41卷 2013年6月