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某電廠增壓風(fēng)機(jī)是德國(guó)TLT公司生產(chǎn)的動(dòng)葉可調(diào)式軸流風(fēng)機(jī)，該機(jī)組結(jié)構(gòu)主要由電機(jī)、吸入箱、風(fēng)機(jī)、擴(kuò)壓器組成，該機(jī)組是確保脫硫裝置穩(wěn)定運(yùn)行的核心設(shè)備之一。該機(jī)組自 2007 年投運(yùn)以來(lái)，運(yùn)行情況一直平穩(wěn)，但近期該機(jī)組軸承振動(dòng)在線采樣值出現(xiàn)異常，從之前的 0.88 mm/s 逐漸上升到 3 mm/s 以上，上升趨勢(shì)明顯，該機(jī)組振動(dòng)報(bào)警值 4.5 mm/s。
風(fēng)機(jī)是高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械，產(chǎn)生的振動(dòng)可以表現(xiàn)出多種形式，如超次諧波共振、自激振動(dòng)、振動(dòng)狀態(tài)突變和參數(shù)振動(dòng)等。引起振動(dòng)的原因也有多種，例如由于風(fēng)葉磨損、風(fēng)葉粘料、葉輪變形等引起的轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡破壞，軸承安裝不合格引起的油液溫度升高，開(kāi)停機(jī)不當(dāng)造成的喘振等。
因機(jī)組一直處于穩(wěn)定運(yùn)行階段，故排除喘振因素，對(duì)在線振動(dòng)測(cè)量元件及變送器進(jìn)行校檢結(jié)果正常，軸承油溫也在正常范圍內(nèi)。對(duì)機(jī)組進(jìn)行開(kāi)機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)動(dòng)葉迎風(fēng)面噴涂的硬質(zhì)合金磨損嚴(yán)重，初步判定風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中由于轉(zhuǎn)子不平衡量而產(chǎn)生異常振動(dòng)。比對(duì)煙氣的在線粉塵量歷史數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)煙氣中粉塵含量在 100~200 mg/m3波動(dòng)異常頻繁。機(jī)組在2200 km3/h 煙氣的沖刷下，動(dòng)葉表面的硬質(zhì)合金磨損引起轉(zhuǎn)子不平衡量升高，動(dòng)葉內(nèi)部的基材較軟，磨損較快，轉(zhuǎn)子不平衡量不斷地升高，表現(xiàn)出來(lái)的現(xiàn)象就是風(fēng)機(jī)的振動(dòng)值逐漸升高。
觀測(cè)風(fēng)機(jī)解體后的軸承、葉輪內(nèi)部部件，主軸承有一定磨損，動(dòng)葉葉柄支撐軸承及動(dòng)葉片磨損較嚴(yán)重。更換磨損的支撐軸承及動(dòng)葉片并進(jìn)行動(dòng)平衡校驗(yàn)，要求精度不低于G2.5，實(shí)際不平衡量為23g。由于機(jī)組軸承有一定的磨損，原定安裝間隙已不適用，為確保機(jī)組一次投運(yùn)成功，需要精確地確定軸承安裝間隙。
杭州那泰有限元分析公司以風(fēng)機(jī)本體為對(duì)象建模，假設(shè)軸承座、基礎(chǔ)相對(duì)于軸承為剛體，重點(diǎn)分析軸承與轉(zhuǎn)子之間的間隙對(duì)振動(dòng)的影響。
對(duì)動(dòng)葉可調(diào)增壓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子采用了實(shí)體建模，模型中包括螺栓、倒角、軸肩、退刀槽等細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)，以期計(jì)算模型盡可能地接近真實(shí)結(jié)構(gòu)。鑒于研究重點(diǎn)在于軸承間隙與振動(dòng)之間的關(guān)系，因此對(duì)葉片采用等效質(zhì)量塊進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化，選擇八節(jié)點(diǎn)六面體縮減積分單元C3D8R，為避免劃分網(wǎng)格出現(xiàn)單元扭曲，對(duì)模型進(jìn)行切割，以便于生成規(guī)則的六面體網(wǎng)格單元，利于計(jì)算收斂和提高精度。
該模型中邊界條件分別為鉸支和考慮滾動(dòng)軸承力的支承。在鉸支情況下采取全約束靠近渦輪盤(pán)一側(cè)的與軸承配合的連接面，而另一側(cè)與軸承配合的連接面處允許其軸向竄動(dòng)，并加載重力加速度。滾動(dòng)軸承所承受的載荷是通過(guò)滾動(dòng)體由一個(gè)套圈傳向另一個(gè)套圈，每個(gè)滾動(dòng)體承受載荷與軸承的載荷分布有關(guān)。根據(jù)赫茲接觸理論，如果載荷Q為零，接觸區(qū)域?yàn)閹缀吸c(diǎn)。如果載荷Q不為零，由于幾何點(diǎn)面積為零，其應(yīng)力為無(wú)窮大。有限元分析借助 ABAQUS 提供的二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)subroutine來(lái)實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)軸承載荷施加。
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