1000MW机组静叶可调轴流引风机轴系调整工艺优化探讨

1000MW机组静叶可调轴流引风机轴系调整工艺优化研究白广臣，周黎明（神华广东国华粤电台山发电有限公司，广东台山529228）【摘要】：某电厂超超临界1000MW机组锅炉引风机装配的是静叶可调子午加速轴流风机，同类型引风机在调试及正常运行过程中，曾多次出现轴系轴向部件碰磨、轴承金属温度高、轴系振动超标等故障，对机组锅炉安全稳定运行造成较大影响；技术人员对故障进行深入分析后发现：引风机厂家原设计的技术标准及装配、维护工艺中，对于引风机轴系径向、轴向的调整工艺并没有做出具体、规范的标准；技术人员从静叶可调子午加速轴流风机的设计理念、结构、工作原理以及现场的实际情况出发，结合引风机的检修、维护经验，对引风机轴系的调整工艺进行了优化改进，制定出了符合现场实际的可行性工艺方案，有效控制了此类型引风机故障的发生；通过对超超临界1000MW机组锅炉引风机轴系调整工艺的优化研究，以期能在同类型设备的运行维护中有所借鉴。【关键词】：轴系、膨胀预留量、动静间隙、磁力中心线、轴瓦游动间隙1.背景1.1、系统概述某电厂超超临界1000MW机组锅炉是上海锅炉厂有限公司引进Alstom-Power公司BoilerGmbh的技术生产的超超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，锅炉型号为SG3091/27.46-M541，配有2台成都电力机械厂引进德国KKK公司技术生产的AN42e6(V13+4°)型静叶可调子午加速轴流引风机。静叶可调式轴流风机，根据脉动原理进行工作，叶轮进出口部位静压几乎相等。当流体通过叶轮时，传递给流体的能量主要指叶轮下游以动能形式出现的有用能量。流体从叶轮流出时是涡流，可由安装在叶轮下游的后导叶直接流入相连扩压器，使全部动能转化为所需要的静压能。而静叶可调子午加速轴流引风机更是以叶轮子午面的流道沿着流动方向急剧收敛，气流迅速增加，从而获得更大的动能，并通过后导叶、扩压器，使一部分动能转换成为静压，效率更高。风机转子轴系包括叶轮、主轴、传扭中间轴和联轴器等部件。风机由进口端驱动，悬臂叶轮靠法兰安装在一个刚性很好的短轴上，叶轮和电动机之间用空心管轴和联轴器挠性连接；（如下图1）1.2、同类型设备典型故障1.2.1、故障1：某厂1B引风机检修后试运6小时，电动机非驱动端轴承温度达53ºC，电动机驱动端轴承1、电机2、膜片联轴器3、传扭中间轴4、进气箱5、进口导叶6、进口集流器7、机壳8、叶轮9、后导叶10、轴承箱11、扩压器图1、引风机结构示意图温度达90ºC，引风机被迫停运。原因分析：检查发现，电机驱动端轴承前端侧面与转子轴肩发生轴向动静接触摩擦是造成电机驱动端轴承金属温度升高的直接原因；根本原因：是由于引风机轴系调整时，电机滑动轴承轴向定位间隙调整不到位所致，电机驱动端轴承前端游动间隙不符合标准要求，引风机传动轴联轴器膨胀间隙预拉后，电机驱动端轴承游动间隙分别为：前端为0mm（标准应为≮10mm）、后端为15mm，试运时产生动静轴向碰磨。1.2.2、故障2：某厂6A引风机在机组RB试验时切除，在停运2小时后重新启动时，电机非驱动端轴瓦振动突增，最大振幅至0.23mm，同时轴瓦金属温度突升最高至95ºC，引风机被迫停运，解体时发现非驱动端轴瓦绝缘挡油环已过热损坏。原因分析：现场检查确定，电机非驱动端轴肩与轴瓦绝缘挡油环支撑架轴向发生动静碰磨是故障发生的直接原因；根本原因：引风机热态停运时间较长，由于烟气倒流，在风压作用下，风机中心筒由正常运行时微负压转为微正压，返回的热烟气将轴系加热使之在原先热态的基础上，继续向电机端膨胀，此时电机非驱动端轴肩与轴瓦绝缘挡油环支撑架之间的轴向预留间隙不足，形成轴向碰磨；引风机轴系轴向调整定位时，电机非驱动端轴肩与轴瓦绝缘挡油环支撑架之间的轴向间隙不能满足引风机极端工况（引风机轴系被额外加热，膨胀量异常增加等工况）的运行要求，是此故障发生的根本原因。1.2.3、故障3：某厂3A引风机从安装调试到正常投运4个月的时间，电机及引风机轴承振动呈逐渐增加的趋势，振幅最高达0.175mm左右，引风机被迫停运；解体检查发现，联轴器弹性膜片部分出现扭曲变形，其中有3片已经出现了线性裂纹；原因分析：现场检查发现，引风机轴系径向中心偏差较大，电机轴中心线标高与引风机轴线标高基本相同（设计标准：电机轴中心线标高应预抬3mm左右）；最终检查分析确定，由于电机基础台板的变形及不均匀沉降造成引风机轴系径向中心偏差较大，超出了膜片联轴器的平衡轴系轴向、径向少量位移的能力，使联轴器膜片承受较大的交变弯曲应力，是造成膜片变形、轴系振动升高的根本原因。从上述同类型引风机的故障来看，引风机轴系径向、轴向的调整方面存在偏差，对于引风机的安全稳定运行影响巨大，但是引风机生产厂家提供的设备设计资料及技术资料对于轴系调整工艺、调整标准方面存在很多的缺失，且比较模糊，现场技术人员只能靠自身的技能及经验对引风机轴系进行检修调整，出现异议、偏差的几率大大增加，因此对于静叶可调式轴流引风机轴系调整工艺进行研究优化，势在必行。2.引风机轴系设计理念及运行原理分析2.1、引风机轴系转动组件设计特点静叶可调式轴流引风机转子轴系由主电机轴、传扭中间轴、传扭短轴、叶轮、轴承座和膜片联轴器等部件组成（如下图2），引风机由进口端驱动，悬臂叶轮靠法兰安装在一个刚性很好的传扭短轴上，叶轮和电动机之间用空心管轴和膜片联轴器挠性连接；使用膜片联轴器，可以补偿平衡轴系运行过程中一定量的轴向、径向位移，对于保证轴系的稳定性作用显著。图2、引风机转动部件示意图引风机主轴承箱采用滚动轴承，由双列角接触球轴承和一组圆柱滚子轴承来承担轴向、径向载荷；双列角接触球轴承能承受较大的径向负荷为主的径向和轴向联合负荷和力矩负荷，主要用于限制轴和外壳双向轴向位移的部件中，能承受倾覆力矩，特别适用于有高刚性要求的应用场合。但是双列角接触球轴承内、外圈之间的可倾斜性有限，允许倾斜角取决于轴承的内部间隙、轴承尺寸、内部设计及作用于轴承上的力和力矩，而最大允许倾斜角应保证轴承内不会产生过高的附加应力。若轴承内、外圈之间存在倾斜角，将影响轴承的寿命，同时造成轴承运转精度下降，运转噪声增大；因此：在设计理念上，引风机轴承箱主轴在装配时，必须保证要有良好的水平度，一般要求：引风机轴承箱主轴水平度≯0.05mm/m；引风机电机轴承采用滑动轴瓦（如下图3），LZ：电机磁力中心线定位值；La\Lb:转子轴肩与轴瓦绝缘挡油环支撑架之间的轴向间隙；δ1\δ2：轴瓦游动油隙；图3、引风机电机轴瓦示意图属于与电机装在一起的端盖式滑动轴瓦，轴瓦形式为典型的圆筒瓦，轴瓦顶隙一般为轴径的（0.1-0.15）%；圆筒形滑动轴瓦只承担转子的径向载荷，可以允许电机转子轴向移动，因此轴瓦与转子轴肩之间一定要保证能有足够的游动间隙（δ1\δ2），以避免轴向的动静碰磨；在引风机正常运行时，为保证电机的安全稳定，电机转子应在磁力中心位置运行，如果偏离磁力中心，电机转子会产生很大的磁通轴向推力，引起轴系的振动；基于为了避免在电机轴向产生多余的轴向推力而影响到转子磁力中心的对中，在设计理念上，电机在装配时，必须保证电机主轴要有良好的水平度，一般要求：电机主轴水平度≯0.15mm/m；2.2、引风机轴系热态工况下状态分析引风机正常运行时，传扭短轴、叶轮、轴承座等部件处于烟气高温区，引风机轴系在轴向、径向都会有很大的膨胀位移量；如何减少膨胀量对于轴系稳定运行的影响是工艺要求的关键；①、径向膨胀引风机在热态工况时，叶轮端后导叶组件中主轴承座位置会在径向产生热膨胀量，主轴承座主轴中心线热态下会抬高3～4mm左右；为减少垂直膨胀量影响到轴系状态，保证风机主轴与电机主轴在热态下良好对中，叶轮端后导叶组件中主轴承座位置的热膨胀补偿量需通过电机水平位置的预抬量来保证，在冷态下将电机主轴中心线标高预先抬高3～4mm左右，此时通过测量两个联轴器膜片间的张口值来保证调整数值，其张口值大小，可通过计算得知；按一般的比例，其张口值控制在0.20mm（因烟气温度也是控制在一定范围内，正常工况下，热膨胀量变化不大）左右，也就是电机端联轴器实现上张口、风机端联轴器实现下张口（如下图4）；图4、引风机轴系径向调整示意图②、轴向膨胀引风机在热态工况时，烟温较高，传扭中间轴较长，其轴向热膨胀量较大（约3～6mm）；引风机主轴承箱采用的双列角接触球轴承承担着轴系双向的轴向推力，因此主轴承箱处是引风机轴系的轴向膨胀死点，引风机轴系在受热膨胀时，只能是通过膜片联轴器推动电机主轴，向电机非驱动端产生轴向位移；此时，为了避免轴向热膨胀量影响到电机转子的磁力中心，需要靠膜片联轴器将轴向热膨胀量缓冲吸收掉；因此在冷态安装时要将单个联轴器的安装间隙比自然间隙预拉开1.5～3mm，以保证轴系热态运行中间轴膨胀量得到补偿。调整时需同时考虑整个轴系（包括电机轴瓦与轴肩间隙）各种工况下运行要求。2.3、引风机轴系冷态下调整理念研究引风机轴系热态运行时，传扭中间轴产生轴向热膨胀量，风机叶轮端后导叶组件中主轴承座位置存在垂直方向热膨胀量，此时理论上，风机轴、中间轴、电机轴应在一条直线上，联轴器膜片回复至自由状态，电机转子在磁力中心线运行，电机驱动端及非驱动端轴瓦侧面与轴肩以及其它轴向无动静磨擦；为了能够保证轴系的此种安全稳定运行状态，需要在冷态下通过优化调整工艺来实现，关键的轴系调整理念包括：①、引风机轴系调整是以引风机轴承箱主轴水平度和电机主轴水平度为基准的，在轴系冷态调整的全过程中，都要优先保证：引风机轴承箱主轴水平度≯0.05mm/m；电机主轴水平度≯0.15mm/m；②、引风机轴系轴向冷态调整：单组膜片联轴器要从自然间隙向电机端预拉开1.5～3mm，此时膜片联轴器的轴向热膨胀补偿量为3～6mm，与热态时轴系的轴向状态相符，此种状态下，传扭中间轴在电机侧的联轴器的靠背轮轴向位置已经确定，通过调整电机外壳的轴向位置，然后将引风机整个轴系连接后，电机侧各部件的轴向间隙（如图3所示）必须要保证：电机转子应在磁力中心位置，即Lz值与电机铭牌所标志的磁力中心位置相符；电机两端轴瓦游动油隙δ1=δ2且≮10mm；转子轴肩与轴瓦绝缘挡油环支撑架之间的轴向间隙La\Lb≮10mm；保证上述间隙后，当轴系冷态试运时，联轴器自身膜片产生回复力，拉动电机转子向风机侧移动，因最大移动量不会超过6mm，远小于δ2及La值，就不会出现【故障1】中的轴向动静碰磨；另外，在【故障2】中的极端工况时，引风机返回的热烟气将轴系加热使之在原先热态的基础上，继续向电机端膨胀，按照被加热轴系10m长、温升80℃计算，最大膨胀量在8mm左右，远小于δ1及Lb值，就不会出现【故障2】中的轴向动静碰磨；③、引风机轴系径向冷态调整：在保证引风机轴承箱主轴水平度和电机主轴水平度的前提下，需要在冷态下将电机主轴中心线标高预先抬高3～4mm左右，然后通过在两端联轴器架设百分表、盘动转子的方式，测量轴系连接的中心偏差（如图4所示），并通过加减电机基座底部垫片的方式来调整，最终达到上、下张口间隙：0．20～0．35mm(电机侧上张口，风机侧下张口两者之和小于0.55mm)，左右张口轴向偏差小于0.15mm；但需要注意：调整过程中，电机主轴水平度≯0.15mm/m。如【故障3】中那样，引风机轴系垂直方向膨胀量调整不当，将使轴系在热态运行时，风机轴与电机轴不在一条直线上，电机侧联轴器与风机侧联轴器张口值超标，联轴器长期受交变扭曲力作用，将发生疲劳损坏。为确保平衡运转中产生的位移，应尽可能地精确调准刚挠性联轴器，调准愈精确，膜片的交变弯曲应力越小，膜片联轴器的使用寿命也就越长。3.引风机轴系调整优化工艺的实施3.1、工序1：引风机轴承箱主轴水平度和电机主轴水平度测量调整引风机轴承箱主轴水平度和电机主轴水平度是引风机轴系调整的基准；标准：引风机轴承箱主轴水平度≯0.05mm/m；电机主轴水平度≯0.15mm/m；测量及调整方法：①、引风机轴承箱主轴水平度：可以通过测量主轴承箱端部的垂直度计算得出，引风机主轴在主轴承箱内，长度约707mm；引风机轴承箱主轴水平度的调整