机械故障诊断—喘振讲解

1、20132014学年机械故障诊断读书报告 学院：机械与汽车工程学院 专业：测控技术与仪器 班级：测控二班 姓名：李云星 学号：1102415076 指导教师：王林鸿喘振的诊断案例分析综述Analysis of diagnosis case surge摘要：喘振是一种很危险的振动，常常导致设备内部密封件、叶轮导流板，轴承等损坏，甚至导致转子弯曲，联轴器及齿轮箱等机构损坏。他也是流体机械特有的振动故障之一。本文主要介绍几种典型的案例，分析其中的故障原因。Abstract: the surge is a very dangerous vibration, often cause equipment

2、inner seal, impeller baffle, bearing damage, and even lead to rotor bending, damage coupling and gear box and other institutions. He is also one of the vibration fault of fluid mechanical characteristic. This paper mainly introduces several typical cases, failure reason analysis.关键词：喘振、诊断、分析Keywords

3、: surge, diagnosis, analysis正文：案例一：大唐耒阳发电厂#3 B引风机、送风机失速及喘振分析 1、 3月22日#3B引风机、送风机失速及喘振过程 大唐耒阳发电厂二期工程2x300MW#3、4机组分别于2003年12月、2004年6月投产锅炉型号为B&WB一1025172一M配上海鼓风机厂SAF266一151型引风机和FAF22414一l型送风机各2台均为动叶可调轴流式。3月22 El 18：14：50#3炉负荷308MW送风机进口温度2766，排烟温度A、B侧分别为1522、1516；18：14：56，#3B引风机突然发生喘振，电流大幅波动：随即#3B送风机也发生喘

4、振，现场可以听到明显的震动声。受此影响，炉膛负压急剧变化，最低到一206lPa。最高达+2268Pa，值班员立即处理，降负荷并关小风机动叶，于18：23：53#3B送风机恢复正常，18：25：53#3B引风机恢复正常。查询有关数据历史曲线，整个过程变化如表1、2。表l 失速以及喘振过程风机电流参数变化 表2 失速前空预器烟气侧、风侧差压数据2、2月24日#3B引风机失速及喘振过程2月24日19：00：00#3炉负荷29lMW送风机进口温度28-3排烟温度A、B侧分别为1603cE、1598。锅炉水平烟道蒸汽吹灰进行中。19：06：00。锅炉按调令逐步降负荷，19：14：55负荷降至261lVl

5、W#3B引风机突然失速并发喘振参数大幅摆动，其问炉膛压力最大+530Pa经值班员处理于20：50：42恢复正常。查询历史曲线，整个过程变化如表3。3、 两次事件原因分析从相关数据分析可见两次事件发生前#3炉引、送风机动叶开度均非常大(达7679)，且系统阻力远远超过设计值同时炉膛负压均不是很稳定。风杌已经工作于失速区的边缘地带，非常脆弱，稍有扰动便会失速。其中224失速前，机组正在按调令减负荷过程中同时锅炉还在进行吹灰。负压波动大：322失速前很长一段时间。炉膛负压就很不稳定，在一200+353Pa之间波动；这些因素均可能对风机系统造成千扰。使风机工作于失速区边缘甚至落入失速区的主要原因为系统

6、阻力过大。带高负荷时。各二次小风门全开仍无法保证氧量及负压不得不将动叶角度开得很大使风机工作点接近甚至越过临界值。锅炉烟气侧主要由水平及尾部烟道受热面、再热器烟气挡板、空预器及其烟气进口挡板、电除尘、引风机及进口挡板、脱硫系统等设备和烟道连接而成，烟气侧的阻力主要是由这些设备造成的。风侧主要有风机出口挡板、空预器及其出风挡板、二次风门、分级风门、燃烧器、风箱等设备，风侧阻力主要是由这些设备造成的。而这两次失速前#3B空预器烟气侧差压分别达215kPa、210kPa#3B空预器出口经电除尘至引风机入口处差压分别达137kPa、109kPa。二次风侧差压分别达148kPa、138kPa，一次风侧差

7、压迭22kPa，均远远高于设计值。此外，风机叶片磨损、结垢、检修装配水平等因素均已造成风机效率下降。性能曲线发生了改变。输送同样的流量需动叶角度开得更大、功耗更高以致高负荷时风机不得不工作于失速边缘区。4、 处理原则当判定风机已失速甚至喘振时应立即手动减小两台并列风机的动叶开度。直至失速风机的电流回升至正常值。同时适当降低机组负荷，并尽量开大二次风门、分级风门或风烟挡板，降低管道阻力。处理期间注意失速风机突然恢复出力时炉膛可能造成大正压或大负压，可预先投入油枪助燃。5、 运行防范措施(1) 正常运行中，要尽量减少并列风机动叶开度偏差(一 般不能超过10)，使两侧出力平衡，并且开度不要过大，控制

8、 风机电流不超限，必要时限制机组负荷。 (2) 正常运行操作，高负荷需增加送风量时，优先开大前 后墙二次风门及分级风门；高负荷需减少送风量时，优先关小 送风机动叶。(3) 严格执行吹灰制度，吹灰过程适当提高炉膛负压，严禁正压吹灰。(4) 风机并列操作时，应先适-3关小运行风机动叶，再逐步开大待并风机动叶。6、 解决问题的思路(1)加强炉本体和空预器吹灰主要是减少烟道积灰，降低系统阻力。在确保受热面安全的情况下。尽量提高吹灰汽源压力。此外停炉期间可安排人工将各处积灰清理干净，包括炉膛出口至电除尘之间的全部烟道、二次风箱及分级风箱等。(2)降低单支油枪出力，改善锅炉启动初期油枪雾化效果。启动初期投

9、粉不可过早。开机过程及时投入空预器吹灰，辅汽压力太低效果不佳，一旦屏过汽源压力达15MPa以上，必须及时切换吹灰汽源，确保吹灰效果。或建议进行设备改造，将#3、4炉吹灰减压站连通以便开机点火后便可立即投入邻炉屏过汽源至空预器吹灰。 (3)停炉彻底清洗空预器。高压水洗只能将未堵死元件间的积灰清除掉，但已被积灰堵死的元件，高压水洗效果不佳，建议将全部元件盒吊出对传热元件一片一片地清理，该工作量很大。(4)减少空预器漏风。空预器漏风，增大了引送风机功耗损失，相当于增加了系统阻力。特别是#3B空预器漏风严重，影响较大。(5)彻底改造再热器烟气挡板系统，减少此处积灰及节流阻力。#3、4炉烟气挡板卡死较多

10、，每次停炉检查均发现此处积灰非常严重多次处理但效果不佳。(6)检查各风机及空预器进出口挡板，确保处于全开状态，减少节流阻力。曾经在3月28日检查发现#3B引风机入口#l电动门连杆脱落实际处于全关状态，随即联系点检员装好连杆并手动摇至全开DCS上显示#3B引风机入口负压从一365kPa下降至一315kPa降低该处阻力05kPa，效果非常明显。(7)减少电除尘及脱硫系统阻力如合理投入振打装置及加热装置提高除尘效果。降低脱硫烟气挡板及吸收塔等设备阻力合理调整增压风机出力。(8)校验或改造风烟系统各风压、流量、开度等测点，确保DCS指示准确确保风机动叶实际开度与DCS显示相符合便于运行人员能及时发现风

11、机的工况偏差及时调整。(9) 检查风机叶片磨损、结垢及安装角度等情况，尽量保证每个叶片角度一致案例二：国产600MW机组一次风机喘振分析及对策广东国华粤电台山发电有限公司的一期两台600MW机组锅炉一次风机 为上海鼓风机厂生产的双级动叶可调式轴流风机 主要参数如下 风量为112.11m3/S风压为14327Pa进口密度为1.1833kg/m3进口温度为22.6 风机转速为1470r/min风机效率为80.6 叶片级数24/级叶片可调范围55 其出厂性能曲线示意图见图1 机组正常运行时两台一次风机并列运行(单台理论出力50 )1号机组于2003年12月9日通过168h试运行进入试生产期1号机组整

12、套启动阶段一次风机曾发生过一次非常典型的喘振现象1、 发生喘振现象(1) 2003年11月5日调试所准备进行单台一次风机最大出力试验 为将来机组RB功能试验做准备23:18停止1A一次风机保持1B一次风机运行电流177A动叶全开一次风压7.88kPa1D1E1F制粉系统运行最大有功400MW(2) 2003年11月6日0:18 一次风机最大出力试验结束 启动1A一次风机与1B一次风机并列运行至0:26因1A一次风机迟迟不能出风调试要求其动叶快开最终开至99 (此时1B一次风机动叶配合由100 降至85 ) 不能出风就地人员汇报1A一次风机振动及噪声较大 风机外壳温度上升较快0:40虽经调整1A

13、一次风机动叶至75 此时1B一次风机动叶配合降至75 仍不能出风就地人员汇报风机外壳烫手振动及噪声仍较大0:421A一次风机动叶调整至零停止运行(3) 2003年11月6日2:11重新启动1A一次风机 至2:25其动叶开度达46 此时1B一次风机动叶配合降至47 就地检查风机振动声音及风机外壳温度均正常2、喘振发生的原因分析(1) 喘振是轴流风机特有的一种异常运行工况一般认为其根本原因在于轴流风机的特性曲线具有上升段的驼峰形每一开度下均对应一不稳定工作区域如图1K点左边部分即为100 动叶开度对应的不稳定工作区从图1还可看出动叶开度越大不稳定工作区域越大也就越容易发生喘振(2) 11月6日0:

14、180:251A一次风机动叶由5 增加至99 而一次风机所带负荷未变化同时1B一次风机动叶最小也只关至80 当时的风压8.6kPa 从图1可知1B一次风机流量较大足以满足当时的负荷需要 冷热一次风母管压力基本未变化 略有下降 说明1A一次风机没有风其出口的一次风压主要是一次风母管倒流产生的 其工作点进入了K点的左半部分不稳定工作区所以上述1A一次风机发生的振动大噪声大外壳温度高的现象是典型的风机喘振现象(3) 一次风机流量小压头高性能曲线的驼峰较陡峭如果操作不当或者运行工况变化造成出口风道阻力特性改变就容易发生喘振现象 而若送风机流量大(249.3m3/S) 压头较低(4276Pa) 驼峰较缓

15、 同时出口风道经过空预器即直接进入大风箱风道阻力小则就不容易发生喘振3、 喘振的解决办法1A一次风机第一次启动并列不成功2：112：25再次启动时采取如下做法 1A一次风机没有再发生喘振现象（1） 在风机并列时首先使停备的三台磨煤机具有一定的通风量尽量使两台一次风机的出口风道阻力特性一致（2） 缓慢增加 1A一次风机动叶而且开度最终仅开至 46%，1B一次风机动叶配合由 92%关小至47%（3） 从性能曲线上看风机动叶 46%开度与风机设计的机组额定负荷工况点 实际机组负荷 600MW时的工况点 都十分接近只要控制一次风量与实际运行值相当 即可保证工况点落在性能曲线的下降部分即稳定工作区使第二

16、次并列成功案例三、大型锅炉引风机失速、喘振异常的分析与探讨L、设备概况某电厂二期工程2300 Mw机组锅炉系上海锅炉厂有限公司SG1025175M720型亚临界锅炉，l号锅炉于2008年4月投产。锅炉采用中间储仓式制粉系统、四角切圆燃烧方式，设计燃用贫煤，配用的引风机为上海鼓风机厂有限公司引进德国TU公司技术设计制造的G158180型静叶可调轴流式通风机，系子午加速轴流引风机，其设计规范如表所示。2、 引风机失速、喘振异常现象l号锅炉冷态通风试验和整套启动期间，发现两台引风机存在失速、喘振异常现象，对引风机出口气动挡板、进口挡板进行详细检查，开关到位；对引风机静叶开度进行详细核对，两台引风机的

17、静叶开度与实际指示一致，同时对电除尘内部及烟道进行检查，未发现明显的阻流障碍物和异物。试运期间，锅炉燃用接近设计煤种，引风机失速、喘振异常主要表现为：(1)启动初期，无法通过调整静叶开度来调平两台引风机电流，尤其是靠近烟囱侧的2号引风机电流较l号引风机偏大(2)200 Mw以下负荷运行时，两台引风机易出现抢风现象，当吹灰和启停排粉机时，炉膛负压出现正弦波摆动(一200300 Pa左右，最高达500 Pa)，就地烟道振动剧烈、声音刺耳；只有当两台引风机的电流偏差在20A，即一台引风机电流105 A，另一台85 A时，方可保持炉膛负压稳定。(3) 负荷200-260 MW时，电流偏差较小，约lO

18、A，抗干扰性增强；但是当干扰较大时，如给煤机断煤，两台引风机的电流均有8A的波动，有时甚至达30A波动。(4) 负荷高于260 Mw时，两台引风机的电流很少出现波动，炉膛负压稳定，两台引风机的电流可以稳定在120A左右运行。但是，如增加1号引风机的静叶开度时，其电流增加不明显；若增加2号引风机的静叶开度时，l号引风机的电流会降低，2号引风机的电流可以增加至135 A左右，l号引风机的电流则降至115 A左右，两台引风机可以保持稳定运行。(5) 两台引风机的电流不能调整至135 A以上运行。(6) 不能投入锅炉负压自动。从以上现象可知，在机组中、低负荷区域引风机易发生异常，在高负荷不易发生。需要

19、指出的是，同类型锅炉配上海鼓风机厂有限公司的G158219型静叶可调轴流式通风机在贵州某电厂两台机组锅炉引风机上也发生以上类似异常。3、 引风机失速、喘振异常原因分析从机组运行实际情况看，在燃用设计煤种，机组300MW负荷下，由于汽轮机侧真空低，锅炉蒸汽流量近1000t，ll，接近BMCR工况，此时两台引风机电流均为125 A，而引风机额定电流215A，不到额定电流的60，说明引风机裕量偏大。从图可知。该风机性能特性曲线较为陡峭，特别是在引风机中、低负荷区域。这意味着风机在该区域运行，即使是一个微小的扰动，有可能造成流量、压力大幅度波动，功率也大幅度波动，风机运行工况不能完全落在稳定区域内，或

20、在稳定区域内、但失速裕度不狗，易引起引风机失速、喘振异常。另外，当锅炉在高负荷运行，两台引风机运行，由于引风机裕量大，引风机也不可能在风机高效区运行。目前我国引风机选型系按锅炉最大连续蒸发量所需的风(烟)量和风(烟)系统计算阻力加上一定的富裕量确定的，即根据风机选型工况(TB)、BMCR工况点确定风机容量、规格、及主要设计参数，没有考虑锅炉在中低负荷工况时引风机对应的工况点的参数，也就是风机选型没有考虑机组满发经济运行工况(ECR)、50BMCR工况、不投油最低稳燃工况及锅炉点火启动等工况点的参数，造成引风机不能满足中低负荷工况的需要。4、止引风机失速、喘振异常的对策(1) 当引风机发生失速时

21、，检查风机出口挡板是否关闭，若出口挡板关闭，应立即开启出口挡板；(2)人为干预，加大静叶开度的调整幅度，立即关小静叶角度，减少静叶开度，风机尽快远离不稳定区，维持远离烟囱的那台引风机电流高于另一台；(3)调整两台运行的引风机负荷分配，改变两台引风机的静叶开度：(4)在引风机未进行改造前按以下方式运行：200 Mw负荷以下单台引风机运行；200240 MW负荷时电流“一大一小”方式运行；240 Mw负荷以上时两台引风机基本维持一致运行，锅炉负压自动暂不要投入；(5)根据风机制造厂提供的资料及系统具体条件，编制具体的风机规程，作为风机运行、维护、检修依据。采取以上措施后，保证了引风机安全经济运行。

22、案例四、动叶可调轴流双级一次风机喘振分析及对策某电厂二期工程2600MW超临界空冷机组3。锅炉由某公司设计、制造，锅炉为超临界参数变压直流炉、一次再热、墙式切圆燃烧、平衡通风、紧身封闭、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构型锅炉。主燃烧器采用低NO，的水平浓淡燃烧器，能有效减少炉膛的结焦。主燃烧器的上方为(SOFA)喷嘴，它具有补充燃料后期燃烧所需要的空气，并实现分级燃烧抑制NO，的生成。1、 喘振情况11风烟系统概况3#锅炉配2台PAFl91332动叶可调轴流式一次风机，动叶调节范围为一300+25。，一次风机人口连接大气，出口分两路：一路经空预器的预热后进人制粉系统共用的热一次风母管，另一路不经

23、过空预器加热，直接进入冷一次风母管，冷、热一次风混合后分为容量风和旁路风进入制粉系统。制粉系统采用正压直吹式，配6台BBD一3854型双式钢球磨煤机，容量风用于调节磨煤机的出力，旁路风还用来在磨煤机低负荷时协助容量风输送煤粉以及干燥原煤。一次风机的设计参数如表所示。112一次风机喘振情况3#机组整组启动期间，4台磨煤机运行，A、B一次风机曾多次发生喘振，具体情况主要包括以下方面：(1)34机组并网升负荷期间，A一次风机动叶开度53，B一次风机动叶开度49，B出口风压由903kPa突降至6kPa，B侧热一次风和冷一次风量突然增大，A侧出口风压由907kPa降至6kPa，冷一次风和热一次风量突然减

24、小。操作人员紧急降负荷，在保证锅炉不灭火条件下，将2台一次风机出口风压调整至6kPa，风机稳定运行后继续升压，发现B一次风机出力不足，相同出口压力时，开度较A一次风机大10，电流增大10A。(2)锅炉稳定运行时，A一次风机动叶开度56，B一次风机动叶开度53，D磨A、B侧容量风门开度为23，旁路风门开度为40，D磨因故障跳闸，热控自动联关磨煤机冷、热一次风门以及磨出口粉管关断门，A、B一次风机出口风压由92kPa，突降至62kPa。(3)两台一次风机保持开度48，操作人员调整燃烧时，将B磨容量风挡板由37逐步关小至32时，B一次风机风压由89kPa突降至63kPa，A一次风机同时也由89kPa

25、降至62kPa，一次风机发生喘振。(4)停炉后将A、B一次风机动叶开盖检查，B一次风机有3片叶片发生弯曲，A一次风机有1片叶片发生弯曲。同时对一次风管道内部及风门、制粉系统各风门、磨煤机分离器等进行一次全面检查，各风门操作灵活、可靠，管道内部干净无杂物，磨煤机分离器未发现明显的增大系统阻力的地方。2、一次风机喘振原因分析过以上分析，总结出一次风机喘振的原因风机喘振原因分析有以下几点：(1)机组采用元油点火，配备两层等离子燃烧器。由于设计原因，2台一次风机出口之间无联络管等离子暖风器安装A能热一次风机风管道内，B侧无此设备，启动时必需先启动A一次风机，投等离子暖风器，满足机组羚态启动制粉系统热风

26、温度要求，增加了A侧糕。次成母管阻力。J。两侧一次热风母管结构的不对称性造成热风母管风压和风量存在一定偏差，增加了一次风机不稳定运行几率。(2)当一次风机动叶开度50时，风机出口风压9KPa，此时风机出口风量应为91 mas,而实测风机流量仅为49 m3s，根据图l看出、，风机处于低风量高风压工况运行，偏离正常运行区域，易发生喘振。根据一次风机选型原则，一次风机应满足小风量高风压要求，而该机组一次风机属于低风压、大风量类型，表明风机选型过大，与制粉系统不匹配。(3) 制粉系统采用双进双出钢球磨，通过两侧容量风调整送粉出力，由于风机选型过大，无法正常提高一次风压，经过实际运行试验，该钢球磨容量风

27、门开度最大范围约为40。如继续开大磨容量风门，仅增加风量无法克服磨阻力的增加，会造成堵磨现象发生，磨煤机出力反而下降。容量风门开度上限反过来限制了一次风量的增加，进一步造成一次风风量小、风压高，风机工作持续工作在不稳定区域，发生喘振危险性较大。(4) 通过一次风机冷态试验，当一次风机动叶开度50时，测量其喘振流量为393ms，锅炉制粉系统4台磨通风时，一次风机实际总流量为98m3sHj，两台一次风机平均流量为49 1133s，风机运行流量与喘振流量偏差仅97m3s。每台磨通风量约为245 m3s，停1台磨或某台磨跳闸时，一次风机相当于减少了25的风量，即单台风机平均流量减少了1225 m3s，

28、此时单台风机平均流量为3675 m3s，小于喘振流量397 m3s，必然会导致风机喘振。(5) 风机进入不稳定工况区运行或已发生过喘振，叶轮内将产生一个到数个旋转脱流区，叶片经过脱流区受到交变应力的作用，该交变应力会导致叶片产生疲劳。叶片每经过一次脱流区将受到一次激振力的作用，该激振力的作用频率与旋转脱流的速度成正比，当脱流区的数目为2个或3个时，则作用于每个叶片的激振力频率也呈2倍、3倍的变化。如此激振力的作用频率与叶片的固有频率成整数倍关系，或者等于、接近于叶片的固有频率时，叶片将会发生共振。此时叶片的动应力显著增加，甚至可达数10倍以上，使叶片产生弯曲或断裂3、 次风机喘振处理对策由于电

29、网负荷要求，34机组整组启动时间紧迫，重新设计更换一次风机耗费较大物力和时间，为了确保电网安全和机组168的顺利结束，经过分析后采取如下处理措施：(1)将一次风机叶片拆卸后，校对叶片角度并安装固定。一次风机出口和人口之间加装一根再循环管，直径700mm，管道中部安装一电动门，并接线至集控室控制J。风机启动初期，出口风压小于6KPa，可不开再循环管电动门；如继续增大出风机出力，则应逐步开大电动门直至全开，以增大循环风量，防止风机出口风量过小喘振。(2)采用单侧单台风机启动方式，必须保证3台以上制粉系统通风。如一次风压偏低或提升缓慢，在保证一次风机不喘振条件下，可适当关小一台磨煤机入口冷、热一次风

30、调节门。如采取两台风机并列启动方式，可采用对称通风方式，即A、B和E、F制粉系统通风，防止因为通风不对称，系统阻力偏差较大导致风机处于不稳定区域运行。(3)锅炉带负荷运行时，如需降低某台磨出力，必须先关小一次风机动叶，减小风机风压和流量，再逐步对称关小磨两侧容量风挡板，禁止过快、过大操作容量风挡板，造成风压波动而使风机喘振。(4)对热工自动系统进行调整，如磨煤机事故跳闸或停磨，联动关小一次风机动叶开度5，并联关小热一次风调节门至50，开大冷一次风调节门至100，延时5s自动关闭磨煤机出口风门，避免一次风母管风量和风压发生较大波动而喘振。(5)由于风机选型与制粉系统不匹配，风机出口虽加装了再循环

31、管，但风机仍是高风压低流量，运行时应控制风机在BRL工况下运行，出口风压不超过105kPa。如制粉要求更高风压，则应重新设计更换合适的小流量高风压的轴流式风机或离心式风机。案例五、动叶可调轴流通风机的失速与喘振分析及改进措施1、次风机主要结构参数扬州第二发电有限责任公司二期工程一次风机由沈阳鼓风机(集团)有限公司设计制造，其主要参数见下表：2、 一次风机发生的两次失速情况2.1 一次风机3B发生的失速2006年10月19日，3#机组负荷150MW，一次风机3A、3B处于自动调节状态。运行过程中，发现两台一次风机动叶开度逐渐开足，而一次风母管压力变化不大，同时一次风机3B振动上升，经就地检查，发

32、现一次风机3B有异声，同时一次风机外壳温度也较高，判断一次风机3B发生失速，经手动将一次风机动叶关小至60后，一次风压又明显上升，振动值也回落，一次风机3B恢复正常。22 一次风机3A发生的失速2006年10月24日，3#机组负荷600MW，运行中给煤机3A突然跳闸，手动停运磨煤机3A后，关闭磨煤机出口关断阀，一次风流量下降约105kgh，导致一次风机出口压力上升(从884 kPa上升至925kPa)，一次风机3A电流从66A下降至6lA，振动从52ffm上升至86脚，出口温度从30上升至35，并仍有上升的趋势，就地检查，一次风机3A伴有异常声响。判断一次风机3A发生失速后，手动关小一次风机3A的动叶开度，一次风机出El压力又缓慢回升，此时逐步关小正常运行的一次风机3B动叶开度，降低背压，以有助于发生失速的一次风机3A尽快脱离失速区