锅炉一次风机故障原因分析及处理措施.doc

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二期锅炉轴流式一次风机故障原因分析及处理措施

吕同昌

大唐韩城第二发电有限责任公司

1、轴流式风机简介

1.1轴流风机的特点

动叶可调轴流风机具有体积小、质量轻、低负荷区域效率较高、调节范围宽广、反应速度快等优点，近十几年来，国内大型火力发电厂已经普遍采取动叶可调轴流风机。

1.2轴流风机与离心风机的区别

轴流风机的特点是流体沿着扇叶的轴向流过。

而离心式是将流体从风扇的轴向吸入后利用离心力将流体从圆周方向甩出去。

前者气流轴向进入风机叶轮，在旋转叶片的流道中沿轴线方向流动，后者气流进入旋转的叶片通道，在离心力作用下气体被压缩并沿着半径方向流动。

轴流风机与离心风机在同样的风量、压力下的区别：

轴流风机能耗小，噪声大。

离心风机改变了风管内介质的流向，而轴流风机不改变风管内介质的流向。

1.3、我公司二期一次风机参数及结构

大唐韩城第二发电有限责任公司二期机组一次风机每台机组装有2台一次风机，一次风机均为动叶可调双级轴流式风机。

风机基本参数表见表1，风机基本外形图见图1，液压缸及控制系统结构见图2，二期一次风机叶片连接控制图见图3。

表1二期一次风机的基本技术参数

风机型号

PAF19-13.3-2

风机流量

128.8m3/s（T.B）

风机总压升

15736Pa（T.B）

风机效率

83.18%（T.B）

风机转速

1490r/min

电机功率

2450kw

风机内径

φ1884mm

叶轮直径

φ1334mm

叶轮级数

2

叶型

HB24叶片数

叶片材料

HF-1

液压缸径和行程

φ336/H100MET

叶片调节范围

50°

生产厂家

上海鼓风机厂

图1二期一次风机外形图

图2一次风机的液压缸结构

图3二期一次风机叶片连接控制简图

因为轴流风机具有驼峰形驼峰曲线的特点，理论上决定了风机存在不稳定区。

工作在不稳定区域可能引发风机失速或喘振的现象。

下面主要就风机的旋转脱流、喘振现象进行理论分析.

2、风机的旋转脱流、喘振

2.1旋转脱流的产生机理

风机进入不稳定工况区运行，随着冲角的增大将导致边界层分离，致使升力减小，阻力增加。

称之为“脱流”或“失速”现象。

由于加工、安装以及来流不均等原因，叶轮叶片不可能有完全相同的形状和安装角，且随着流量的减小，脱流首先发生在冲角最先达到临界值的某一叶片进口处。

在上述两种条件下，脱流阻塞叶道造成分流，使脱流以一定的旋转速度沿叶轮旋向相反传播，致使脱流最终以（ww-w’w¢）的速度旋转。

称之为“旋转脱流”或“旋转失速”。

见图4及图5。

图4叶片的正常工况和脱流工况图5动叶中旋转脱流的形成

2.2旋转脱流的后果影响

风机进入不稳定工况区运行，叶轮内将产生一个到数个旋转脱流区，叶片依次经过脱流区产生交变应力的作用，其作用频率与旋转脱流的转速及脱流区的数目成正比，会使叶片产生疲劳。

若这一激振力的作用频率与叶片的固有频率成整数倍，或等于、或接近于叶片的固有频率时，叶片将发生共振，进而造成叶片断裂，并可能将全部叶片打断。

2.3旋转脱流的防止措施

为了防止旋转脱流的出现应尽量避免风机在不稳定工况区运行，图6为单台一次风机的特性曲线。

图6一次风机特性曲线

2.4风机的喘振现象

若具有驼峰形性能曲线的风机在不稳定区域内运行，而管路系统中的容量又很大时，则风机的流量、能头和轴功率会在瞬间内发生很大的周期性的波动，引起剧烈的振动和噪声。

这种现象称为“喘振”或“飞动”现象。

2.5风机喘振的原因分析

当用户所需要的流量小于qVK时,风机的运行工况点将由E点滑向K点,并将周而复始地按E®K®C®D®E各点重复循环，形成运行工况的周期性波动，见图7。

图7喘振时工作点的变化图

2.6风机的喘振防止措施

2.6.1采用分流调节

可装设再循环管或自动排出阀门，使风机的排出流量恒大于临界流量。

2.6.2采用变速调节

若管路性能曲线不通过坐标原点时，改变风机的转速，也可得到稳定的运行工况。

2.6.3采用动叶调节

对轴流式风机，可减小其动叶安装角，使性能曲线向左下方移动。

2.6.4切割叶轮叶片

对选配容量裕量过大的风机，可通过切割，减小其叶轮叶片，使性能曲线向左下方移动。

2.6.5最根本的措施

尽量避免采用具有驼峰形性能曲线的风机。

但是当风机选型使用后，应该正确使用，避免在不推荐区域运行。

2.7、旋转脱流和喘振现象的区别与联系

旋转脱流是叶片结构特性造成的一种流体动力现象，它的基本特性，如脱流区的旋转速度、脱流的起始点、消失点等，都有它自己的规律，不受风机管路系统的容量和形状的影响。

喘振是风机性能与管路系统耦合后振荡特性的一种表现形式，它的振幅、频率等基本特性受风机管路系统容量的支配，其流量、全压和轴功率的波动是由不稳定工况区造成的。

试验研究表明：

喘振现象总是与叶道内气流的旋转脱流密切相关，而冲角的增大也与流量的减小有关。

所以，在出现喘振的不稳定工况区内必定会出现旋转脱流。

我国《火力发电厂设计技术规程》规定：

锅炉引风机的风量裕量不低于10%，全压裕量不低于20%。

3、我公司二期一次风机运行的现状

我公司二期机组自投运以来，多次发生一次风机故障，典型事故曲线如下：

（1）2013年6月19日18时50分至23时30分，4B一次风机在事故后恢复过程中的典型曲线见图8。

图84B一次风机在事故后恢复过程中的典型曲线

（2）2013年11月22日21时54分，3A一次风机在大修机组一次风机整体返厂启动运行后。

3A一次风机风量回零，运行反复调整约1小时后，3A一次风机液压缸损坏。

事故分析曲线见图9.

图9

（3）2014年2月20日22时16分，3B一次风机电机开关正序过流保护动作，过负荷报警动作；一次风机电机电流到达260A跳闸、3号机组RB保护动作正常，液压缸损坏。

事故分析曲线见图10。

图10

（4）2014年7月21日7时36分至46分的10分钟内，4B一次风机风量回零；失速报警未发。

2014年7月22日1时42分至56分的14分钟内，4B一次风机风量回零，失速报警信号4A发，调整后正常；两次一次风机失速液压缸未损坏。

事故分析曲线见图11.

图11

从上述曲线上看，风机均已发生失速现象，而失速报警未发。

失速报警未发原因分析如下：

我公司二期一次风机实际测量校核的喘振报警（BPAFSURGE）的定值自建厂以来一直为2800Pa。

较厂家说明书的推荐值2000Pa偏大约800Pa，较定值偏高40%。

建议今后停机检修工作需要进行该保护值的修订。

修订过程中反复试验，检查确认重复10次以上，方可确认整定工作结束。

对于失速报警装置，其测量原理及安装检修要求如下：

（1）失速的测量：

用一弯管即所谓皮托管监测叶轮前的全压来判断风机是否进入失遗，皮托管布置在叶轮的前方，皮托管的测量孔口对着叶轮旋转方向。

在正常情况下此皮托管所测到的压力为负压，当风机进入失遗区工作时压力变为正值。

此皮托管与喘振报警差压开关连接，并进行标定。

皮托管发送脉冲压力是判断风机进入失遗的依据。

测量装置结构见图12。

（2）喘振报警装置差压（真空）开关原理与作用：

风机叶片开启正常运行时，叶轮进口的静压一般为负压，当管网阻力曲线和风机特性曲线交点（运行点）位于喘振区域时，气流就会来回脉动，气压也就随之脉动，机组振动加剧，声音异常，危及机组的运行安全。

因此，用一个差压开关来监测风机进口的压力就能达到监测风机是否处于喘振状态的目的。

当风机运行于喘振区域内时，差压开关内的接点即转换，当该接点接至声光报警系统时，即会发出声光报警信号。

这时，运行人员应及时检查，排除故障。

若喘振持续15秒未消除，则应紧急停机，以确保机组的安全。

将风机动叶片角度调至-30，然后将风机开启，用一根U形管与风机机壳上的毕托管相连，测出这一工况的压力值（此值一般为负值，有时也可能为较小的正值），然后将该值加上2000Pa，相加后的值即为差压开关的动作值（如测出的压力值为正值，则取2000Pa为差压开关的动作值）。

校对差压开关动作值，重复动作10次以上，方可认为整定结束。

图12喘振报警测量装置结构图

4、风机故障原因分析

4.1、设计原因

设计不当，动态特性不良，运行时发生强迫振动或自激振动。

结构不合理，应力集中。

设计工作转速接近或落入临界转速区。

热膨胀量计算不准，导致热态对中不良。

我公司二期一次风机为上海鼓风机厂有限公司生产；为上鼓厂从德国透平通风技术有限公司（TLT）引进制造产品。

上世纪八十年代初引进后批量生产，至今已经有三十多年产品历史。

为成熟技术的成熟产品。

可以说成熟设计的成熟产品，不存在设计问题。

4.2、制造原因

零部件加工制造不良，精度不够。

零件材质不良，强度不够，制造缺陷。

转子动平衡不符合技术要求。

上海鼓风机厂专业厂家、专业人员长期生产、专业检测设备检查，检查合格的出厂产品，一般也不存在制造方面的原因。

4.3、安装原因

机械安装不当，零部件错位，预负荷大。

轴系对中不良。

机器几何参数（如配合间隙、过盈量及相对位置）调整不当。

管道应力大，机器在工作状态下改变了动态特性和安装精度。

转子长期放置不当，改变了动平衡精度。

未按规程检修，破坏了机器原有的配合性质和精度。

韩二电公司电建期间设备安装由专业电建公司安装，设备运行六、七年内未发生能够说明原始安装原因产生的设备故障现象。

4.4、操作运行不当

工艺参数（如介质的温度、压力、流量、负荷等）偏离设计值，机器运行工况不正常；机器在超转速、超负荷下运行，改变了机器的工作特性。

运行点接近或落入临界转速区。

润滑或者冷却不良。

转子局部损坏或结垢。

启停机或升降速过程操作不当，暖机不够，热膨胀不均匀或在临界区停留时间过久。

4.5、设备劣化

长期运行，转子挠度增大或动平衡劣化。

转子局部损坏、脱落或产生裂纹。

零部件磨损、点蚀或腐蚀等。

配合面受力劣化，产生过盈不足或松动等，破坏了配合性质和精度。

机器基础沉降不均匀，机器壳体变形。

轴承（轴瓦）磨损、滑块磨损、密封老化渗漏、油质劣化等。

此种问题是一次风机常发现象，一般采取转子系统整体检修，现场轴系找正的方法。

转子系统厂家推荐安全使用时间为1.2万小时至1.6万小时，现场使用、检修的周期测量数值累计得出设备安全运行的周期约为1万小时，约合2年的有效期安全使用。

结合机组大小修转子系统返厂检修，解决密封件老化、转动摩擦部件的磨损问题，保证设备长周期安全运行。

5一次风机检修的重点

5.1一次风机检修工艺要求

一次风机转子系统由于检修工艺要求高、需要的备件多、工艺复杂、检修后进行试验台项目。

推荐由专业厂家人员进行。

（1）电机安装找正，必须先预留出电机对轮间隙约30mm间隙，连接好油系统、热工测点确认无误后方可进行电机空转，测量确认电机磁力中心线。

弹性膜片自由状态进行对中找正。

（2）液压缸找正，要求5道以内，轴系中心找正6道以内。

（3）一次风机液压缸连接好后，检查化验液压油合格，进行48小时系统严密性试验无渗漏。

（4）液压缸找正完成，必须确认全部螺栓固定力矩复查合格，再次找正的数据为准。

（5）叶片角度调整定位。

先在中间位置，确认连接方向正确后，先定全关位，检查机械指示、电动执行器、原始轮毂刻度记号复核后；定全开位，紧固液压缸锁紧螺母，走量程合格。

5.2检修的最终质量标准

（1）关注检修后设备分步试运结果良好。

液压、润滑油站的试运行12小时无异音、无渗漏。

（2）叶片动叶开度灵活、无卡涩、停顿现象。

进行48小时系统严密性试验无渗漏。

（3）风机试运整体运行平稳、无异常音响；轴承箱振动、温升合格。

风机无漏风。

液压油系统压力保持在2.5MPa运行无渗漏；叶片开关灵活，两台风机并列运行叶片角度偏差不超过±2°，风机运行电流偏差不超过5A。

（4）风机振动2.8mm/s以下为优良，4.6mm/s以内为合格。

轴承箱温度低于65℃为优良，75℃以下为合格。

电机润滑油压力供油压力不低于0.22MPa,电机轴瓦温度低于75℃。

6一次风机故障处理措施

（1）主轴承温度＞80℃

当主轴承温度高于80℃时，应判断轴承温度上升趋势是否＞5℃/分；油箱油位是否正常；油管道是否有漏泄；润滑油是否正常。

冷油器是否投运；来回油管道油温测温对比；检查运行中轴承声音是否正常。

检查油是否变质或含有金属粉末。

若主轴承温度＞90℃，必须故障停车。

若主轴承温度＞80℃且振动＞6.3mm/s，必须故障停车。

（2）振动大

检查流量和电机功率是否不正常减小；叶片角度是否变化移动；机壳处能否监听到摩擦声。

风机不平衡位置是否发生变化；叶轮紧固件脱落、叶轮松动；联轴器找正是否正确；主轴承间隙是否正确；地脚螺栓和中分面螺栓是否紧固。

就地对比测量振动、检查测量元件是否正常；检查流量和功耗是否正常；是否存在喘振现象。

喘振信号发或振动＞10mm/s，必须故障停车。

（3）风机不能调节

检查风机运行时按照指令叶片是否能转动；油压是否正常；油过滤器的压力损耗是否正常。

调节时油缸是否漏油、回油是否正常；调节时液压控制头的油压是否正常；检查调节杆加紧连接和电动执行器连接是否正常。

电动执行器是否正常工作；叶片叶柄轴承是否摩擦力过大。

无论上述原因是否判断清楚，必须故障停车检查。

（4）风机报警、跳闸参数存在：

检查风机报警参数、正确判明来源及后续预控措施；否则风机不能转动。

主轴承温度≥80℃、振动＞6.3mm/s、滤网差压＞0.05MPa、备用泵启动＜0.8MPa、润滑油箱油位＜75%、电机轴瓦温度≥75℃、电机定子温度≥110℃、润滑油量＜3L/min、喘振信号发等任何一种情况发生，启动风机报警程序；及时判断故障来源、做好故障停车的准备。

主轴承温度＞90℃、振动＞10mm/s、电机轴瓦温度≥85℃、电机定子温度＞115℃、主电动机断路、喘振信号发15s。

无论上述原因是否判断清楚，必须故障停车检查。

7结论及建议

（1）因为轴流风机具有驼峰形驼峰曲线的特点，理论上决定了风机存在不稳定区，当工作在不稳定区域时可能引发风机失速或喘振的现象。

因此轴流风机在运行中易发生风机失速或喘振。

（2）鉴于失速保护报警的重要性，建议今后停机检修工作需要进行该保护值的修订。

修订过程中反复试验，检查确认重复10次以上，方可确认整定工作结束。

（3）由于轴流一次风机的安全使用期约1万小时左右，建议结合机组大小修时，对转子系统返厂检修，解决密封件老化、转动摩擦部件的磨损问题，保证设备长周期安全运行。

（4）一次风机转子系统由于检修工艺要求高、需要的备件多、工艺复杂、检修后进行试验台项目。

建议其转子系统检修由专业厂家人员进行。

（5）运行人员应加强对运行风机参数的监视及运行调整，积极分析参数变化，以利于及时发现问题予以快速处理问题，避免问题的扩大。