前言

一次風機是火力發電廠鍋爐系統的重要輔機設備，對于循環流化床鍋爐，主要起流化燃料的作用，對于煤粉爐，主要起輸送燃料作用。一次風機能否穩定運行將直接關系到鍋爐系統乃至整個發電廠的穩定性。印尼BAYAH電廠是一座容量60MW的循環流化床燃煤自備電廠，采用的一次風機為離心式通風機，風機驅動電機采用的是三相繞線式異步電動機，采用的啟動方式為轉子串接電阻，配置了一套液體啟動柜。該臺一次風機在單機試車時就存在著振動值超標的問題，且風機驅動電機滑環U相在運行中發生過劇烈打火故障現象。以下對這兩問題的分析與處理作一介紹。

一次風機主要性能參數見表1，其驅動電機主要性能參數見表2。風機振動值出現超標后，風機廠家服務人員在場時采用壓鉛法調整非固定端軸承箱和軸承外圈的頂間隙和加固機殼混凝土基礎的方法進行了處理，風機振動有所好轉，運行中的振動值控制在標準范圍之內且接近標準值，但并不是很理想。廠家的處理方法主要針對風機殼體采取措施，從而抑制風機殼體及軸承振動，沒有找出風機振動的根本原因(即風機轉子動平衡)，屬于治標不治本。

2018年9月，該一次風機驅動電機滑環U相(最外一環)在運行中發生劇烈打火，停機檢查后發現U相9只碳刷已經磨損掉3/4(見圖1)，滑環上出現大量麻點與劃痕。將滑環打磨處理后，裝上新碳刷重新開機，打火現象依然存在，且碳刷磨損速度極快，1.5h左右磨損掉1/3?；h打火問題看似電機本身問題，但卻與風機振動有著因果關系，正是因為風機的振動偏大造成驅動電機轉子尾部軸端產生擺動，使U相滑環摩擦不均，進而造成滑環圓度發生變化，隨著時間的推移不斷惡化。通過拆除風機聯軸節、空轉電機的方式也驗證了上面的推斷。至此，分析滑環與碳刷打火以及風機振動的原因如下：

(1)風機自身缺陷，動平衡有瑕疵；

(2)長期運行中風機轉子產生的積灰、磨損、銹蝕等造成轉子動平衡進一步破壞；

(3)風機振動通過傳動軸傳導至電機尾部，造成電機尾部軸端產生徑向擺動；

(4)電機尾部軸端的徑向擺動產生摩擦不均，破壞了滑環圓度；

(5)滑環圓度的破壞造成碳刷與滑環的接觸不良而打火，打火會破壞滑環表面光潔度，進而會加劇碳刷的磨損，由此形成了惡性循環。當碳刷磨損至2/3以下時，碳刷的卡簧將失去下壓作用，碳刷與滑環形成“虛接”狀態，出現猛烈打火。

轉子不平衡是由于轉子部件質量偏心或轉子部件出現缺損造成的故障，造成轉子不平衡的具體原因很多，按發生不平衡的過程可分為原始不平衡、漸發性不平衡和突發性不平衡等幾種情況。原始不平衡是由于轉子制造誤差、裝配誤差以及材質不均勻等原因造成的，如出廠時動平衡沒有達到平衡精度要求，在投用之初，便會產生較大的振動。

漸發性不平衡是由于轉子上不均勻結垢，介質中粉塵的不均勻沉積，介質中顆粒對葉片及葉輪的不均勻磨損以及工作介質對轉子的磨蝕等因素造成的。轉子找動平衡的目的是為了消除動不平衡，使轉子轉動平穩，所產生的振動值在允許范圍之內。為了達到這一目的，通過找動平衡的方法，確定不平衡重量的大小及所在位置。

轉子找動平衡的方法有許多，主要有：(1)畫線法，(2)畫線計算法，(3)兩點法，(4)三點法，(5)閃光測相法等。其中“三點法”具有方法簡單、經濟適用的特點，需要用到的材料和工具有：測振儀、電焊機、臺秤、直尺、圓規、配重塊、三角板、焊條、石筆、計算器、角磨機，電腦及CAD軟件等。

在找動平衡前，首先通過查閱圖紙得到一次風機轉子半徑D，通過計算得出轉子外圓周長C。C=ΠD(1)

將轉子外圓周C分成3等分，即在風機葉輪邊緣上隨機確定一點，用石筆作記號，標記為“1”，逆時針旋轉120°確定第二點標記為“2”，以第二點為基點再次逆時針旋轉確定第三點標記為“3”。

用臺秤稱重獲得三塊重量完全相同的配重塊M₁、M₂、M₃，M₁=M₂=M₃。

將配重塊M₁點焊在風機葉輪邊緣點1上，焊接量盡量少，保證風機旋轉時不脫落即可。并通過計算得到消耗掉的焊條重量Mw₁，則加在點1上的配置塊總重量為：M=M₁+Mw₁(2)

關閉檢修門啟動風機，使用測振儀快速測出風機的最大振動值V₁，停止風機，用角磨機將點1上配置塊打磨取下，并將轉子上焊疤磨平。使用相同的方法取得點2加裝配重塊時的風機最大振動值K，和點3加裝配重塊時的風機最大振動值K₃。

在紙上或是電腦上以O點為圓心，V₁、V₂、V₃為半徑畫三段圓弧，在圓弧上分別取三個點A、B、C，要求三點組成一個等邊三角形，即AB=BC=AC，等邊三角形的中心點為O’，以O’為圓心畫出等邊三角形△ABC的外接圓，連接OO’與圓O’相交于點S，點S即為應加平衡配置塊的位置，量出∠SO’A計算出AS的弧長，按照圖紙與風機轉子的比例確定點S在轉子實物上的實際位置，畫圖及計算方法如圖2所示。平衡配置塊的重量：m=M·OO’/AO’(3)

配重塊m重量包含焊接時使用的焊條重量。

平衡配重塊焊接完成后關閉檢修門，啟動風機，測量風機振動值，重找風機轉子動平衡前后風機振動值比較見表3。

從表3中可以看出轉子找動平衡前后，風機和驅動電機的軸承振動情況得到很大改善，振動值低于規范要求。

大型繞線式異步電動機滑環的圓度和表面光滑度是滑環性能的重要指標，一般情況滑環跳動允許值要求≤0.05mm。在本次一次風機設備故障中，滑環實測跳動為0.4mm，超過標準值8倍，必須要對滑環進行修復。

傳統滑環修復方法是將滑環拆下，送至加工廠修復完后再重新裝配。由于滑環在電機制造廠安裝時采用的是熱套，而拆卸滑環需要使用專用工具進行冷拔，難度極大，且拆卸過程中極易損傷滑環絕緣，造成二次損傷，另外傳統修復方法實施周期較長，耽誤更多的生產時間。

經過比較確定采用“工裝車削法”對受損滑環進行在線修復，該工法具有省時、省力、精度高的優點，從準備工作到清理恢復碳刷可在20h內完成，省去了拆裝滑環的繁瑣工作，加工的精度可控制在0.04mm以內。

工裝車削式在線修復滑環的施工程序為：拆除風機聯軸節→安裝盤車電機→拆除碳刷及碳刷支架→安裝車床托板→安裝車床→安裝車刀→車削→檢驗合格→拆除工裝→結束。盤車電機的速度不宜太快，本次使用的是6級三相交流異步電機，通過皮帶與主電機連接。

安裝車床托板可充分利用電機的底座、外殼等作為支撐，通過螺栓和焊接的方式進行固定，工裝拆除后需要將設備上的焊疤打磨清理干凈。車刀選用硬質合金刀，車刀的切削深度和走刀量由人工控制，對操作人員的技術要求較高。最終根據實際工況三相滑環車削的深度分別為0.9mm、0.7mm、0.2mm，修復后的滑環最大跳動1.5絲(0.015mm)，優于規范要求的5絲，電機開啟后無異?，F象。

“三點法找風機轉子動平衡”和“工裝車削在線修復電機滑環”的成功應用，解決了一次風機振動和電機滑環打火故障，目前電廠一次風機運行穩定。風機和電機屬于通用的機械和電氣設備，在電廠、水泥廠等工業領域應用廣泛，此類工法在處理類似問題上具有很強的實用性和經濟性，推廣后必定能夠創造較大的經濟效益。

作者：張超春，徐丙雷，李海寧

來源：《蘇州中材建設有限公司》

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