1、1锅炉振动分析及改进措施解析摘要：对锅炉侧包覆和侧水冷壁等部位本文通过侧水冷壁引出管、刚性梁的系统计算以及振动的实地测量,对锅炉振动的原因进行详细分析,对防止振动提出有效措施,且取得的效果良好。 关键词：锅炉振动；刚性梁；引出管；改进 中图分类号： TK229 文献标识码： A 在 80%负荷运行时,某锅炉发生振动现象。振幅较大的位置出现在锅炉侧水冷壁引出管,管道侧向为振动方向。也存在振动情况于锅炉上部集箱、侧包覆和侧水冷壁,振动于侧包覆的强度明显要比侧水冷壁大,为锅炉侧向的振动方向,振动方向与侧水冷壁引出管一致,而且侧面平台(临近的平台)也跟着振动。为消除或减弱振动,进行分析各种激振原因,通
2、过计算和实地测量,将改进措施提出,对事故隐患消除存在的可能,才能使得锅炉的安全经济运行得到保证。 研究工作分两个阶段:首先对侧水冷壁及侧水冷壁引出管、进行实地测量侧包覆和水平烟道振动,对有关振动幅度、频率等振动获得特性数据,振动产生的原因全面分析；其次,在振动产生原因获知后,确定垂直刚性梁以及侧水冷壁引出管的加固方案,对管道振动改善。 一、振动测量分析 （一） 、现场测量 为对锅炉振动产生的原因进行分析,通过螺纹预紧连接的振动棒采用2加速度计进行了实地测量锅炉的振动,对锅炉振动确定特性。为 312.6 335.7 MW 的锅炉负荷。振动测点主要设在锅炉炉膛水冷壁、上部侧墙、侧包覆上集箱上和侧水
3、冷壁上集箱。布置如下侧包覆和侧水冷壁两侧振动测点:布置了 12 个测点在 37 m 平台层面,布置了 16 个测点在 33.5 m平台层面,布置了 8 个测点在 28.2m 平台层面,设置 16 个测点在侧包覆上集箱上和侧水冷壁(40m 平台)。 （二） 、测量结果分析 振动测量在各平台层测点上结果见图 1图 4。可以得出,锅炉振动频率测得的较低,在 3.54Hz,锅炉右、左炉墙的振动频率基本相同,炉墙和集箱的振动频率相同。根据计算,不小于 30Hz 的炉内烟气激振频率,炉内烟气激振的可能性故可以排除。测量结果显示: 1、有几处 12.5Hz 的振动在 28.2 m 层侧包覆及水冷壁, 这个地
4、方也是振动幅度最大之处。说明有两个频率相近的振动源在炉左、右壁靠后壁位置存在； 2、其余测点普遍约为 3.75 Hz, 存在一个低频振动,这可能是由于刚性梁刚度偏小及锅炉水冷壁造成的。 附近的吹灰孔处位于标高 38 m, 现场测得为 7.8 mm 的最大位移(振幅),与水平烟道侧墙靠近。 图 137m 平台层面振动测量结果示意图(单位:mm) 图 2 33.5m 乎台层面振动量结果示意图(单位:mm） 二、计算分析 3（一） 、侧墙和刚性梁系统分析 为了对侧炉墙变形分析垂直刚性梁刚度的影响,建立了刚性梁和侧墙系统的计算模型(见图 5)。侧墙最大位移点计算结果表明, (图 5 中箭头所指位置)位
5、于节点 5 处,位于标高 36.6m 垂直刚性梁与水平刚性梁的交点。在对炉膛压力 5kPa 设计时,达 59mm 该点的水平位移,超出 1/500 控制范围的垂直刚性梁挠度(26mm)。 图 3 28.2m 平台层面振动测量结果示意图(单位:mm) 图 440m 平台层面振动测量结果示意图（单位：mm） 现场观察期间根据锅炉振动测量试验,在锅炉膨胀中心周围,随侧水冷壁垂直刚性梁一起振动,垂直刚性梁刚度这表明不够。为了使锅炉集箱和侧墙的振动减小,垂直刚性梁刚度可通过增加。节点 5 的位移与垂直刚性梁刚度成正比。为了使垂直刚性梁的挠度控制,至少应增加到现在的2.3 倍的垂直刚性梁截面惯性矩。 图
6、5 侧墙和刚性梁系统计算模型 （二） 、固有频率和振型 对锅炉侧水冷壁引出管用 CAESAR5.10 软件进行计算固有频率,取相连集箱和锅筒及部分引出管作为模型,边界条件设定为:温度 343；压力 15.2MPa。加固前侧水冷壁引出管的模型见图 6。计算表明, 加固前引出管管道侧向振动固有频率最低为 5.03 Hz。 4图 6 加固前固有频率最低 5.03 Hz 对应的振型 三、振动原因分析 吹灰孔处的炉墙振幅在标高 38 m 附近比侧墙其他部位明显要小。该部位处于上部侧墙刚性梁和垂直刚性梁的中点,刚性梁系统和受炉膛负压作用时的炉墙与测量点振幅的分布规律变形的规律一致。对锅炉振动频率较低相结合
7、,与炉墙固有频率的情况接近,可以认定,锅炉振动来自侧墙,引出管和上集箱在侧墙振动带动上振动。由于引出管侧向刚度不大,侧墙振动频率与固有频率较为接近,导致引出管出现的振动振幅较大。而侧墙振动主要造成的原因为:当发生变化的炉内烟气压力时,上部侧墙垂直刚性梁刚度过小,水平刚性梁刚度偏小,过长,特别是抗弯惯性矩在垂直刚性梁截面偏小,不能提供支撑为水平刚性梁。 （一） 、声学固有频率与炉膛压力波动频率共振 它还与一个 Helm Holt 共鸣器相类似，对于炉膛本身来说，存在着一系列的声学固有频率被炉膛所围住的气体。当炉膛声学固有频率与导致炉膛压力波动的扰动频率分量合拍时，就会出现炉膛的声学共振。此时高达
8、 11.768MPa 的炉膛压力波动幅值，锅炉炉膛会引起非常剧烈的振动，使炉墙、水冷壁、连接的风道及刚性梁、平台梯子、管道都发生剧烈振动。常常是突发性的这类振动，不仅与给煤型式、炉膛结构有关，而且与负荷、煤种、风量调节等有关。为了应对炉膛压力波动由于低负荷所引起的，在低负荷时，经过多次实验证明，副床风道可以关闭，调节給煤量及主床风量，在燃烧平稳的状态下对床面燃烧压力的波动减少5达到降负荷，避免因声学固有频率与炉膛压力波动共振。 （二） 、流体动力学原因 烟风道与炉膛内安装着各种过热器、膜式壁、省煤器、再热器、预热器等装置由若干圆截面管束组成，当圆截面管束有流体绕过时，在后面的管束流场中，会有“
9、卡门”涡旋形成，也以同样的频率波动引起周围流场的静压。由于小管束结构的特殊性，暂时还是普遍存在由于流体动力学原因导致的振动，但由于孔径比较大的空预器管道进出口，对“卡门”涡流振动预防的有效手段是在出入口为应对负荷变化加装防振隔板及导流板。 四、改进措施 （一） 、引出管增设水平支撑 固有频率在锅炉侧水冷壁引出管加固后进行计算(见图 7)。计算表明,最低固有频率在引出管加固后为 15.56 Hz,比加固前的固有频率可见引出管加固后的固有频率显著增加。 有限元计算管道表明,引出管增设水平支撑,引出管刚度和固有频率能有效提高。在水冷壁上水平支撑固定集箱的吊耳上,可一起随上集箱热膨胀,相对于集箱的位移
10、和侧向振动仅对引出管加以限制。 图 7 固有频率 15.56 Hz 加固后对应的振型 （二） 、垂直刚性梁加固 为使具有足够刚度的侧墙刚性梁,可通过对垂直刚性梁刚度增加,对其弯曲控制变形挠度。采用添加 2 根 I32a 工字钢或 1 根 I40a 工字钢在6原垂直刚性梁上。根据计算惯性矩公式可得,对垂直刚性梁截面惯性矩前者可使增加 4.5 倍；对垂直刚性梁截面惯性矩后者可使增加 4.4 倍。 另外,对其底部拉梁与原垂直刚性梁的连接方法作了改进。改成可转动的连接板连接由原螺栓连接,改为腰圆孔由垂直刚性梁底部拉梁与集箱的螺栓连接孔。梁的长度方向为腰圆孔方向,才能将水平方向的附加热膨胀力消除。 总之
11、，锅炉振动主要振源为侧墙。侧墙振动频率与引出管固有频率接近、侧墙上部刚性梁刚度太小是导致引出管和锅炉侧墙振动偏大的原因。锅炉振动频率不大于 4Hz,为低频振动。最大位移点垂直刚性梁与水平刚性梁位于标高 36.6m 的交点。 从提高增加垂直刚性梁刚度和侧水冷壁引出管侧向刚度两方面着手解决方案。目前, 在锅炉上垂直刚性梁和侧水冷壁引出管加固方案全面实施,振动现象已基本消除,使锅炉的经济性和安全性都得到了较大的提高,对同类型锅炉的消除振动和振动原因分析都有一定的参考意义。 参考文献: 1 何佩敖,沈春玲,程丰源.锅炉刚性梁的设计与结构J.电站系统工程,1993,9 (5) :1-10. 2 俞茂鋐,汪惠雄.材料力学M.北京:高等教育出版社,1986:142-156. 3 周曙光. 某电站锅炉水平烟道局部振动原因分析与对策J.锅炉技术，2004，35（6）：59-61.
