国华定州电厂空冷系统振动测试分析报告
26-07-02
国华定州发电有限责任公司
#3机空冷系统
振动测试分析报告
北京万博振通检测技术有限公司
2017-12-3
一、基本情况
1、测试原因：空冷系统主结构振动很大。
2、测试目的：分析振动原因。
3、测试对象：空冷系统及导流结构。
4、系统描述：总换热面积：空冷散热器散热面积为1707872m2。
减速机参数：
电动机型式/型号：1LG43176AA94-Z
电动机型式： IMV1
额定功率： 132 kW
额定电压： 380 V
最高运行电压：420 V
额定频率： 50 Hz
额定转速： 990 r/min
启动电流倍数：小于6.5xIn（In 为电机额定电流）
功率因数 COSф=0.85
额定效率：>95%
额定转速：990r/min, 转速由30%至110%可调
绝缘等级：F
温升等级：B
风机参数：
风机性能数据表
| 序号 | 名称 | 单位 | 顺流凝汽器风机 | 逆流凝汽器风机 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 风机类型 | 轴流型 | 轴流型 | |
| 2 | 风机数量 | 台 | 80 | 32 |
| 3 | 参照标准 | DIN/ANSI/EN/ISO API661/ GB/T15386 | ||
| 4 | 地点 | 中国河北省定州 | ||
| 5 | 厂址标高 | m | 66.00 | |
| 6 | 大气压力 | hpa | 1010.3 | |
| 7 | 最低环境温度 | ℃ | -20.6 | |
| 8 | 设计气温 | ℃ | 33.5（年平均气温12.5） | |
| 9 | 最高环境温度 | ℃ | 41.8 | |
| 10 | 空气相对湿度 | ％ | 63 | |
| 11 | 介质 | 空气 | 空气 | |
| 12 | 驱动类型 | 电机/齿轮箱 | 电机/齿轮箱 | |
| 13 | 调速方式 | 变频器 | 变频器 | |
| 14 | 转速控制 | 正向30～110% | 正向30～110% 反向0～30％ | |
| 15 | 电动机额定转速 | rpm | 990（应可以超速到110%转速） | 990（应可以超速到110%转速） |
| 16 | 电动机铭牌功率 | kW | 132 | 132 |
| 17 | 齿轮箱减速比 | 约1：16.045 (100%名义转速) | 约1：16.045 (100%名义转速) | |
| 18 | 主转动方向（从进风口向出风口看） | 逆时针（单向） | 逆时针（可反方向运转） | |
| 19 | 体积流量(设计气温、密度下) | m3/s | 540(100%名义转速) | 524(100%名义转速) |
| 20 | 静压 | Pa | 96.9 (100%名义转速)含3.5m/s横向风 | 95.9(100%名义转速)含3.5m/s横向风 |
| 21 | 风机静压效率 | Pa | 61.3 | 62.1 |
| 22 | 风机直径 | ft/m | 32/9.754 | 32/9.754 |
| 23 | 风机名义转速 | rpm | 61.7 | 61.7（最大反向转速为名义转速的30％） |
| 24 | 风机最小运行转速 | rpm | 名义转速的20% | 名义转速的20% |
| 25 | 最大允许风机轴功率 | kw | 128 (100%名义转速) | 128(100%名义转速) |
| 26 | 最小压力裕量 | ％ | 21 (按 API 661) | 21 (按 API 661) |
| 27 | 最小流量裕量 | ％ | 10 (按 API 661) | 10 (按 API 661) |
| 28 | 叶片材质 | FRP | FRP | |
| 29 | 扇毂材质 | 钢 | 钢 | |
| 30 | 联轴器材质 | 球墨铸铁QT600-3 | 球墨铸铁QT600-3 | |
| 31 | 联轴器供货 | 风机厂家负责装配 | 风机厂家负责装配 | |
| 32 | 叶片颜色 | 黑色（最终由业主确定） | 黑色（最终由业主确定） | |
| 33 | 扇毂/联轴器的颜色 | 银白或浅黄色（最终由业主确定） | ||
| 34 | 平衡标准 | ISO1940和API661 | ISO1940和API661 | |
| 35 | 地震动峰值加速度 | 0.15g | 0.15g | |
| 36 | 整机保证寿命 | 30年 | 30年 | |
风机频率参数表：
| 型 号 | 叶片通过频率 （Hz） | 运行频率 （Hz） | 叶片固有频率 （Hz） | 动频率 （Hz） |
| G-TF98D8-C1132 | 8.23 | 1.03 | 4.1 | 4.3 |
顺流风机性能保证
| 风机型号： G-TF98D8-C1132，100%风机转速： 61.7 转/分，风机叶片角： 18.5°。 | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 项目 | 单位 | 50％额定转速 | 100％额定转速 | 110％额定转速 | ||||||
| 0 m/s风速 | 4 m/s风速 | 6 m/s风速 | 8 m/s风速 | 0 m/s风速 | 4 m/s风速 | 6 m/s风速 | 8 m/s风速 | |||
| 风量 | m3/s | 270 | 550.3 | 537 | 521.4 | 501.7 | 605.3 | 589.1 | 578.7 | 560.1 |
| 静压 | Pa | 24.2 | 93.5 | 97.9 | 102.8 | 108.9 | 113.2 | 119.1 | 122.7 | 129.1 |
| 静压效率 | % | 61.3 | 60.4 | 61.6 | 62.9 | 64.3 | 60.3 | 61.6 | 62.4 | 63.6 |
| 轴功率 | kW | 10.7 | 85.2 | 85.3 | 85.3 | 85.1 | 113.6 | 113.8 | 113.8 | 113.6 |
| 风机噪声 | dB(A) | 71.7 | 89.8 | 89.8 | 89.8 | 89.8 | 92.3 | 92.3 | 92.3 | 92.3 |
- 测试准备
1、测试工具：
测试仪器：BVM-100-2D双通道现场动平衡仪、故障诊断分析仪。
分析软件：ECM V 1.51版设备状态检测与机械故障诊断软件。
2、测试地点：定州国华电厂
3、测试时间：2017-11-28
4、现场测试设备技术参数：
BVM-100-2D双通道振动数据采集器
性能及参数：
- 大屏幕彩色液晶，汉字显示，操作方便
- 全新设计，测试分析快速，图线清晰
- 真正双通道同步采集
- 双通道振值、波形及参数动态显示
- 超大存储空间500组，可存贮/回放1024点双通道数据
记录200组
- 超强故障信号捕捉能力，最高采集速率1MHz
- 高精度，动态范围达到144dB
- 现场快速频谱400线分析，分析诊断功能强，专业轴承故障诊断分析功能
- 现场动平衡功能;
- 转速测量、噪声测量、相位测量、相位诊断
- 传递函数、静态激励测试部件固有频率
- 多种振动波形和频谱图形显示方式，游标读数，自动谱峰列表
- 存储多组振值数据和可变点数振动波形
- 多种触发方式，测试更灵活
主要技术指标：
信号采样频率：双通道同步，每通道最高1MHz
动态范围：96+48dB （16位A/D，250倍放大）
转速测量范围：0.01-400,000 转/分
程控增益：0.25～250倍
自动量程
振动测量和频谱分析的最大量程/最高分辨率：
加速度峰值 250 m/s2 0.001 m/s2
速度有效值 200 mm/s 0.01 mm/s
位移峰峰值 5000 um 0.01 um
电压有效值 10 V 0.01 mV
振动测量精度：5 %
多种传感器: 速度、电涡流、压电加速度等
10阶线性相位抗混滤波
可充电池供电，连续工作8小时以上
体积小（190*150*64mm), 重量轻（1500g)
低频测试专用传感器：
传感器参数类列表：
| 灵敏度 | 频响范围 | 安装方式 | 电源模式 |
| 8mV/um | 0.5-200Hz | V□H | ±12V -24V□ |
5、测试程序：
测试设备：#3机空冷系统风机导流结构处。
测点布置：导流结构，水平方向。
- 问题描述
国华定州发电厂的现场技术人员介绍。一段时间以来空冷系统主结构振动很大。具体表现为：当空冷风机的变频器调整到某一个频率段时，空冷系统的主结构就开始晃动。在主结构东南角的基础表面，沿水平方向最大振幅超过10mm。我们到现场观察，除其振动的位移很大以外，振动的方向是沿着风机旋转方向的切线方向呈现为旋转扭振。
- 测试方案
针对国华定州发电厂的现场技术人员介绍和我们现场的实地观察和讨论。我们决定：
- 用正弦扫描法测试：
1）判断设备的主结构振大的原因；
2）如果有共振他的共振区域在哪个范围；
方法为：利用空冷风机的变频调速系统，从50Hz到30Hz逐级下调风机的转速。同时同步测量风机导流结构旁水平方向的振动以及他们的频谱。做出降速曲线和响应的频谱图。
- 做#3机空冷系统风机导流结构处的力学激励响应测试：
通过测试数据看系统振动大是否风机导流结构有关。
方法为：敲击导流系统的钢结构。看其激励响应频率是否与空冷系统主结构振动大有关。
五、测试数据
测试时间： 2017-11-28 15:20-17:00。
设备状态：变频调速运行。
监测数据表
| 测点位置 | 测点代码 | 时间 | 振动位移um |
| 空冷导流结构 | ZT1-1 | 2017/11/28 15:24:25 | 1300 |
| 空冷导流结构 | ZT1-2 | 2017/11/28 15:26:28 | 1400 |
| 空冷导流结构 | ZT1-3 | 2017/11/28 15:28:56 | 2110 |
| 空冷导流结构 | ZT1-4 | 2017/11/28 15:31:23 | 1500 |
| 空冷导流结构 | ZT1-5 | 2017/11/28 15:33:17 | 3770 |
| 空冷导流结构 | ZT1-6 | 2017/11/28 16:41:13 | 2550 |
| 空冷导流结构 | ZT1-7 | 2017/11/28 15:40:22 | 8300 |
| 空冷导流结构 | ZT1-8 | 2017/11/28 15:44:22 | 9600 |
| 空冷导流结构 | ZT1-9 | 2017/11/28 15:45:52 | 9630 |
| 空冷导流结构 | ZT1-10 | 2017/11/28 15:48:07 | 4570 |
| 空冷系统 | ZT2-1 | 2017/11/28 15:52:06 | 2720 |
| 空冷系统 | ZT2-2 | 2017/11/28 15:58:11 | 2110 |
| 空冷系统 | ZT2-3 | 2017/11/28 16:10:24 | 9600 |
| 空冷系统 | ZT2-4 | 2017/11/28 16:19:18 | 2850 |
| 空冷系统 | ZT2-5 | 2017/11/28 16:39:58 | 19590 |
| 空冷系统 | ZT2-6 | 2017/11/28 16:45:45 | 32300 |
测试水平方向的振值。
ZT1-1—ZT2-2为 测试不同调速频率下水平方向的振值。
变频器输出频率与系统结构测点处振动响应曲线：
如上图所示：随着变频器输出频率的下降，空冷风机周边结构的振动逐渐上升。在40Hz有个小峰值后，其振动的位移值急剧上升。在36Hz,35Hz,34Hz时达到最大峰。已经看到有10mm以上的晃动。
以下是不同频率下测试的振动波形以及频谱图。
50Hz时的振动波形以及频谱图：
主要的振动能量在1Hz上。
49Hz时的振动波形以及频谱图：
主要的振动能量在1Hz上。
45Hz时的振动波形以及频谱图：
主要的振动能量在1Hz上。
43Hz时的振动波形以及频谱图：
主要的振动能量在0.875Hz上。
40Hz时的振动波形以及频谱图：
主要的振动能量在0.875Hz上。
36Hz时的振动波形以及频谱图：
主要的振动能量在0.75Hz上。此时的振动能量达到最大峰。已经超出仪器的测量范围。波形出现削波。
35Hz时的振动波形以及频谱图：
主要的振动能量在0.75Hz上。此时的振动能量达到最大峰。已经超出仪器的测量范围。波形出现削波。
34Hz时的振动波形以及频谱图：
主要的振动能量在0.75Hz上。此时的振动能量稍有下降。
33Hz时的振动波形以及频谱图：
主要的振动能量在0.75Hz上。此时的振动能量稍有下降。
32Hz时的振动波形以及频谱图：
主要的振动能量在0.625Hz上。此时的振动能量下降很多。
根据国华定州发电厂相关技术人员提供的《空冷风机设备技术规范》中风机性能数据表的数据：
| 风机型号： G-TF98D8-C1132，100%风机转速： 61.7 转/分，风机叶片角： 18.5°。 |
|---|
计算出电机变频输出频率与风机转速以及风机转速频率表如下：
从上表中我们可以看到：当电机的调速频率调整到37Hz、36Hz、35Hz、34Hz时，其风机的转速频率就在0.7-0.75Hz左右。通过现场测试的数据显示，也就是风机以及周边结构的振动最大的时候。
此时，怀疑是否出现了结构的共振？为此对结构的底表面做水平的振动测试。
其结构的底表面的水平振动如上图。
- 振动极大，信号严重削波；
- 其特征频率为0.75Hz。
导流结构固有频率测试结果如下：
其敲击的响应频率为10Hz，说明：导流结构的响应频率远高于空冷岛整体的共振频率。
六、数据分析以及结论
- 从变频器输出频率与系统结构测点处振动响应曲线，可以看出，当变频器频率在34-37Hz区域时，风机转频落到了空冷岛整体结构的共振区。
- 空冷岛整体结构的共振区的频率范围为0.7-0.75Hz。当风机转速频率也在此范围内时，就与系统的共振区域重合。此时空冷岛整体出现共振现象。在此共振区内振动位移非常大，以至于测振仪器出现削波。
- 通过现场记录仪的实地观察，振动的现象是：振动的方向始终沿着圆周的切线方向。可以确定整体结构振动为扭转摆动。
- 导流结构敲击响应的振动频率为10Hz，该响应频率远高于空冷岛整体的共振频率，在风机调频的整个范围内，导流结构不会出现共振，也不会由此导致空冷岛整体发生共振。
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