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动叶可调双级轴流风机的现场动平衡

刘占辉 刘静宇 罗剑斌/河南电力试验研究院    

摘要:针对动叶可调双级轴流风机长期运行中叶片磨损造成转子质量不平衡,引起风机振动增大的问题。利用影响系数法进行现场动平衡,很好地解决了问题。
关键词:双级轴流风机;振动;动平衡
中图分类号:TH432.1 文献标志码:B
Field Dynamic Balance for the Adjustable Vane Double-stage Axial Flow Fan
Abstract: The vibration increasing of adjustable vane double-stage axial flow fan caused by the rotors mass unbalance for the vane abrasion in long period running is a main malfunction. This problem can be well settled by influence coefficient method to carry out dynamic balance in the field.
Key words: double-stage axial flow fan; vibration; dynamic balance
0 引言
  动叶可调轴流风机通过液压缸改变动叶的安装角,进而改变风压和风量,其调节灵活、 效率高,在火力发电厂得到了广泛的应用。近年来,新投产的单机容量600MW及1 000MW机组的火电厂一次风机普遍采用了动叶可调双级轴流风机[1] 。由于动叶可调式风机叶片耐磨性差,现场运行中经常遇到因长期运行叶片磨损引起风机振动超标的问题。由于动叶可调双级轴流风机与静叶可调轴流风机及动叶可调单级轴流风机结构上的差异,现场动平衡时[2-3] ,振动测量方法及计算方法也有所不同。
1 动叶可调双级轴流风机的结构及动平衡原理
1.1 动叶可调双级轴流风机的结构
  动叶可调双级轴流风机由进气室、集流器、两级叶轮、导叶、扩压器、动叶调节机构等构成。两级叶轮布置在轴承室两端,风机转子与电机转子之间由一根空心轴连接,在电机转子和风机转子侧分别有一个挠性联轴器,风机轴承箱下部通过几根筋板与外壳的下半部相连,风机及电机由四个支承轴承和一个推力轴承支承(见图1)。该类型风机与一般轴流风机和离心风机的最大差别是其具有两级叶轮,在长期运行中,两级叶轮均会因磨损引起质量不平衡[3] ,造成风机振动超标。

1.2 双级动叶可调轴流风机的动平衡原理
  对于静叶可调式轴流风机和单级的动叶可调式轴流风机,因其只有一级叶轮,故因磨损造成的质量不平衡都集中在叶轮上,其动平衡过程为单平面动平衡过程,即静平衡过程[3] 。如果确定其振动是由质量不平衡引起的,只要在轴承箱附近的外壳上测量一点(如图2中A点)的水平或垂直方向振动,利用影响系数法,在叶轮上加重,就能将风机振动降低到理想范围以内[4-6]
  双级动叶可调轴流风机的两级叶轮均可能发生磨损引起质量不平衡,造成风机振动超标,这样就需要在两级叶轮上分别加重才能使其振动达到优良标准,其动平衡过程中不仅要平衡转子及叶轮上的静不平衡量,还要平衡其动不平衡量。由于风机振动是由两级叶轮的质量不平衡引起的,支撑风机转子的两个轴承振动大小、相位均可能存在较大的差别,差别的大小由两级叶轮质量不平衡的大小及相位分布决定。而如果在动平衡过程中,只测量风机外壳振动,就不足以体现出两个轴承的振动差别,故必须将传感器布置在机壳内部的轴承箱的两个支承轴承上(如图2中B点、C点)。

  引风机转子比较短,可以将其视为刚性转子,按照刚性转子动平衡原理只需在两个平衡面上加重,就能消除转子上的静不平衡量,又能消除动不平衡量,最终使整个转子得到很好的平衡,其动平衡过程如下:
  1) 将振动传感器分别布置在叶轮两侧的两个轴承上,一般每个轴承上布置两个,分别测量该轴承的水平和垂直方向振动。如传感器数量有限,每个轴承至少要布置一个,建议测量水平方向振动。
  2) 启动风机并升速至额定转速,测量两个轴承的振动,一般需要测量5min左右,直至测得的振动读数稳定为止,如果读数不稳定需要延长测量时间,记录测量得到的A、B两轴承振动值A0B0
  3) 根据经验考虑转子质量、长度、转速、加重半径和振动大小,估算靠近A、B两轴承叶轮的试加重质量M1M2
  4) 将试加重量M1加在靠近A侧轴承的叶轮(第一级叶轮)上,启动风机至额定转速,测量A、B两轴承振动A01B01
  5) 保留第一级叶轮上的试加重量,将试加重量M2加在靠近B侧轴承的叶轮(第二级叶轮)上,启动风机至额定转速,测量A、B两轴承振动A01B01
  6) 则在第一级叶轮上加重对A、B两个轴承为:

K11=(A01-A0)/M1,K12=(B01-B0)/M1      (1)

  在第二级叶轮上加重对A、B两个轴承的影响系数为:

K21=(A02-A01)/M2,K22=(B02-B01)/M2     (2)

  7) 保留两次试加重量,假设第一级叶轮和第二级叶轮分别应加重MAMB,加重后A、B两个轴承的振动均为零,则可得到如下方程:

  在式1中,只有MAMB两个未知数,该方程有唯一解,可以求出在第一级叶轮和第二级叶轮上所需加重量的大小和方向。
  值得说明的是,以上的计算过程一般以一个方向的振动值进行计算即可,理论上可以用水平、垂直或轴向任何一个方向的振动进行计算,实践证明水平和垂直方向振动对不平衡的响应有着较好的线性关系,但水平方向振动通常较垂直方向要大,在进行动平衡时,常常用水平方向振动进行以上计算,用垂直方向振动来进行校验。
  假设以上是计算中的振动值为水平方向振动,那么同理可以得到垂直方向对应的影响系数和振动值分别为:K11’、K12’、K21’、K22’、A02’、B02’,则如果由式(3)按照水平方向计算得到的加重量MA、MB合理的话,理论上垂直方向的振动也应该为零,实际上考虑计算及测量误差不是零,只要在可以接受的范围就说明计算得到的加重量是准确的,所以可以得到:

  其中││≈0则说明计算得到的MA、MB是可靠的。
  8) 将计算得到的MAMB分别加到第一级、第二级叶轮上即可。
  加重过程中第一个试加重量一般要先加在振动较大的轴承侧叶轮上,以尽可能地使风机的振动水平降低。在加重过程中试加重量去掉还是保留也要根据实际情况决定,如果试加重量使风机振动显著的降低了,那么可以将试加重量保留,反之如果试加重量大小或角度取的不合理,造成风机振动变大,就需要将试加重量去掉,再进行下一步工作。
2 动叶可调双级轴流风机动平衡实例
  某电厂一次风机系上海鼓风机厂生产的PAF19-14-2型动叶可调双级轴流式风机,转速1 470r/min,额定功率2 240kW。运行过程中振动超标,各轴承振动测量结果见表1,鉴相器与水平方向传感器在同一个方向,水平方向传感器顺着转子转动方向旋转90°即与垂直方向传感器同向。
  由表1可知该风机及电机各轴承、各方向振动均以工频为主;风机轴承振动与电机轴承振动相比要大的多;同一轴承水平方向振动较垂直和轴向振动要大;风机驱动端轴承与非驱动端轴承各方向振动相位均相同;以上说明引起风机振动超标的原因为转子质量不平衡,且静不平衡量较大,应对风机进行现场动平衡。

  根据经验并考虑风机叶轮与转子质量、加重半径、风机转速等,取两级叶轮试加重量M1、M2大小均为0.5kg,取M1角度为130°,将该重量加在第一级叶轮(靠近非驱动端轴承)的加重平面上,启动风机测量电机和风机的振动情况见表2。
  按照风机非驱动端轴承和驱动端轴承水平方向振动的变化情况,计算该加重面对两测点的影响系数分别为:

  同样非驱动端和驱动端轴承垂直方向振动的影响系数也可以计算出来,分别为:K11’=32∠99(μm°/kg)、K12’=55∠82(μm°/kg)。
  保留第一级叶轮上的加重量M1,按照经验将试加重量M2取角度为110°加在第二级叶轮(靠近驱动端)的加重平面上,启动风机测量电机及风机的振动情况见表3。   

  按照风机非驱动端轴承和驱动端轴承水平方向振动的变化情况,计算该加重面对两测点的影响系数分别为:

  同样非驱动端和驱动端轴承垂直方向振动的影响系数也可以计算出来,分别为:K21’=88∠128(μm°/kg)、K22’=58∠130(μm°/kg)。
  保留两次试加重量,将A02=40∠264(μm°)、B02=40∠240(μm°)及K11K12K21K22代入式3,解方程得MAMB分别为0.028kg∠163°、0.373kg∠38°;将MAMB及计算过程中得到的垂直方向的影响系数,及第二次试加重后垂直方向的振动代入式4,得到A=5μm∠270°,B=8μm∠281°,在可接受的范围内,即计算得到的加重量是可靠的。
  将MAMB分别加在靠近非驱动端轴承和驱动端轴承的叶轮,启动电机,测得电机及风机的振动情况见表4,电机及风机振动均达到优良标准范围以内。

3 结论
  动叶可调双级轴流风机现场动平衡过程中,需要分别测量靠近两个叶轮的轴承的振动,而不能只测量轴承外壳的振动;动叶可调双级轴流风机现场动平衡是双平面刚性转子的动平衡,即需要平衡转子的静不平衡,还需要平衡转子的动不平衡,所以需要在两级叶轮上分别加重,才能达到满意的结果。
                 参 考 文 献
[1] 杨绍宇.脱硫增压风机振动故障分析与处理[J].风机技术,2010(2):73-75.
[2] 杨辉.简述现场动平衡技术的应用[J].风机技术,2009(6):45-47.
[3] 施维新.汽轮发电机组振动及事故[M].北京:水利电力出版社,1999.
[4] 常强.锅炉风机振动现场处理[J].东北电力技术,2010(3):5-8.
[5] 王璞.影响系数法在机械式磨床自动平衡系统中的应用[J].风机技术,2008(1):55-82.
[6] 高庆水,杨建刚.引风机异常振动诊断及处理[J].风机技术,2009(1):69-70.

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  评论人:荷兰网   打分:0 分  发表时间:2015-2-9 23:46:57
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