通過闡述軸流風(fēng)機(jī)失速和喘振的機(jī)理，分析實(shí)際生產(chǎn)中軸流風(fēng)機(jī)失速和喘振的發(fā)生原因，并對(duì)600MW機(jī)組雙級(jí)軸流一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行中葉片漂移的原因進(jìn)行討論，提出在檢修工作中應(yīng)注意的問題及其解決措施。
風(fēng)機(jī)是火力發(fā)電廠中的關(guān)鍵輔機(jī)，軸流風(fēng)機(jī)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(tǒng)，一臺(tái)鍋爐配備六臺(tái)HP983型中速磨煤機(jī)，五臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行可帶鍋爐MCR負(fù)荷，一臺(tái)備用。燃燒器四角布置，切向燃燒，每臺(tái)磨煤機(jī)有四根煤粉管連接至爐膛同一層煤粉噴嘴。
鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)配備兩臺(tái)上海鼓風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的單級(jí)動(dòng)葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)，型號(hào)為SAF-35.5-21.1-1；配有兩臺(tái)四平鼓風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的單級(jí)動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)作為送風(fēng)機(jī)，型號(hào)為FAF-27.5-12.5-1；配有兩臺(tái)四平鼓風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的雙級(jí)動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)作為一次風(fēng)機(jī)，型號(hào)為PAF19-11.8-2。
有一天，4號(hào)機(jī)組一次風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中氣流發(fā)出突突異常響聲，檢查發(fā)現(xiàn)一次風(fēng)機(jī)二級(jí)葉片角度發(fā)生漂移，運(yùn)行過程中動(dòng)葉角度不一致，造成氣流紊亂發(fā)出異常響聲。本文針對(duì)一次風(fēng)機(jī)出現(xiàn)的問題進(jìn)行原因分析并提出相應(yīng)的解決措施。
失速、喘振的成因機(jī)理分析
1）風(fēng)機(jī)失速
軸流風(fēng)機(jī)動(dòng)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(dòng)葉沖角的大小，在臨界沖角值以內(nèi)，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(shù)值。
翼型的沖角不超過臨界值，氣流沿葉片凸面平面平穩(wěn)的流過，但葉片的沖角超過壓降，氣流會(huì)離開葉片的凸面，發(fā)生過界層分離現(xiàn)象，產(chǎn)生大區(qū)域的渦流，此時(shí)風(fēng)機(jī)的全壓下降，這種情況稱為風(fēng)機(jī)的“失速”。
由于軸流風(fēng)機(jī)葉片存在一定的加工誤差，安裝動(dòng)葉片時(shí)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(dāng)氣流的沖角達(dá)到臨界值時(shí)，可能在某個(gè)或某些葉片上發(fā)生失速產(chǎn)生脫流。如圖1所示。
若在葉柵中的流道3首先發(fā)生失速，產(chǎn)生脫流。脫流形成的漩渦區(qū)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(fā)生脫流，導(dǎo)致流道4阻塞，如此反復(fù)，葉道中的脫流由3、4、5逐漸傳播。
軸流風(fēng)機(jī)的環(huán)形葉柵上，失速的數(shù)目少則1個(gè)，多則十多個(gè)。旋轉(zhuǎn)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(dòng)頻率時(shí)，它將使葉片發(fā)生共振，共振時(shí)的交變應(yīng)力有可能到達(dá)使葉片折斷的程度。
2）風(fēng)機(jī)的喘振
根據(jù)軸流風(fēng)機(jī)的特性,通過試驗(yàn)方法測(cè)得數(shù)據(jù)繪制的風(fēng)機(jī)性能曲線如圖2所示，圖中軸流風(fēng)機(jī)的性能曲線Q-H是呈駝峰形狀，對(duì)應(yīng)高的效率的Q-H曲線上工況點(diǎn)A是好的工作點(diǎn)，它是由風(fēng)機(jī)和管路共同決定的。
具有駝峰曲線的軸流風(fēng)機(jī)存在不穩(wěn)定的工作區(qū)，當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行到不穩(wěn)定工作區(qū)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)風(fēng)機(jī)失速，進(jìn)而出現(xiàn)風(fēng)機(jī)喘振。如處理不好導(dǎo)致軸流風(fēng)機(jī)退出運(yùn)行，嚴(yán)重出現(xiàn)風(fēng)機(jī)損壞的事故。
風(fēng)機(jī)若用節(jié)流調(diào)節(jié)方法減少風(fēng)機(jī)風(fēng)量，如風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)在B點(diǎn)右側(cè)，則風(fēng)機(jī)運(yùn)行是穩(wěn)定的。當(dāng)風(fēng)機(jī)的流量Q<QB時(shí)，這時(shí)風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生的大壓力將隨之下降，并小于管路中的壓力，因風(fēng)道的容量較大，這一瞬間風(fēng)道中的壓力仍為HB，因風(fēng)道中的壓力大于風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生的壓頭使氣流開始反方向倒流，由風(fēng)道倒入風(fēng)機(jī)中，工作點(diǎn)由B迅速移至D點(diǎn)。
但是氣流倒流使風(fēng)道系統(tǒng)的風(fēng)量減小，因而風(fēng)道中的壓力迅速下降，工作點(diǎn)沿DC線迅速下降至流量Q=0時(shí)的C點(diǎn)，此時(shí)風(fēng)機(jī)流量為零，由于風(fēng)機(jī)在繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，所以當(dāng)風(fēng)道中的壓力降低相應(yīng)的C點(diǎn)時(shí)，風(fēng)機(jī)又開始輸出流量。
為了與風(fēng)道中的壓力相平衡，工況點(diǎn)又從C點(diǎn)跳至相應(yīng)的工況點(diǎn)F，只要外界所需的流量保持小于QB，上述過程又重復(fù)出現(xiàn)。如果風(fēng)機(jī)在工作狀態(tài)按FBDCF周而復(fù)始地進(jìn)行，這種循環(huán)的頻率如與風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的振蕩頻率合拍時(shí)，就會(huì)引起共振，風(fēng)機(jī)發(fā)生喘振。
風(fēng)機(jī)在喘振工作區(qū)工作時(shí)，流量急劇波動(dòng)，產(chǎn)生氣流的撞擊，使風(fēng)機(jī)發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，噪聲加大，而且風(fēng)壓不斷波動(dòng)，風(fēng)機(jī)的容量與壓頭越大，則喘振時(shí)的危害性也越大。
風(fēng)機(jī)產(chǎn)生喘振應(yīng)該具備的條件：
風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)位于具有駝峰形Q－H性能曲線的不穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)；
風(fēng)道系統(tǒng)具有足夠大的容積，它與風(fēng)機(jī)組成一個(gè)彈性的空氣動(dòng)力系統(tǒng)；
整個(gè)循環(huán)的頻率與系統(tǒng)氣流振蕩頻率合拍，產(chǎn)生共振。
風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中失速、喘振發(fā)生的原因
由于風(fēng)機(jī)處于復(fù)雜的風(fēng)煙系統(tǒng)中，制粉系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)與之相連，鍋爐的許多操作都會(huì)對(duì)風(fēng)機(jī)造成影響。特別是在配備在中速磨的直吹式制粉系統(tǒng)中運(yùn)行，出現(xiàn)喘振的幾率更大。風(fēng)煙系統(tǒng)的內(nèi)外因素都會(huì)誘發(fā)風(fēng)機(jī)的失速、喘振。
1）外部因素
（1）運(yùn)行人員操作不當(dāng)。根據(jù)風(fēng)機(jī)特性曲線可以看出，當(dāng)風(fēng)機(jī)高壓力、低流量運(yùn)行時(shí)，其管道阻力特性曲線變陡，風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)上移，并逐漸進(jìn)入駝峰區(qū)域，此時(shí)風(fēng)機(jī)運(yùn)行的不穩(wěn)定性增加，當(dāng)工作點(diǎn)到達(dá)B點(diǎn)左邊區(qū)域，風(fēng)機(jī)進(jìn)入不穩(wěn)定工作區(qū)，從而發(fā)生喘振。
（2）直吹式制粉系統(tǒng)中速磨切換或跳閘引起一次風(fēng)機(jī)喘振。為保證制粉的安全運(yùn)行，防止?fàn)t膛滅火對(duì)制粉系統(tǒng)的影響，直吹式中速磨制粉系統(tǒng)出口門具有快關(guān)的功能，設(shè)置氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，當(dāng)一臺(tái)或多臺(tái)磨煤機(jī)跳閘或鍋爐輔機(jī)觸發(fā)RB動(dòng)作時(shí)，其出口門迅速關(guān)閉，磨煤機(jī)的通風(fēng)量90～120t/h迅速降至0；一次風(fēng)流量的急速變化引起風(fēng)道和風(fēng)機(jī)出口的壓力迅速上升，在自動(dòng)狀態(tài)下單臺(tái)一次風(fēng)機(jī)進(jìn)入不穩(wěn)定工作區(qū)，從而誘發(fā)風(fēng)機(jī)喘振。
2） 內(nèi)部因素
（1）系統(tǒng)管道設(shè)計(jì)阻力過大。部分機(jī)組在設(shè)計(jì)中風(fēng)煙系統(tǒng)管路阻力較大，鍋爐密封不嚴(yán)，會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)在高負(fù)荷區(qū)域運(yùn)行時(shí)，風(fēng)煙管路阻力特性改變，風(fēng)機(jī)運(yùn)行的工作點(diǎn)偏移，從而出現(xiàn)風(fēng)機(jī)喘振。
（2）風(fēng)煙系統(tǒng)管路在運(yùn)行過程中阻力加大。如空氣預(yù)熱器蓄熱元件堵塞，空氣預(yù)熱器漏風(fēng)系數(shù)增加，造成一次風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)出力增加，風(fēng)機(jī)進(jìn)入不穩(wěn)定工作區(qū)，發(fā)生喘振。
（3）風(fēng)機(jī)入口阻力過大。風(fēng)機(jī)由于設(shè)計(jì)原因或異物堵塞入風(fēng)口，入口阻力急劇升高，流量降低，風(fēng)機(jī)進(jìn)入不穩(wěn)定工作區(qū)，容易發(fā)生喘振。
（4）風(fēng)機(jī)動(dòng)葉角度不一致或風(fēng)機(jī)葉片線形發(fā)生改變。風(fēng)機(jī)動(dòng)葉安裝角度不一致或風(fēng)機(jī)葉片線性不一致（如風(fēng)機(jī)葉片結(jié)垢），氣流流過葉片沖角發(fā)生改變，造成風(fēng)機(jī)失速。
一次風(fēng)機(jī)出現(xiàn)葉片漂移的主要原因分析
1）風(fēng)機(jī)失速
葉片較長(zhǎng)的軸流風(fēng)機(jī)，旋轉(zhuǎn)脫流一般發(fā)生在葉片的頂部，葉片較短的軸流風(fēng)機(jī)，旋轉(zhuǎn)脫流很快擴(kuò)展到整個(gè)葉片高度。旋轉(zhuǎn)失速會(huì)產(chǎn)生激振力，破壞風(fēng)機(jī)葉片角度的一致性，擴(kuò)大風(fēng)機(jī)不穩(wěn)定工況區(qū)的范圍，加大風(fēng)機(jī)喘振的可能。
2）風(fēng)機(jī)葉片在運(yùn)行過程的卡滯
軸流風(fēng)機(jī)動(dòng)葉調(diào)節(jié)是通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)滑閥改變液壓缸兩側(cè)油壓55實(shí)現(xiàn)的。在軸流風(fēng)機(jī)的運(yùn)行中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)部分動(dòng)葉調(diào)節(jié)困難或完全不能調(diào)節(jié)的現(xiàn)象。檢修實(shí)際中主要有兩種情況，一種情況是在風(fēng)機(jī)動(dòng)葉片和輪轂之間有一定的空隙以實(shí)現(xiàn)動(dòng)葉角度的調(diào)節(jié)，但不完全燃燒造成碳垢或灰塵堵塞空隙造成動(dòng)葉調(diào)節(jié)困難。
動(dòng)葉卡澀的現(xiàn)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(fēng)機(jī)比較普遍。另外一種情況是風(fēng)機(jī)檢修停運(yùn)時(shí)間較長(zhǎng)，空氣潮濕的環(huán)境中葉柄軸座發(fā)生銹蝕，也會(huì)出現(xiàn)風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中葉片調(diào)節(jié)困難，部分葉片因卡滯出現(xiàn)角度不一致，葉片角度漂移，多發(fā)生在送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)。
3）葉片滑塊的磨損
軸流風(fēng)機(jī)葉片的安裝角是通過調(diào)節(jié)桿和滑塊進(jìn)行調(diào)節(jié)，并使其保持在一定的位置上。在風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中部分滑塊會(huì)發(fā)生摩擦逐漸磨損，調(diào)節(jié)桿在調(diào)節(jié)盤內(nèi)有較大的活動(dòng)空間，部分葉片在運(yùn)行過程中角度也會(huì)發(fā)生改變。
葉片漂移的解決措施
1）減少風(fēng)機(jī)失速情況的出現(xiàn)?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行調(diào)節(jié)盡量維持較低風(fēng)壓運(yùn)行，避開風(fēng)機(jī)不穩(wěn)定點(diǎn)工作區(qū)，避免出現(xiàn)誘發(fā)風(fēng)機(jī)喘振的客觀條件；對(duì)經(jīng)常發(fā)生失速的風(fēng)機(jī)應(yīng)考慮對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造，如直角彎頭管路改為圓弧角，四平鼓風(fēng)機(jī)入口加裝導(dǎo)流板等措施。
2）風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)磨損的滑塊，保證同級(jí)葉片安裝角度一致，兩級(jí)葉片的角度按照說明書進(jìn)行調(diào)整；并列運(yùn)行的兩臺(tái)風(fēng)機(jī)葉片角度調(diào)整一致。動(dòng)葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作范圍與風(fēng)機(jī)動(dòng)葉的可調(diào)范圍建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，消除風(fēng)機(jī)失速的誘因。
4）風(fēng)機(jī)檢修中每次應(yīng)對(duì)風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)桿鎖緊螺母的緊固按照說明書進(jìn)行力矩檢查，防止螺母松動(dòng)導(dǎo)致的葉片角度漂移；鎖緊螺母使用次數(shù)嚴(yán)格按照風(fēng)機(jī)說明書的要求進(jìn)行。
5）風(fēng)機(jī)檢修過程對(duì)葉片軸座部位進(jìn)行檢查、檢修，大小修期間更換葉柄軸座處的密封，對(duì)葉柄座處進(jìn)行防銹處理，保持靜止?fàn)顟B(tài)下葉片調(diào)節(jié)靈活。適時(shí)調(diào)整動(dòng)葉開度，防止葉片長(zhǎng)時(shí)間在一個(gè)開度造成結(jié)垢或銹蝕，風(fēng)機(jī)停運(yùn)后動(dòng)葉應(yīng)間斷地活動(dòng)。
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四平市萬通鼓風(fēng)機(jī)制造有限公司(原萬通鼓風(fēng)機(jī)制造廠)簡(jiǎn)稱“四平鼓風(fēng)機(jī)廠”，是風(fēng)機(jī)行業(yè)的骨干企業(yè)，專業(yè)生產(chǎn)各類通風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)。四平鼓風(fēng)機(jī)廠是以高溫風(fēng)機(jī)和大型離心通風(fēng)機(jī)為主產(chǎn)品的風(fēng)機(jī)制造專業(yè)公司。四平鼓風(fēng)機(jī)廠主要產(chǎn)品有：工業(yè)爐用高溫風(fēng)機(jī)；水泥窯用高溫風(fēng)機(jī)；冶金行業(yè)用燒結(jié)風(fēng)機(jī)；大型除塵風(fēng)機(jī)；化工用防腐風(fēng)機(jī)；電廠用循環(huán)硫化床風(fēng)機(jī)；煤粉風(fēng)機(jī)；水泥廠用冷機(jī)風(fēng)機(jī)、斜槽風(fēng)機(jī)、氣固兩相流風(fēng)機(jī)；一般鍋爐用鼓引風(fēng)機(jī)及其他通用風(fēng)機(jī)和各種用途的高溫風(fēng)機(jī)等。
