汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)葉片斷裂故障分析與處理

陳 雷

武鋼有限公司檢修中心 湖北 武漢 430080

引言

目前國(guó)內(nèi)部分大容量火電機(jī)組選擇汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)的方案,有許多優(yōu)點(diǎn)。提高了熱能的利用效率,可以減少引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流過大對(duì)廠用電的沖擊,降低廠用電率,提高了經(jīng)濟(jì)性。汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí),保持靜葉恒定,通過調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制爐膛負(fù)壓,使風(fēng)機(jī)在不同負(fù)荷下保持高效率。但引風(fēng)機(jī)采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié),容易產(chǎn)生軸承振動(dòng)大等故障,影響機(jī)組安全性。

1 引風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中常見故障

引風(fēng)機(jī)是鍋爐機(jī)械通風(fēng)的主要設(shè)備,它的入口通過管路與除塵器相連接,出口與煙道及煙筒相連接。引風(fēng)機(jī)的作用是當(dāng)燃料在鍋爐內(nèi)燃燒時(shí)產(chǎn)生大量的煙氣,這些煙氣如不及時(shí)排除,鍋爐就無法連續(xù)正常工作,引風(fēng)機(jī)就是通過做功,克服煙道及尾部受熱面的阻力,把爐膛中煙氣抽出,并通過煙筒送往大氣,從而使?fàn)t膛及煙道保持一定負(fù)壓,保證鍋爐連續(xù)正常運(yùn)行。引風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中常見故障如下。(1)引風(fēng)機(jī)入口流量不均勻,使葉輪不平衡而引起風(fēng)機(jī)振動(dòng)。(2)流量過小,如風(fēng)機(jī)剛啟動(dòng)未開擋板或擋板開度過小,會(huì)產(chǎn)生壓力波動(dòng)和流量波動(dòng),使風(fēng)機(jī)振動(dòng)。(3)使用除塵器除塵效率低,煙氣帶水,造成引風(fēng)機(jī)葉片積灰,使動(dòng)平衡失調(diào),這是引風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中發(fā)生機(jī)械振動(dòng)的比較常見的主要原因。(4)引風(fēng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行葉片磨損,引起動(dòng)平衡造成振動(dòng)。(5)軸承故障或損壞。(6)風(fēng)機(jī)找正不好,電機(jī)、風(fēng)機(jī)軸不同心。(7)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)剛性不夠,地腳螺栓松動(dòng)。(8)原葉輪安裝不良、磨損、積灰。(9)機(jī)座剛度不夠。(10)葉片碰撞機(jī)殼。(11)風(fēng)機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行。

2 原因分析

引風(fēng)機(jī)是鍋爐機(jī)械通風(fēng)的主要設(shè)備,它的入口通過管路與除塵器相連接,出口與煙道及煙筒相連接。引風(fēng)機(jī)的作用是當(dāng)燃料在鍋爐內(nèi)燃燒時(shí)產(chǎn)生大量的煙氣,這些煙氣如不及時(shí)排除,鍋爐就無法連續(xù)正常工作,引風(fēng)機(jī)就是通過做功,克服煙道及尾部受熱面的阻力,把爐膛中煙氣抽出,并通過煙筒送往大氣,從而使?fàn)t膛及煙道保持一定負(fù)壓,保證鍋爐連續(xù)正常運(yùn)行。引風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中常見故障如下。

2.1 風(fēng)機(jī)喘振或失速引起葉輪破壞軸流式 風(fēng)機(jī)運(yùn)行中由于調(diào)節(jié)不當(dāng),葉輪進(jìn)入到不穩(wěn)定工況區(qū)運(yùn)行,可能出現(xiàn)喘振或失速現(xiàn)象。此時(shí)葉輪經(jīng)過失速區(qū)將會(huì)受到一次激振力的作用,可使葉片產(chǎn)生共振,葉片的動(dòng)應(yīng)力增加,致使葉片斷裂。風(fēng)機(jī)喘振或失速主要表現(xiàn)為風(fēng)量、出口風(fēng)壓出現(xiàn)大幅度波動(dòng),劇裂振動(dòng)和異常噪聲。查看3B引風(fēng)機(jī)葉輪斷裂前的運(yùn)行狀態(tài),風(fēng)機(jī)風(fēng)量、出口風(fēng)壓未出現(xiàn)大幅度波動(dòng),葉片發(fā)生斷裂后才出現(xiàn)軸系振動(dòng)激增,故可以排除風(fēng)機(jī)葉片斷裂系喘振或失速導(dǎo)致。

2.2 葉輪受到持續(xù)的交變應(yīng)力引起疲勞損壞 由于風(fēng)機(jī)利用汽輪機(jī)進(jìn)氣量變化來改變轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)變速調(diào)節(jié),在機(jī)組負(fù)荷上升或下降時(shí),風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為適應(yīng)負(fù)荷調(diào)整需要而發(fā)生改變,在負(fù)荷穩(wěn)定時(shí),風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速也會(huì)出現(xiàn)持續(xù)波動(dòng)現(xiàn)象。這種風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的波動(dòng),使葉片受力不斷改變,加速和減速時(shí)會(huì)受到方向相反的力,這個(gè)力叫做交變應(yīng)力,持續(xù)不斷的交變應(yīng)力,會(huì)使葉片造成疲勞損壞。而葉片的進(jìn)風(fēng)口根部所受的交變應(yīng)力最大,葉片根部會(huì)最先產(chǎn)生疲勞源。通過大量DCS數(shù)據(jù)查看,印證了風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和葉輪進(jìn)出口壓力頻繁波動(dòng)現(xiàn)象。數(shù)據(jù)查看也發(fā)現(xiàn),若僅因?yàn)樨?fù)荷變動(dòng)而調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí),轉(zhuǎn)速的波動(dòng)頻率比較小。

2.3 轉(zhuǎn)速頻率與葉輪固有頻率造成共振引起破壞葉輪 風(fēng)機(jī)葉片本身具有一定的固有振動(dòng)頻率,引起共振的條件是當(dāng)外力的脈沖頻率和物體的固有振動(dòng)頻率相重合或成倍數(shù)時(shí)。當(dāng)風(fēng)機(jī)的葉片產(chǎn)生共振時(shí),它的后果是葉片由于金屬疲勞而斷裂。通過現(xiàn)場(chǎng)搜集的大量DCS數(shù)據(jù)來看,風(fēng)機(jī)振動(dòng)較小,但是某轉(zhuǎn)速區(qū)段風(fēng)機(jī)振動(dòng)值有一定幅度的波動(dòng),應(yīng)該是調(diào)速時(shí)沖擊引起的。根據(jù)制造廠提供的技術(shù)數(shù)據(jù),風(fēng)機(jī)葉片的靜止?fàn)顟B(tài)下固有頻率為144 Hz,動(dòng)態(tài)下固有頻率為147 Hz,風(fēng)機(jī)的第一臨界轉(zhuǎn)速為1290r/min,據(jù)此推斷,在0～990r/min的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),理論計(jì)算上葉片是可靠的,但由于實(shí)際安裝情況變化,風(fēng)機(jī)的頻率會(huì)發(fā)生變化,故不能排除葉片共振產(chǎn)生的可能性。

3 防范措施

3.1 加強(qiáng)設(shè)備采購(gòu)及驗(yàn)收管理 在設(shè)備采購(gòu)制造時(shí),工廠要派專人進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)造,監(jiān)督設(shè)備制造加工過程,掌握設(shè)備制造加工環(huán)節(jié)和設(shè)備主要加工參數(shù)。在采購(gòu)設(shè)備時(shí),要對(duì)選用設(shè)備的市場(chǎng)應(yīng)用業(yè)績(jī)和行業(yè)評(píng)價(jià)進(jìn)行調(diào)研,擇優(yōu)選取。設(shè)備到貨后,組織相關(guān)專業(yè)人員對(duì)設(shè)備材料、工藝、質(zhì)量、性能等進(jìn)行全面驗(yàn)收。

3.2 加強(qiáng)設(shè)備和工藝管理 開展對(duì)送、引、排等停用設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)部件的大檢查,及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除缺陷,避免啟動(dòng)時(shí)發(fā)生同類問題。完善送、引、排等設(shè)備檢修維護(hù)規(guī)程,縮短設(shè)備檢查周期。每次停爐,嚴(yán)格按檢修規(guī)程要求對(duì)設(shè)備各部分進(jìn)行全面檢查。加強(qiáng)工藝和設(shè)備變更管理,充分考慮各方面因素,及時(shí)與設(shè)備廠家進(jìn)行交換意見,審批變更,對(duì)會(huì)議紀(jì)要等相關(guān)文件嚴(yán)格進(jìn)行存檔。

3.3 加強(qiáng)儀表聯(lián)鎖管理 對(duì)風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖問題,進(jìn)行專題討論,研究制定可行方案,有效的發(fā)揮聯(lián)鎖作用。排查全廠儀表聯(lián)鎖,嚴(yán)格遵照公司規(guī)定,完善相關(guān)制度和相關(guān)手續(xù)。加強(qiáng)儀表專業(yè)人員的培訓(xùn)和管理,使之掌握全廠儀表聯(lián)鎖運(yùn)行狀態(tài),聯(lián)鎖巡檢查出問題嚴(yán)格考核。逐漸完善操作站聯(lián)鎖投用和解除按鈕顯示,為運(yùn)行人員能夠巡檢全部聯(lián)鎖提供條件。完善DCS軟件管理系統(tǒng),使儀表聯(lián)鎖投、切,有據(jù)可查。

3.4 運(yùn)行控制優(yōu)化 當(dāng)引風(fēng)機(jī)在轉(zhuǎn)速共振區(qū)間運(yùn)行時(shí),引風(fēng)機(jī)振動(dòng)會(huì)突然增大,因此需要在運(yùn)行中加強(qiáng)干預(yù),避免風(fēng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間在共振轉(zhuǎn)速區(qū)運(yùn)行。機(jī)組變負(fù)荷時(shí),根據(jù)風(fēng)量大小,接近共振轉(zhuǎn)速區(qū)間應(yīng)快速通過,不應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。若機(jī)組正常運(yùn)行時(shí),轉(zhuǎn)速接近共振轉(zhuǎn)速區(qū)間時(shí),通過設(shè)置送風(fēng)量偏置,提高引風(fēng)機(jī)小機(jī)轉(zhuǎn)速,避開轉(zhuǎn)速共振區(qū)間。運(yùn)行中引風(fēng)機(jī)振動(dòng)超過4 mm/s時(shí),運(yùn)行人員人為進(jìn)行干預(yù),手動(dòng)調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)靜葉開度,避開共振轉(zhuǎn)速區(qū)間。

結(jié)語

針對(duì)汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)振動(dòng)進(jìn)行簡(jiǎn)單分析,高負(fù)荷下,引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速高,接近葉片共振轉(zhuǎn)速,產(chǎn)生共振。長(zhǎng)期運(yùn)行,引風(fēng)機(jī)葉片及軸系在交變應(yīng)力作用下,可能發(fā)生部件松動(dòng)、葉片產(chǎn)生裂紋等故障,導(dǎo)致振動(dòng)更加明顯,威脅設(shè)備安全運(yùn)行。根據(jù)分析結(jié)果,運(yùn)行時(shí)注意調(diào)整,加強(qiáng)技術(shù)改造,控制煙道阻力,使引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速盡量避開共振區(qū)間,確保機(jī)組安全運(yùn)行。