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某電廠增壓風(fēng)機是德國TLT公司生產(chǎn)的動葉可調(diào)式軸流風(fēng)機，該機組結(jié)構(gòu)主要由電機、吸入箱、風(fēng)機、擴壓器組成，該機組是確保脫硫裝置穩(wěn)定運行的核心設(shè)備之一。該機組自 2007 年投運以來，運行情況一直平穩(wěn)，但近期該機組軸承振動在線采樣值出現(xiàn)異常，從之前的 0.88 mm/s 逐漸上升到 3 mm/s 以上，上升趨勢明顯，該機組振動報警值 4.5 mm/s。
風(fēng)機是高速旋轉(zhuǎn)機械，產(chǎn)生的振動可以表現(xiàn)出多種形式，如超次諧波共振、自激振動、振動狀態(tài)突變和參數(shù)振動等。引起振動的原因也有多種，例如由于風(fēng)葉磨損、風(fēng)葉粘料、葉輪變形等引起的轉(zhuǎn)子動平衡破壞，軸承安裝不合格引起的油液溫度升高，開停機不當(dāng)造成的喘振等。
因機組一直處于穩(wěn)定運行階段，故排除喘振因素，對在線振動測量元件及變送器進行校檢結(jié)果正常，軸承油溫也在正常范圍內(nèi)。對機組進行開機檢查，發(fā)現(xiàn)動葉迎風(fēng)面噴涂的硬質(zhì)合金磨損嚴重，初步判定風(fēng)機在運行中由于轉(zhuǎn)子不平衡量而產(chǎn)生異常振動。比對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波動異常頻繁。機組在2200 km3/h 煙氣的沖刷下，動葉表面的硬質(zhì)合金磨損引起轉(zhuǎn)子不平衡量升高，動葉內(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)出來的現(xiàn)象就是風(fēng)機的振動值逐漸升高。
觀測風(fēng)機解體后的軸承、葉輪內(nèi)部部件，主軸承有一定磨損，動葉葉柄支撐軸承及動葉片磨損較嚴重。更換磨損的支撐軸承及動葉片并進行動平衡校驗，要求精度不低于G2.5，實際不平衡量為23g。由于機組軸承有一定的磨損，原定安裝間隙已不適用，為確保機組一次投運成功，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)機本體為對象建模，假設(shè)軸承座、基礎(chǔ)相對于軸承為剛體，重點分析軸承與轉(zhuǎn)子之間的間隙對振動的影響。
對動葉可調(diào)增壓風(fēng)機轉(zhuǎn)子采用了實體建模，模型中包括螺栓、倒角、軸肩、退刀槽等細節(jié)結(jié)構(gòu)，以期計算模型盡可能地接近真實結(jié)構(gòu)。鑒于研究重點在于軸承間隙與振動之間的關(guān)系，因此對葉片采用等效質(zhì)量塊進行適當(dāng)簡化，選擇八節(jié)點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，對模型進行切割，以便于生成規(guī)則的六面體網(wǎng)格單元，利于計算收斂和提高精度。
該模型中邊界條件分別為鉸支和考慮滾動軸承力的支承。在鉸支情況下采取全約束靠近渦輪盤一側(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，并加載重力加速度。滾動軸承所承受的載荷是通過滾動體由一個套圈傳向另一個套圈，每個滾動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)域為幾何點。如果載荷Q不為零，由于幾何點面積為零，其應(yīng)力為無窮大。有限元分析借助 ABAQUS 提供的二次開發(fā)平臺subroutine來實現(xiàn)滾動軸承載荷施加。
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