1 000 MW機組動葉可調(diào)軸流風(fēng)機液壓缸反饋結(jié)構(gòu)改進

周黎明

(神華廣東國華粵電臺山發(fā)電有限公司，廣東 臺山 529228)

0 引言

神華廣東國華粵電臺山發(fā)電有限公司(以下簡稱臺山發(fā)電公司)一期工程為5×600 MW亞臨界機組，二期工程為2×1 000 MW超超臨界機組。動葉可調(diào)軸流送風(fēng)機安裝了德國TLT公司生產(chǎn)的液壓缸(336/100)，一次風(fēng)機安裝了德國TLT公司生產(chǎn)的液壓缸(336/50)。

因動葉可調(diào)軸流式風(fēng)機綜合性能明顯優(yōu)于離心式風(fēng)機，可廣泛應(yīng)用于大型火電機組送風(fēng)機、一次風(fēng)機及引風(fēng)機等設(shè)備，一般由2臺軸流式風(fēng)機并聯(lián)運行[1]。

在現(xiàn)場設(shè)備運行中，因動葉可調(diào)軸流送風(fēng)機液壓缸故障導(dǎo)致并聯(lián)運行風(fēng)機運行不穩(wěn)定的情況時有發(fā)生。據(jù)不完全統(tǒng)計，在臺山發(fā)電公司Ⅰ，Ⅱ期及國華系統(tǒng)內(nèi)其他電廠發(fā)生過多次因液壓缸反饋桿軸承損壞、風(fēng)機運行中電流突然大幅度變化、風(fēng)壓及風(fēng)量急劇波動和葉片開關(guān)失控的問題[2]，導(dǎo)致風(fēng)機停運，甚至發(fā)生跳機故障(沿海電廠風(fēng)機液壓缸反饋軸承損壞機率高于內(nèi)陸電廠)，各電廠事故統(tǒng)計情況見表1。

表1 各電廠液壓缸反饋軸承損壞事件統(tǒng)計

通過分析實際運行中發(fā)生的故障統(tǒng)計可知，液壓缸反饋軸承故障成為影響風(fēng)機穩(wěn)定運行的重要因素。

本文從液壓缸工作原理及結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，對反饋軸承故障原因進行了分析，同時對反饋結(jié)構(gòu)提出了改進措施。

1 動葉可調(diào)軸流風(fēng)機及液壓缸工作原理

動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(以下簡稱動調(diào)風(fēng)機)運行時，氣流由系統(tǒng)管道流入風(fēng)機進氣箱后改變方向，經(jīng)集流器收斂加速后流向葉輪。動葉的工作角度與葉柵距可無級調(diào)節(jié)，由此可改變風(fēng)量、風(fēng)壓，滿足工況變化的需求；氣流經(jīng)葉輪做功后，由軸向運動變?yōu)槁菪\動，流出的氣流經(jīng)后導(dǎo)葉轉(zhuǎn)為軸向流動，再經(jīng)擴壓器流至系統(tǒng)，滿足運行要求[3]。

當(dāng)鍋爐工況變化需要調(diào)節(jié)風(fēng)量時，電信號傳至伺服馬達，使控制軸發(fā)生旋轉(zhuǎn)，控制軸的旋轉(zhuǎn)帶動伺服閥向左或向右移動，壓力油口與相應(yīng)油道接通，回油口與相應(yīng)油道接通。壓力油從相應(yīng)油道不斷進入活塞一側(cè)的液壓缸內(nèi)，使液壓缸不斷向左或向右移動。與此同時，活塞另一側(cè)液壓缸內(nèi)的工作油從相應(yīng)油道通過回油孔返回油箱[4]。

由于液壓缸與葉輪上每個動葉片的調(diào)節(jié)桿相連，當(dāng)液壓缸向左或向右移動時，動葉的安裝角增大或減小，軸流風(fēng)機輸送風(fēng)量和風(fēng)壓也隨之升高或降低[5]。

當(dāng)液壓缸向左或向右移動時，反饋桿(定位軸)亦向左或右移動，使伺服閥上齒條向右或左移動，從而使伺服閥將1，2油道的油孔堵住，使液壓缸處在新工作位置下(即調(diào)節(jié)后動葉角度)不再移動，動葉片處在開大或關(guān)小的新狀態(tài)下工作。在反饋過程中，反饋桿帶動反饋齒輪及指示軸旋轉(zhuǎn)，使其將動葉開大或關(guān)小的角度顯示出來。液壓缸結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 液壓缸結(jié)構(gòu)示意

2 液壓缸反饋軸承損壞的原因分析

液壓缸在動作過程中，反饋桿球軸承運行工況較為惡劣、脆弱。軸承作用為連接反饋桿和雙面齒條，運行中有與風(fēng)機主軸相同的轉(zhuǎn)速(送風(fēng)機轉(zhuǎn)速995 r/min、一次風(fēng)機轉(zhuǎn)速1 500 r/min)，同時在軸向移動過程中承受軸向力，驅(qū)動輸入齒輪與反饋齒輪旋轉(zhuǎn)。若輸入齒輪與反饋齒輪及附屬部件出現(xiàn)卡澀，可能是由于軸向力過大而使保持架受力沖擊產(chǎn)生過載荷，保持架內(nèi)部因疲勞而產(chǎn)生裂紋，甚至發(fā)生損壞[6]。

由理論計算滾珠軸承壽命所用的設(shè)計公式可知，軸承的理論壽命與軸承承受負(fù)載的3次方成正比[7]。反饋桿軸承損壞后，反饋桿失去作用，在調(diào)節(jié)動葉時，因無法形成反饋而使伺服閥關(guān)閉，從而出現(xiàn)動葉只能處于全開或全關(guān)位置的現(xiàn)象，不論怎樣移動，反饋系統(tǒng)都不能將風(fēng)機葉片的開關(guān)角度固定在任意位置上[8]。損壞的反饋桿軸承如圖2所示。

圖2 損壞的反饋桿軸承

由于臺山發(fā)電公司靠近海邊，鹽霧較重且常年氣候潮濕，液壓缸暴露在自然環(huán)境中的轉(zhuǎn)動部件(主要是反饋軸承部件)因銹蝕、積灰而在運行中發(fā)生卡澀，運行阻力增大，使液壓缸反饋桿軸承軸向受力增大，軸承保持架受交變力沖擊最終失效，導(dǎo)致液壓缸反饋桿軸承損壞。

3 液壓缸反饋軸承損壞的危害

盡管液壓缸在移動，但就地機械指示并沒有變化，所以不能及時或者根本不能封堵伺服閥的進油口1和進油口2，因而葉片就會一直向“+”向位移開啟或向“-”向位移關(guān)閉，直至進油口1與進油口2偶然被封堵住或動葉直接全開、全關(guān)，這就導(dǎo)致了風(fēng)機電流和液壓油壓力均大幅波動[9]。國內(nèi)某電廠曾出現(xiàn)類似故障現(xiàn)象：5B一次風(fēng)機電流有26 A波動(電流從104 A波動至78 A)，并開始振蕩波動，同時冷、熱一次風(fēng)壓大幅波動(4.8～7.0 kPa)[10]。

風(fēng)機出現(xiàn)故障后，風(fēng)機與管路出現(xiàn)不匹配的情況，管路中的氣流來回振蕩。當(dāng)接近喘振工況時，由于氣流脈動，通風(fēng)機出口風(fēng)量會產(chǎn)生劇烈波動[11]。若此時操作不合理，將導(dǎo)致風(fēng)煙系統(tǒng)風(fēng)壓大幅波動，從而出現(xiàn)鍋爐主燃料跳閘(MFT)。

4 液壓缸反饋結(jié)構(gòu)改進

4.1 改進思路

針對風(fēng)機液壓缸反饋桿軸承故障頻發(fā)的情況，經(jīng)調(diào)研及分析研究，利用機組停運機會對送風(fēng)機、一次風(fēng)機液壓缸輸出反饋連接形式進行改進，取消液壓缸輸出反饋齒輪，原位置采用加工后的部件封堵，在每次檢修中，由熱控專業(yè)人員校對風(fēng)機動葉開度和風(fēng)機動葉電動執(zhí)行器減速機行程指示，并在動葉電動執(zhí)行器減速機上做好各開度指示標(biāo)記。改進后的液壓缸結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 改進后的液壓缸結(jié)構(gòu)示意

4.2 可行性分析

國內(nèi)動葉可調(diào)軸流風(fēng)機共有四大生產(chǎn)廠家：沈陽鼓風(fēng)機集團有限公司(采用丹麥諾文科技術(shù))、豪頓華工程有限公司(采用丹麥諾文科技術(shù))、上海鼓風(fēng)機有限公司(采用德國TLT公司技術(shù))、成都電力機械廠(采用德國KKK公司技術(shù))，四大生產(chǎn)廠家僅上海鼓風(fēng)機有限公司動葉可調(diào)軸流風(fēng)機液壓缸設(shè)計有反饋齒輪及反饋桿軸承裝置，其他3個生產(chǎn)廠家動葉可調(diào)軸流風(fēng)機均無輸出反饋指示。

通過取消液壓缸輸出反饋齒輪，使液壓缸沒有轉(zhuǎn)動部件暴露在環(huán)境中，避免了液壓缸轉(zhuǎn)動部件因銹蝕、積灰等因素而在運行中發(fā)生卡澀，避免了液壓缸反饋桿軸承因軸向受力增大、軸承保持架受交變力沖擊損壞而發(fā)生液壓缸故障。

對送風(fēng)機、一次風(fēng)機液壓缸輸出反饋連接形式改進后，不會對風(fēng)機設(shè)備運行造成任何影響，且可以消除液壓缸故障隱患，減少液壓缸故障頻率，提高機組運行可靠性，保證風(fēng)機設(shè)備長期安全、穩(wěn)定運行。

臺山發(fā)電公司二期風(fēng)機液壓缸設(shè)備改進后，運行效果良好。

4.3 設(shè)備改進后出現(xiàn)的弊端及控制措施

4.3.1 設(shè)備改進后出現(xiàn)的弊端

(1)取消液壓缸輸出反饋齒輪后，風(fēng)機動葉開度無法就地直觀顯示。

(2)原位置采用加工后的部件封堵時，螺栓長度不合適會導(dǎo)致一次風(fēng)機液壓缸內(nèi)部撥叉被螺栓卡住，液壓缸無法動作。

(3)采用加工后的部件封堵密封不良，導(dǎo)致液壓缸漏油。

4.3.2 控制措施

(1)在每次檢修中，由熱控專業(yè)人員校對風(fēng)機動葉開度與風(fēng)機動葉電動執(zhí)行器減速機行程指示，并在動葉電動執(zhí)行器減速機上做好各開度指示標(biāo)記。由運行人員在分散控制系統(tǒng)(DCS)盤上通過分析風(fēng)機風(fēng)量、電動機電流等數(shù)據(jù)監(jiān)控風(fēng)機運行狀態(tài)；每次停機備用進行風(fēng)機動葉防卡澀轉(zhuǎn)動時，由檢修人員開工單打開風(fēng)機入孔門，確認(rèn)動葉開、關(guān)動作情況。

(2)對液壓缸反饋齒輪原位置采用加工后的部件封堵時，選擇的螺栓要與原固定螺栓長度一致。

(3)對部件封堵密封面涂密封膠，對角緊固螺栓。

5 結(jié)束語

風(fēng)機是電廠的主要輔助設(shè)備之一，由風(fēng)機故障引起發(fā)電機組非計劃停運和非計劃降出力運行造成的發(fā)電損失是巨大的[12]。而動葉可調(diào)軸流風(fēng)機的運行可靠性對電廠按計劃穩(wěn)發(fā)、滿發(fā)至關(guān)重要[13]。

電廠動葉可調(diào)軸流風(fēng)機液壓缸輸出反饋結(jié)構(gòu)易損壞是制約燃煤發(fā)電機組鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)可靠運行的重大隱患，長久以來缺少一種有效的根治手段。通過對風(fēng)機液壓缸輸出反饋結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化改進，可有效減少液壓缸故障頻率，提高風(fēng)機設(shè)備運行可靠性，保證風(fēng)機設(shè)備長期安全穩(wěn)定運行，對同類設(shè)備維護工作具有借鑒意義。

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