汽动引风机叶片断裂故障分析与处理

陈 雷

武钢有限公司检修中心 湖北 武汉 430080

引言

目前国内部分大容量火电机组选择汽轮机驱动引风机的方案,有许多优点。提高了热能的利用效率,可以减少引风机启动时电流过大对厂用电的冲击,降低厂用电率,提高了经济性。汽动引风机正常运行时,保持静叶恒定,通过调节引风机转速控制炉膛负压,使风机在不同负荷下保持高效率。但引风机采用转速调节,容易产生轴承振动大等故障,影响机组安全性。

1 引风机运行过程中常见故障

引风机是锅炉机械通风的主要设备,它的入口通过管路与除尘器相连接,出口与烟道及烟筒相连接。引风机的作用是当燃料在锅炉内燃烧时产生大量的烟气,这些烟气如不及时排除,锅炉就无法连续正常工作,引风机就是通过做功,克服烟道及尾部受热面的阻力,把炉膛中烟气抽出,并通过烟筒送往大气,从而使炉膛及烟道保持一定负压,保证锅炉连续正常运行。引风机运行过程中常见故障如下。(1)引风机入口流量不均匀,使叶轮不平衡而引起风机振动。(2)流量过小,如风机刚启动未开挡板或挡板开度过小,会产生压力波动和流量波动,使风机振动。(3)使用除尘器除尘效率低,烟气带水,造成引风机叶片积灰,使动平衡失调,这是引风机在运行中发生机械振动的比较常见的主要原因。(4)引风机长时间运行叶片磨损,引起动平衡造成振动。(5)轴承故障或损坏。(6)风机找正不好,电机、风机轴不同心。(7)风机基础刚性不够,地脚螺栓松动。(8)原叶轮安装不良、磨损、积灰。(9)机座刚度不够。(10)叶片碰撞机壳。(11)风机超负荷运行。

2 原因分析

引风机是锅炉机械通风的主要设备,它的入口通过管路与除尘器相连接,出口与烟道及烟筒相连接。引风机的作用是当燃料在锅炉内燃烧时产生大量的烟气,这些烟气如不及时排除,锅炉就无法连续正常工作,引风机就是通过做功,克服烟道及尾部受热面的阻力,把炉膛中烟气抽出,并通过烟筒送往大气,从而使炉膛及烟道保持一定负压,保证锅炉连续正常运行。引风机运行过程中常见故障如下。

2.1 风机喘振或失速引起叶轮破坏轴流式 风机运行中由于调节不当,叶轮进入到不稳定工况区运行,可能出现喘振或失速现象。此时叶轮经过失速区将会受到一次激振力的作用,可使叶片产生共振,叶片的动应力增加,致使叶片断裂。风机喘振或失速主要表现为风量、出口风压出现大幅度波动,剧裂振动和异常噪声。查看3B引风机叶轮断裂前的运行状态,风机风量、出口风压未出现大幅度波动,叶片发生断裂后才出现轴系振动激增,故可以排除风机叶片断裂系喘振或失速导致。

2.2 叶轮受到持续的交变应力引起疲劳损坏 由于风机利用汽轮机进气量变化来改变转速,实现变速调节,在机组负荷上升或下降时,风机转速为适应负荷调整需要而发生改变,在负荷稳定时,风机转速也会出现持续波动现象。这种风机转速的波动,使叶片受力不断改变,加速和减速时会受到方向相反的力,这个力叫做交变应力,持续不断的交变应力,会使叶片造成疲劳损坏。而叶片的进风口根部所受的交变应力最大,叶片根部会最先产生疲劳源。通过大量DCS数据查看,印证了风机转速和叶轮进出口压力频繁波动现象。数据查看也发现,若仅因为负荷变动而调整风机转速时,转速的波动频率比较小。

2.3 转速频率与叶轮固有频率造成共振引起破坏叶轮 风机叶片本身具有一定的固有振动频率,引起共振的条件是当外力的脉冲频率和物体的固有振动频率相重合或成倍数时。当风机的叶片产生共振时,它的后果是叶片由于金属疲劳而断裂。通过现场搜集的大量DCS数据来看,风机振动较小,但是某转速区段风机振动值有一定幅度的波动,应该是调速时冲击引起的。根据制造厂提供的技术数据,风机叶片的静止状态下固有频率为144 Hz,动态下固有频率为147 Hz,风机的第一临界转速为1290r/min,据此推断,在0～990r/min的转速范围内,理论计算上叶片是可靠的,但由于实际安装情况变化,风机的频率会发生变化,故不能排除叶片共振产生的可能性。

3 防范措施

3.1 加强设备采购及验收管理 在设备采购制造时,工厂要派专人进行现场监造,监督设备制造加工过程,掌握设备制造加工环节和设备主要加工参数。在采购设备时,要对选用设备的市场应用业绩和行业评价进行调研,择优选取。设备到货后,组织相关专业人员对设备材料、工艺、质量、性能等进行全面验收。

3.2 加强设备和工艺管理 开展对送、引、排等停用设备转动部件的大检查,及时发现和消除缺陷,避免启动时发生同类问题。完善送、引、排等设备检修维护规程,缩短设备检查周期。每次停炉,严格按检修规程要求对设备各部分进行全面检查。加强工艺和设备变更管理,充分考虑各方面因素,及时与设备厂家进行交换意见,审批变更,对会议纪要等相关文件严格进行存档。

3.3 加强仪表联锁管理 对风机联锁问题,进行专题讨论,研究制定可行方案,有效的发挥联锁作用。排查全厂仪表联锁,严格遵照公司规定,完善相关制度和相关手续。加强仪表专业人员的培训和管理,使之掌握全厂仪表联锁运行状态,联锁巡检查出问题严格考核。逐渐完善操作站联锁投用和解除按钮显示,为运行人员能够巡检全部联锁提供条件。完善DCS软件管理系统,使仪表联锁投、切,有据可查。

3.4 运行控制优化 当引风机在转速共振区间运行时,引风机振动会突然增大,因此需要在运行中加强干预,避免风机长时间在共振转速区运行。机组变负荷时,根据风量大小,接近共振转速区间应快速通过,不应长时间运行。若机组正常运行时,转速接近共振转速区间时,通过设置送风量偏置,提高引风机小机转速,避开转速共振区间。运行中引风机振动超过4 mm/s时,运行人员人为进行干预,手动调节引风机静叶开度,避开共振转速区间。

结语

针对汽动引风机振动进行简单分析,高负荷下,引风机转速高,接近叶片共振转速,产生共振。长期运行,引风机叶片及轴系在交变应力作用下,可能发生部件松动、叶片产生裂纹等故障,导致振动更加明显,威胁设备安全运行。根据分析结果,运行时注意调整,加强技术改造,控制烟道阻力,使引风机转速尽量避开共振区间,确保机组安全运行。