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雙級軸流一次風機葉片漂移原因及解決措施
發布時間:【2019-06-29】 

  通過闡述軸流風機失速和喘振的機理,分析實際生產中軸流風機失速和喘振的發生原因,并對600MW機組雙級軸流一次風機運行中葉片漂移的原因進行討論,提出在檢修工作中應注意的問題及其解決措施。


  風機是火力發電廠中的關鍵輔機,軸流風機因效率高和能耗低而被廣泛采用。

  鍋爐采用正壓直吹式制粉系統,一臺鍋爐配備六臺HP983型中速磨煤機,五臺磨煤機運行可帶鍋爐MCR負荷,一臺備用。燃燒器四角布置,切向燃燒,每臺磨煤機有四根煤粉管連接至爐膛同一層煤粉噴嘴。

  鍋爐風煙系統配備兩臺上海鼓風機廠生產的單級動葉可調軸流式引風機,型號為SAF-35.5-21.1-1;配有兩臺四平鼓風機廠生產的單級動葉可調軸流式風機作為送風機,型號為FAF-27.5-12.5-1;配有兩臺四平鼓風機廠生產的雙級動葉可調軸流風機作為一次風機,型號為PAF19-11.8-2。

  有一天,4號機組一次風機在運行過程中氣流發出突突異常響聲,檢查發現一次風機二級葉片角度發生漂移,運行過程中動葉角度不一致,造成氣流紊亂發出異常響聲。本文針對一次風機出現的問題進行原因分析并提出相應的解決措施。

  失速、喘振的成因機理分析

  1)風機失速

  軸流風機動葉片前后的壓差,在其他情況都不變的情況下,其壓差的大小決定于動葉沖角的大小,在臨界沖角值以內,上述壓差大致與葉片的沖角成比例,不同葉片的葉型有不同的臨界沖角數值。

  翼型的沖角不超過臨界值,氣流沿葉片凸面平面平穩的流過,但葉片的沖角超過壓降,氣流會離開葉片的凸面,發生過界層分離現象,產生大區域的渦流,此時風機的全壓下降,這種情況稱為風機的“失速”。

  由于軸流風機葉片存在一定的加工誤差,安裝動葉片時存在一定的角度誤差以及氣流的流向在葉輪入口不完全一致,所以當氣流的沖角達到臨界值時,可能在某個或某些葉片上發生失速產生脫流。如圖1所示。


  若在葉柵中的流道3首先發生失速,產生脫流。脫流形成的漩渦區阻塞流道,原先流入3的氣體只能分流至流道2和4,這分流來的氣流使流入流道2的氣流沖角減小,而使流入流道4的氣流沖角變大,使流道4發生脫流,導致流道4阻塞,如此反復,葉道中的脫流由3、4、5逐漸傳播。

  軸流風機的環形葉柵上,失速的數目少則1個,多則十多個。旋轉失速的頻率,亦即激振力的頻率等于或接近于葉片的固有振動頻率時,它將使葉片發生共振,共振時的交變應力有可能到達使葉片折斷的程度。

  2)風機的喘振

  根據軸流風機的特性,通過試驗方法測得數據繪制的風機性能曲線如圖2所示,圖中軸流風機的性能曲線Q-H是呈駝峰形狀,對應最高效率的Q-H曲線上工況點A是最佳工作點,它是由風機和管路共同決定的。

  具有駝峰曲線的軸流風機存在不穩定的工作區,當風機運行到不穩定工作區時,會出現風機失速,進而出現風機喘振。如處理不好導致軸流風機退出運行,嚴重出現風機損壞的事故。


  風機若用節流調節方法減少風機風量,如風機的工作點在B點右側,則風機運行是穩定的。當風機的流量Q<QB時,這時風機所產生的最大壓力將隨之下降,并小于管路中的壓力,因風道的容量較大,這一瞬間風道中的壓力仍為HB,因風道中的壓力大于風機所產生的壓頭使氣流開始反方向倒流,由風道倒入風機中,工作點由B迅速移至D點。

  但是氣流倒流使風道系統的風量減小,因而風道中的壓力迅速下降,工作點沿DC線迅速下降至流量Q=0時的C點,此時風機流量為零,由于風機在繼續運轉,所以當風道中的壓力降低相應的C點時,風機又開始輸出流量。

  為了與風道中的壓力相平衡,工況點又從C點跳至相應的工況點F,只要外界所需的流量保持小于QB,上述過程又重復出現。如果風機在工作狀態按FBDCF周而復始地進行,這種循環的頻率如與風機系統的振蕩頻率合拍時,就會引起共振,風機發生喘振。

  風機在喘振工作區工作時,流量急劇波動,產生氣流的撞擊,使風機發生強烈的振動,噪聲增大,而且風壓不斷波動,風機的容量與壓頭越大,則喘振時的危害性也越大。

  風機產生喘振應該具備的條件:

  風機的工作點位于具有駝峰形Q-H性能曲線的不穩定區域內;
  風道系統具有足夠大的容積,它與風機組成一個彈性的空氣動力系統;
  整個循環的頻率與系統氣流振蕩頻率合拍,產生共振。
  風機運行過程中失速、喘振發生的原因

  由于風機處于復雜的風煙系統中,制粉系統、燃燒系統與之相連,鍋爐的許多操作都會對風機造成影響。特別是在配備在中速磨的直吹式制粉系統中運行,出現喘振的幾率更大。風煙系統的內外因素都會誘發風機的失速、喘振。

  1)外部因素

  (1)運行人員操作不當。根據風機特性曲線可以看出,當風機高壓力、低流量運行時,其管道阻力特性曲線變陡,風機工作點上移,并逐漸進入駝峰區域,此時風機運行的不穩定性增加,當工作點到達B點左邊區域,風機進入不穩定工作區,從而發生喘振。

  (2)直吹式制粉系統中速磨切換或跳閘引起一次風機喘振。為保證制粉的安全運行,防止爐膛滅火對制粉系統的影響,直吹式中速磨制粉系統出口門具有快關的功能,設置氣動執行機構,當一臺或多臺磨煤機跳閘或鍋爐輔機觸發RB動作時,其出口門迅速關閉,磨煤機的通風量90~120t/h迅速降至0;一次風流量的急速變化引起風道和風機出口的壓力迅速上升,在自動狀態下單臺一次風機進入不穩定工作區,從而誘發風機喘振。

  2) 內部因素

  (1)系統管道設計阻力過大。部分機組在設計中風煙系統管路阻力較大,鍋爐密封不嚴,會導致風機在高負荷區域運行時,風煙管路阻力特性改變,風機運行的工作點偏移,從而出現風機喘振。

  (2)風煙系統管路在運行過程中阻力增大。如空氣預熱器蓄熱元件堵塞,空氣預熱器漏風系數增加,造成一次風機、送風機、引風機出力增加,風機進入不穩定工作區,發生喘振。

  (3)風機入口阻力過大。風機由于設計原因或異物堵塞入風口,入口阻力急劇升高,流量降低,風機進入不穩定工作區,容易發生喘振。

  (4)風機動葉角度不一致或風機葉片線形發生改變。風機動葉安裝角度不一致或風機葉片線性不一致(如風機葉片結垢),氣流流過葉片沖角發生改變,造成風機失速。

  一次風機出現葉片漂移的主要原因分析

  1)風機失速

  葉片較長的軸流風機,旋轉脫流一般發生在葉片的頂部,葉片較短的軸流風機,旋轉脫流很快擴展到整個葉片高度。旋轉失速會產生激振力,破壞風機葉片角度的一致性,擴大風機不穩定工況區的范圍,加大風機喘振的可能。

  2)風機葉片在運行過程的卡滯

  軸流風機動葉調節是通過傳動機構帶動滑閥改變液壓缸兩側油壓55實現的。在軸流風機的運行中,有時會出現部分動葉調節困難或完全不能調節的現象。檢修實際中主要有兩種情況,一種情況是在風機動葉片和輪轂之間有一定的空隙以實現動葉角度的調節,但不完全燃燒造成碳垢或灰塵堵塞空隙造成動葉調節困難。

  動葉卡澀的現象在燃油鍋爐、采用水膜除塵的鍋爐和電除塵效果較差的燃煤鍋爐的引風機比較普遍。另外一種情況是風機檢修停運時間較長,空氣潮濕的環境中葉柄軸座發生銹蝕,也會出現風機運行過程中葉片調節困難,部分葉片因卡滯出現角度不一致,葉片角度漂移,多發生在送風機、一次風機。

  3)葉片滑塊的磨損

  軸流風機葉片的安裝角是通過調節桿和滑塊進行調節,并使其保持在一定的位置上。在風機運行過程中部分滑塊會發生摩擦逐漸磨損,調節桿在調節盤內有較大的活動空間,部分葉片在運行過程中角度也會發生改變。

  葉片漂移的解決措施

  1)減少風機失速情況的出現。現場運行調節盡量維持較低風壓運行,避開風機不穩定點工作區,避免出現誘發風機喘振的客觀條件;對經常發生失速的風機應考慮對系統進行改造,如直角彎頭管路改為圓弧角,四平鼓風機入口加裝導流板等措施。

  2)風機葉片檢修過程中清理葉片表面的積垢,保證葉片表面光滑。

  3)更換風機磨損的滑塊,保證同級葉片安裝角度一致,兩級葉片的角度按照說明書進行調整;并列運行的兩臺風機葉片角度調整一致。動葉執行機構的動作范圍與風機動葉的可調范圍建立對應關系,消除風機失速的誘因。

  4)風機檢修中每次應對風機調節桿鎖緊螺母的緊固按照說明書進行力矩檢查,防止螺母松動導致的葉片角度漂移;鎖緊螺母使用次數嚴格按照風機說明書的要求進行。

  5)風機檢修過程對葉片軸座部位進行檢查、檢修,大小修期間更換葉柄軸座處的密封,對葉柄座處進行防銹處理,保持靜止狀態下葉片調節靈活。適時調整動葉開度,防止葉片長時間在一個開度造成結垢或銹蝕,風機停運后動葉應間斷地活動。

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