本发明属机械消振技术,是控制或减弱风机积灰暨磨损振动的方法。 风机积灰暨磨损振动是指风机转子(包括轴和叶轮)积灰暨磨损所造成的轴横向振动(包括轴承振动,下简称轴振动)及轮盘振动。
所说的灰指风机气流中的固态物质微粒,它们可以积聚于转子上,可以对风机转动部件造成磨损。
对于积灰振动,清掉转子积灰,振动就会消失。但间隔一段时间后振动还会随积灰再来,并超过风机不能忍受值。一定情况下,这段间隔时间近乎不变,被称为振动周期。积灰振动的特点是:振值高,突发性强,周期短。其破坏性很大,严重时会把风机轴承座地脚螺丝连根拔起,轮盘还会产生破坏性裂纹。以往应付积灰振动问题的办法是:周期性清灰,即每周期清掉转了积灰一次。人们曾企图利用各种传统动平衡技术使风机无灰运行时轴承振动降到尽可能的低,但都无法阻挡积灰后振动增加的势头。对于纯磨损(无积灰)的转子或者周期性地清灰从而使转子金属失去积灰层保护的转子,磨损速度很快。为了消除磨损振动,必须进行传统的转子动平衡。动平衡对于振动的消除也是暂时性的,振动还会随磨损再来。与积灰振动相似,磨损振动也有小到风机无法忍受值的时间周期。以往应付磨损振动的办法是:周期性动平衡。当然,人们还想过在机外除灰,不让灰进入风机及用防磨材料制造转子的方法,但都因为代价太贵或技术上地原因而难以实现。国内大多数火力发电厂锅炉吸风机采用停机清灰方式。有些吸风机严重时一天要停机清灰几次,甚至更多,停机不发电损失巨大,因此个别电厂探讨了不停机清灰方法。山东省电力科学研究试验所科技情报室编《情报简讯》第80期第11-13页(1984年1月28日版)介绍了山东莱芜电厂吸风机叶片蒸汽吹灰装置。该装置吹灰过程尚存在:振动短时间剧增危险,蒸汽耗量大,电机负荷高等问题。国外专利(PAT-NO:FR2572141)有风机转子自动清洁系统介绍。该系统通过周期性清灰实现对风机转子振动的周期性控制,还可通过动平衡机进行转子平衡。
已有周期性清灰及周期性动平衡的方法不能控制或减弱积灰暨磨损振动过程,风机仍要受间断振动之害。不停机清灰还必须有专门清灰设备,有些设备昂贵,运行费用大,还存在清灰过程有振动短时剧增危险等问题。
本发明的目的是提供一种控制或减弱风机积灰暨磨损振动的方法。这种方法不停机,不清灰,不要专门设备,简单,经济,可行,有效。
本发明与已有技术不同。已有技术放弃了对积灰暨磨损振动机理及积灰磨损规律的研究,对灰采取了一清了之的方法。本发明基于对积灰暨磨损振动机理及积灰磨损规律的研究,采取了对灰不一清了之而保之改之的方法。
积灰暨磨损不一定会造成振动,只有不平衡积灰暨不平衡磨损才会引起振动。积灰暨磨损都是改变转动质量的过程,两种过程有着共同的生成规律,是可用同一方法加以控制的。本发明能同时实现这两种控制,形成平衡积灰暨平衡磨损,从而实现对积灰暨磨损振动的控制或减弱,本发明实质上是风机转子平衡积灰暨平衡磨损技术。特别要指出的是:已有技术只把转子积灰暨磨损振动仅归结为轴振动,忽略了至关重要的轮盘振动。本发明一举解决了与积灰暨磨损都密切相关的轴振动和轮盘振动问题(或者说轮盘裂纹问题)。
本发明方法如下:
在风机叶轮上选择两个旋转面作为加重面,分别加上一重物,组配控制重物对,实现对积灰暨磨损振动的控制。两控制重物的角位置质量间有确定的组配关系。这种关系必须满足两重物离心力系向轮盘振动中心简化的主矢等于零、主距不等于零的条件。改变控制重物对的角位置或质量都可以改变对风机积灰暨磨损振动的控制程度。通过对叶轮有、无控制重物对时风机运行工况振动及振动周期测定,可以选定最佳控制重物对,实现对风机积灰暨磨损振动的最有效控制或减弱。
所说轮盘指使叶轮与轴连结的那个轮盘。所说轮盘中心指轮盘的园心。所说旋转面指通过轴中心线一点并与该点处轴中心线段垂直的平面。
1.两控制重物角位置和质量间的组配关系按以下方法确定:
转子绕其轴中心线旋转时,其上任一质点的离心力P等于该点质量M、旋转半径R、旋转角速度ω的平方三者之乘积,即P=MRω2。可见在角速度一定的情况下,P与MR成正比,可用MR代表P。和可以像一样,表示为矢量。方向都由该点在旋转面上的角位置所决定。离心力对于任意中心点的矩的矢等于与由到中心点的矢径的乘积。同理我们可用代表。
设两个加重面为1面和2面,
1面和2面与轮盘面的距离分别为L1和L2,
1面和2面的加重旋转半径分别为R1和R2,
1面和2面的控制重物质量分别为M1和M2。
两控制重物的离心力系向轮盘振动中心简化的主矢为零、主矩不为零表明必须满足下列方程组,或者说下列方程组决定了的组配关系:
(3)式的物理意义是两加重的角位置相反(或者说位角差为180°),各加重质量与其旋转半径成反比。(4)式的物理意义是,两个加重面不能重迭或者说不能只有一个加重面。(3)(4)式是我们组配控制重物对必须遵守的条件。
2.最佳控制重物对的选定可按以下方法进行:
本法进行前,经传统风机转子动平衡技术及其它消振技术处理后,风机无灰暨无磨损运行时,各轴承振动都应在合格范围以下,最好达规定的优良范围。组配控制重物对时,其中一重物的角位置和质量可任意选定。但质量不能太少,以能较明显改变积灰暨磨损振动及振动周期为宜。根据以往风机运行观察情况选定振幅高、振动稳定的某轴承某方向振动为风机代表振动。规定积灰暨磨损运行开始T小时后测振,T数值根据积灰暨磨损振动周期长短定,T小时内振动可达较大值但不宜达危险值。设无灰暨无磨损运行时代表振动为,积灰暨磨损运行开始T小时后代表振动为。以上工作完成后:
(1)测量叶轮无控制重物对时的;
(2)测量叶轮有控制重物对;
(3)确定最佳控制重物对;
风机经本发明办法处理后,其积灰暨磨损情况发生时,不会出现风机振动增大的情况。由于本发明保留积灰,形成一层防磨层,还延长了风机转子寿命。由于不再停机,也不清灰,转子磨损速度大大降低,极大地提高了风机运行的可靠性、安全性。风机利用率的增加,特别是火力发电厂吸风机利用率的增加使经济效益蔚为可观。多年来吸风机振动问题一直成为很多厂停炉影响发电的主要事故原因,少发电损失很大。一台五万千瓦汽轮发电机组的风机因减少停机直接多发电的利润,每年可高达数十万元以上,而实施本发明的费用几乎为零。
本发明实施例1 某电厂50000千瓦汽轮发电机组的锅炉吸风机
风机振动原状况:无灰暨无磨损运行时,风机各轴承振动值在优良范围内(0.03毫米以下)。积灰暨磨损运行开始后,振动增加很快。其特点是振动周期短,振值大。一般每天清灰一次,严重时每天(24小时)清灰高达6次。
处理过程:
(1)组配控制重物对:选轮盘两侧旋转面为加重面,令加重旋转半径R1=R2,=190克∠50°,=190克∠230°
(2)规定T=20小时,选电机侧轴承水平振动为代表振动,
(3)测量叶轮无控制重物对时的=0.03毫米∠15°,
=0.18毫米∠90°
(4)测量叶轮有控制重物对时的=0.028毫米∠16°,
=0.10毫米∠130°
(5)确定最佳控制重物对:
= (-(0.18∠90-0.03∠15)·190∠50)/((0.10∠130-0.028∠16)-(0.18∠90-0.03∠15))
=275.1克∠90.6°
=275.1克∠270.6°
实施效果:将最佳控制重物=275.1克∠90.6°、=275.1克∠270.6°装上叶轮后,不再有积灰暨磨损振动发生,所有轴承振动都在0.03毫米以下。
本发明实施例2某电厂25000千瓦汽轮发电机组的锅炉吸风机
风机振动原状况:无灰暨无磨损运行时风机各轴承振动值在优良范围(0.03毫米以下)。积灰暨磨损运行后平均三天清灰一次。此外,还经常发生突发性振动,几分钟之内振动可由合格值上升到危险值,拔起轴承座地脚螺丝,破坏轴承。风机叶轮与轴连接部分还常发生疲劳性金属裂纹,因此几个月就得更换一个新叶轮。由于经常发生险情,该风机长期处于停运状态,利用率很低。
处理过程:
(1)组配控制重物对:该风机只有一支点轴承,选轮盘面和一旋转面为加重面,令加重旋转半径R1=R2,=210克∠100°,=210克∠280°,
(2)规定T=36小时,选定该风机轴承轴向振动为代表振动。
(3)测量叶轮无控制重物对时的=0.02毫米∠104°,
=0.14毫米∠43°
(4)测量叶轮有控制重物对时的=0.03毫米∠106°
=0.19毫米∠218°
(5)确定最佳控制重物对:
= (-(0.14∠43-0.02∠104)·210∠100)/((0.19∠218-0.03∠106)-(0.14∠43-0.02∠104))
=135.9克∠79.5°
=135.9克∠259.5°
实施效果:将最佳重物对=135.9克∠79.5°,=135.9克∠259.5°,装上叶轮后,轮盘裂纹得到控制,不再有积灰暨磨损振动发生,特别是突发性振动完全消失。由于不再有险情,风机也不再停运,取得了相当可观的发电效益。