托電#12爐靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)靜葉掉落分析及防范措施

趙博

【摘要】本文介紹了內(nèi)蒙古大唐國(guó)際托克托發(fā)電有限責(zé)任公司300MW機(jī)組鍋爐引風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中靜葉脫落，導(dǎo)致機(jī)組被迫降負(fù)荷，影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性和設(shè)備的安全。針對(duì)該問(wèn)題從設(shè)計(jì)構(gòu)造方面分析原因，提出軸流風(fēng)機(jī)可調(diào)靜葉脫落的技術(shù)改進(jìn)措施，從根本上解決可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)靜葉脫落問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】軸流引風(fēng)機(jī)；可調(diào)靜葉脫落；技術(shù)改造

隨著大容量高參數(shù)機(jī)組的日益普及，大容量機(jī)組的運(yùn)行安全對(duì)電網(wǎng)的安全影響逐步加大，在大容量機(jī)組中因重要輔機(jī)異常故障導(dǎo)致機(jī)組發(fā)生降出力、滅火、跳閘的事故時(shí)有發(fā)生?？梢?jiàn)處理好重要輔機(jī)的事故對(duì)穩(wěn)定機(jī)組安全運(yùn)行起著相當(dāng)重要的作用；而風(fēng)煙系統(tǒng)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)鍋爐的穩(wěn)定燃燒有著十分重要的影響。風(fēng)煙系統(tǒng)設(shè)備故障直接影響鍋爐的燃燒、制粉系統(tǒng)的出力、脫硫及輔控外圍設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行；如果處理不當(dāng)可能會(huì)導(dǎo)致鍋爐滅火等事故的發(fā)生。現(xiàn)根據(jù)實(shí)際情況，本文對(duì)托電#12爐靜葉可調(diào)軸流引風(fēng)機(jī)靜葉掉落事故案例進(jìn)行全面分析并提出相應(yīng)的整改措施。

1、機(jī)組概況

本期機(jī)組為2×300MW濕冷汽輪發(fā)電機(jī)組。本機(jī)組采用哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的（28-VI（T）-SMR）二臺(tái)容克式三分倉(cāng)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，成都電力機(jī)械廠生產(chǎn)（AN25e6）二臺(tái)靜葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)，成都電力機(jī)械廠生產(chǎn)（AP1-19/11）二臺(tái)動(dòng)葉可調(diào)軸流式送風(fēng)機(jī)，成都電力機(jī)械廠生產(chǎn)（65-2X29-14N022.5F）二臺(tái)雙吸離心式一次風(fēng)機(jī)，北京電力設(shè)備廠生產(chǎn)（ZGM95G）五臺(tái)中速輥式磨煤機(jī)，沈陽(yáng)高科電力設(shè)備有限公司（MF9-10-15NO.14D）二臺(tái)密封風(fēng)機(jī)，二臺(tái)布袋式除塵器，一臺(tái)干式排渣機(jī)。每臺(tái)引風(fēng)機(jī)有24片可調(diào)靜葉（前導(dǎo)葉）葉片。

2、引風(fēng)機(jī)設(shè)備概況

2.1 引風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理。AN系列軸流通風(fēng)機(jī)由進(jìn)氣箱、大小集流器、進(jìn)口導(dǎo)葉（前導(dǎo)葉）、機(jī)殼裝配（葉輪外殼和后導(dǎo)葉組件）、轉(zhuǎn)動(dòng)組（傳扭中間軸、聯(lián)軸器、葉輪、主軸承裝配）、擴(kuò)壓器、冷風(fēng)管路和潤(rùn)滑管路等組成。AN風(fēng)機(jī)工作時(shí)，氣流由風(fēng)道進(jìn)入風(fēng)機(jī)進(jìn)氣箱，經(jīng)過(guò)收斂和預(yù)旋后，葉輪對(duì)氣流作功，后導(dǎo)葉又將氣流的螺旋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為軸向運(yùn)動(dòng)，并在擴(kuò)壓器內(nèi)將氣體的大部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化成系統(tǒng)所需的靜壓能，從而完成風(fēng)機(jī)的工作過(guò)程。

軸流通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行范圍是受失速線的限制。如果超過(guò)此極限，首先就必然使葉片處的氣流出現(xiàn)局部分離。當(dāng)風(fēng)機(jī)內(nèi)存在一定量渦流時(shí)，就可能產(chǎn)生‘喘振。

當(dāng)系統(tǒng)的阻力線位于性能曲線圖中的失速線的上方時(shí)，由于不穩(wěn)定性的出現(xiàn)，則通風(fēng)機(jī)就不可能在相應(yīng)的壓力、流量范圍的工況點(diǎn)運(yùn)行。如果機(jī)器在非穩(wěn)定區(qū)運(yùn)行，將使葉片產(chǎn)生激振，會(huì)導(dǎo)致疲勞斷裂。

我們已在特性曲線圖上標(biāo)出了通風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)，可以保證其在適當(dāng)?shù)牟僮鳁l件下在穩(wěn)定區(qū)運(yùn)行。

2.2 引風(fēng)機(jī)入口靜葉相關(guān)概況。引風(fēng)機(jī)的入口靜葉是由懸臂拉桿連接用螺母固定的。引風(fēng)機(jī)采用安裝在葉輪上游的進(jìn)口導(dǎo)葉改變運(yùn)行工況。軸向方向的氣流用可以旋轉(zhuǎn)的進(jìn)口導(dǎo)葉，按照葉輪的旋轉(zhuǎn)方向或其相反方向進(jìn)行導(dǎo)向。進(jìn)口導(dǎo)葉在運(yùn)行過(guò)程中可通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)定一個(gè)合適的角度來(lái)調(diào)節(jié)流體。進(jìn)口導(dǎo)葉的行程范圍可用調(diào)節(jié)限位裝置分別調(diào)至-75°（關(guān)閉）和+30°（全開(kāi)）予以限定。采用帶遙控的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)口導(dǎo)葉的話，該機(jī)構(gòu)的行程是以不應(yīng)撞擊導(dǎo)葉止塊而限定的。

3、引風(fēng)機(jī)靜葉脫落事故分析

事故前運(yùn)行工況：負(fù)荷270MW，A BCDE磨煤機(jī)運(yùn)行，煤量165/h，大機(jī)閥位82%

負(fù)壓-50Pa左右，AB引風(fēng)機(jī)靜葉開(kāi)席分別為79%，83%

3.1 引風(fēng)機(jī)靜葉掉落故障現(xiàn)象。B引風(fēng)機(jī)靜葉掉落時(shí)，風(fēng)機(jī)的電流，振動(dòng)都發(fā)生的異常的的變化（見(jiàn)表1、表2）負(fù)壓擺動(dòng)幅度大。

3.2 事故處理經(jīng)過(guò)

3.2.1 運(yùn)行人員結(jié)合風(fēng)機(jī)振動(dòng)大，出力降低，負(fù)壓波動(dòng)大，初步懷疑B引風(fēng)機(jī)進(jìn)入不穩(wěn)定工況運(yùn)行區(qū)可能失速，手動(dòng)解風(fēng)機(jī)自動(dòng)，降負(fù)荷減少A B引風(fēng)機(jī)靜葉開(kāi)度，在減少B引風(fēng)機(jī)靜葉時(shí)負(fù)壓電流都降低了，排除了引風(fēng)機(jī)靜葉拉桿銷子脫落，就地檢查引風(fēng)機(jī)靜葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)連桿銷子活動(dòng)正常無(wú)斷裂脫開(kāi)異常，后緩慢加B引風(fēng)機(jī)靜葉，電流在147A無(wú)變化，檢查風(fēng)機(jī)電機(jī)各參數(shù)均無(wú)異常，降負(fù)荷風(fēng)機(jī)重新并列后升負(fù)荷至225MW B引風(fēng)機(jī)靜葉開(kāi)度77%，電流147A（B引風(fēng)機(jī)靜葉再往大開(kāi)電流無(wú)變化），A引風(fēng)機(jī)靜葉開(kāi)度58%。

3.2.2 就地檢查爐膛空預(yù)器有無(wú)漏風(fēng)現(xiàn)象，空預(yù)器出入口差壓，引風(fēng)機(jī)出入口差壓均在正常范圍內(nèi)，且無(wú)增大趨勢(shì)，引風(fēng)機(jī)出入口檔板在全開(kāi)位無(wú)異常，布袋除塵器和脫硫增壓風(fēng)機(jī)均無(wú)異常且無(wú)任何操作。

3.2.3 結(jié)合B引風(fēng)機(jī)電流瞬間增大后降低，振動(dòng)突增后降，排除了風(fēng)機(jī)失速和靜葉懸臂拉桿銷子無(wú)脫落，運(yùn)行人員分析可能風(fēng)機(jī)內(nèi)部有故障。

3.2.4 停運(yùn)B引風(fēng)機(jī)檢查風(fēng)機(jī)內(nèi)部（在停運(yùn)過(guò)程中B引風(fēng)機(jī)時(shí)靜葉卡在38%關(guān)不回，就地手搖也無(wú)效），檢查發(fā)現(xiàn)有一片靜葉片已脫落導(dǎo)致12片靜葉片不同的損壞，葉片邊部被折回（導(dǎo)致在停運(yùn)過(guò)程中B引風(fēng)機(jī)靜葉卡在38%關(guān)不回）。檢修處理過(guò)程：將損壞靜葉嚴(yán)重部位割除，割除部位的開(kāi)口處用電焊加固。較輕部分進(jìn)行修復(fù)。其中有一片（掉落那片）已成碎片無(wú)法修復(fù)、更換無(wú)備件（維護(hù)告無(wú)備件），現(xiàn)在風(fēng)機(jī)內(nèi)部缺一片。全部修復(fù)完成后靜葉重新定位進(jìn)行傳動(dòng)正常，現(xiàn)A、B引風(fēng)機(jī)開(kāi)度在52%之前偏差不大，其后逐漸增大，當(dāng)B引風(fēng)機(jī)開(kāi)度90%時(shí)電流170A，A引風(fēng)機(jī)開(kāi)度77%時(shí)電流175A兩風(fēng)機(jī)偏差最大。

3.3 靜葉掉落的原因

3.3.1 靜葉掉落參數(shù)變化分析：電流漲了一下后又降了，振動(dòng)增大，B引風(fēng)機(jī)靜葉開(kāi)到78%后電流到147A后，再開(kāi)靜葉電流無(wú)變化，開(kāi)靜葉電流無(wú)變化，B引風(fēng)機(jī)出力明顯減少可能是引風(fēng)機(jī)靜葉掉落，在引風(fēng)機(jī)作用下，強(qiáng)大的氣流將掉落的葉片吸到葉輪上吸到動(dòng)葉上，這樣掉落的那片靜葉動(dòng)葉葉輪打成碎片后又被打回，后造成導(dǎo)致振動(dòng)異常增大后又下降，電流也漲了一下后又下降。

（1）AN25e6軸流風(fēng)機(jī)前導(dǎo)葉是懸臂連接固定的，其頂端由兩顆螺釘與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)連接短軸固定，而另一端靠近中芯筒，但與中芯筒未有任何固定連接，如圖1所示。由表1所知，引風(fēng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)993r/min，轉(zhuǎn)速較高，前導(dǎo)葉受軸向力很大，由于其機(jī)構(gòu)是懸臂的，在運(yùn)行調(diào)節(jié)開(kāi)、關(guān)過(guò)程中，容易晃動(dòng)。在長(zhǎng)周期運(yùn)行中，前導(dǎo)葉的不?；蝿?dòng)造成了葉片連接螺栓及螺栓處葉片金屬疲勞損壞靜葉脫落。

（2）向該風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家成都電力機(jī)械廠咨詢后得知：AN250e6型風(fēng)機(jī)前導(dǎo)葉均采用此機(jī)構(gòu)，但是設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速在700r/min左右。該廠的AN250e6型引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為993r/min，由于轉(zhuǎn)速高，全壓大，風(fēng)機(jī)前導(dǎo)葉前后產(chǎn)生的靜壓差Δpst就大，有公式PZ=Δpstιt看出，葉片所受的軸向力PZ與葉片產(chǎn)生的靜壓差、葉片長(zhǎng)度ι和葉片平均半徑圓周上的節(jié)距t有關(guān)，因此轉(zhuǎn)速越高，葉片所受到的軸向力越大。前導(dǎo)葉受力的強(qiáng)度按通用轉(zhuǎn)速700r/min設(shè)計(jì)計(jì)算，當(dāng)轉(zhuǎn)速為993r/min時(shí)，該受力點(diǎn)強(qiáng)度不能滿足運(yùn)行要求，長(zhǎng)時(shí)間風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行。

3.3.2 靜葉掉落原因：引風(fēng)機(jī)的入口靜葉是由懸臂拉桿連接用螺母固定的，引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速很高，靜葉所受的軸向力很大，由于懸臂拉桿在風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)隨靜葉的開(kāi)席而頻繁動(dòng)作，長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)拉桿就容易晃動(dòng)，固定的螺母就會(huì)松動(dòng)，甚至損壞，長(zhǎng)期作用力下靜葉葉片和固定的螺母易金屬疲勞就容易發(fā)生變形脫落。這次B引風(fēng)機(jī)靜葉葉片掉落就是固定某片靜葉的兩條螺絲掉了一條造成的。由于風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速高，因風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速高，全壓大，風(fēng)葉葉片所受軸向力越大，該受力點(diǎn)強(qiáng)度在長(zhǎng)期運(yùn)行作用力的作用下，不能滿足運(yùn)行要求葉片的受力點(diǎn)就會(huì)疲勞損壞，就容易好好發(fā)生葉片脫落。

3.3.3 綜上所述，葉片掉落的原因?yàn)轱L(fēng)機(jī)的靜葉片在軸流風(fēng)機(jī)高轉(zhuǎn)速下所受的軸向作用力的作用下，靜葉片的受力點(diǎn)所承受的耐力強(qiáng)度不夠，易金屬疲勞所致。

4、技改措施

根據(jù)上述分析可知，靜葉片斷裂脫落的根本原因是通用轉(zhuǎn)速下入口靜葉單端受力點(diǎn)設(shè)計(jì)強(qiáng)度與實(shí)際工作轉(zhuǎn)速的風(fēng)機(jī)靜葉受力點(diǎn)設(shè)計(jì)強(qiáng)度不符。于是對(duì)入口靜葉的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，將原來(lái)的單端受力固定結(jié)構(gòu)改為兩端連接受力固定結(jié)構(gòu)。在中心筒端，每一塊靜葉片加裝1個(gè)不影響靜葉調(diào)節(jié)的凸臼裝置，凸臼裝置由銷座與插銷兩部分組成，銷座為 20×5mm圓筒體結(jié)構(gòu)，插銷為 16×50mm圓鋼，銷座與中心筒焊接連接，插銷與靜葉片頂端焊接，將銷子插入銷座四周留有2mm間隙，銷子與中心筒留有4mm間隙保證熱膨脹及調(diào)節(jié)時(shí)不卡澀，另外將靜葉片與調(diào)節(jié)軸連接螺栓點(diǎn)焊防止螺栓松脫。結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，靜葉片軸向受力點(diǎn)發(fā)生變化，由原來(lái)的懸臂受力變成兩端受力，靜葉與調(diào)節(jié)軸連接處的螺栓軸向力減小，保證了風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行。

5、防范整改措施

增加風(fēng)機(jī)靜葉的耐壓強(qiáng)度；將靜葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)固定的螺母連接處補(bǔ)焊鐵塊，增加強(qiáng)度，將螺栓焊死，防止螺栓松動(dòng)脫落；停機(jī)后對(duì)引風(fēng)機(jī)入口靜葉，葉輪葉片和調(diào)節(jié)閥的磨損程度進(jìn)行檢驗(yàn)；確保靜葉執(zhí)行器操作可使所有進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)整一致；檢查進(jìn)口靜葉連桿接頭的磨損，必要時(shí)加以潤(rùn)滑；檢查葉輪的積灰、銹蝕和磨損，并清理干凈；檢查葉片焊縫有無(wú)裂紋；清理導(dǎo)葉并檢查其磨損；檢查并潤(rùn)滑進(jìn)口導(dǎo)葉連接桿機(jī)構(gòu)，檢查風(fēng)機(jī)懸臂拉桿銷子有無(wú)脫落；清理進(jìn)、出口管路。

6、結(jié)束語(yǔ)

本次引風(fēng)機(jī)靜葉脫落事故給機(jī)組損失了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)效益；導(dǎo)致機(jī)組被迫降出力影響機(jī)組負(fù)荷；在處理事故中投油助燃穩(wěn)定機(jī)組運(yùn)行；隨后引風(fēng)機(jī)被迫停運(yùn)；靜葉進(jìn)行技術(shù)改造給機(jī)組帶來(lái)了相當(dāng)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。通過(guò)此次引風(fēng)機(jī)靜葉改造后風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀況穩(wěn)定，保證了引風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行。同時(shí)本文通過(guò)分析引風(fēng)機(jī)靜葉掉落時(shí)現(xiàn)象原因及預(yù)防措施，給運(yùn)行人員準(zhǔn)確判斷處理引風(fēng)機(jī)故障提供有力的依據(jù)，為事故處理贏得了時(shí)間，保證設(shè)備的安全運(yùn)行。