淺析火電廠一次風機出口風道的振動故障及處理

龍 航

（中國能建湖南省火電建設公司，湖南 長沙 410015）

某火力發電廠，設計為兩臺350WM自然循環亞臨界燃煤鍋爐機組，采取正壓直吹式制粉系統，每臺鍋爐配備兩臺一次風機和五臺中速輥式磨煤機。一次風機的入口通過消音器和進口風道連接大氣，出口直接與三分倉回轉式空氣預熱器相連，采用暖風器預熱，未設置熱風再循環管道。

一次風道的主要設計：兩側風道在連接空預器彎頭處各引出一根管道分別通往密封風機經增壓后作為機組密封風，另一路在爐前冷風道聯絡管匯集后，通往磨煤機入口熱一次風管，作為調溫風。一次風機出口通過一個矩形偏心大小頭變徑為2000×3000mm水平直管段，距離風機出口約7.5m先后布置暖風器，電動擋板門。水平管段通過一個90°矩形彎頭連接一個矩形大小頭變徑為4722×3696mm直管段連接空預器冷一次風道接口。風道選用4mm鋼板，材質為Q235A，現場制作組合。風道水平管段采用固定支架與滑動支架間隔的支架形式。

風機的設計：一次風機為單吸入雙支撐離心式風機，型號RJ48-SW2370F。風機入口介質溫度為20℃，入口介質密度為1.03kg/m3，風機轉速為1486r/min，全壓為17358Pa，流量為281721m3/s。后彎式葉輪進行風機導葉調節，葉片為十片彎曲板式圓弧形。

一、一次風機出口風道振動情況簡介

自從該火電廠的鍋爐投入使用以來，每次運行一次風機的時候，出口風道的位置都會發生劇烈的低頻振動，同時，在風道周圍還伴有低沉的轟鳴聲，最大聲壓在距離風道1m處，達到了117dB。經檢查風機入口段及風機本體的運行狀況正常。風道振動除了會產生危害人體健康的工業噪聲，同時也會帶來長期巨大的交變應力給冷風道鋼板，使其金屬產生疲勞，從而引起風道焊接開裂，出現漏風現象。對此，火電廠曾經多次被迫進行降負荷補焊裂縫，對鍋爐的正常運行造成了很大的影響。

在運行過程中，如果風機入口擋板為76%的開度，風機出口的前半段振動值振幅較大。尤其是在大小頭的位置，經過測量發現，振幅超過0.2mm的有58個點，超過0.3mm的有48個點，超過0.5mm的有33個點，超過1mm的有15個點。具體情況如圖3和圖4所示。

二、風道振動故障的原因分析

在大多數情況下，風道振動故障主要是由于風道中氣流脈動的頻率與風道固有的頻率相同和接近，從而產生共鳴，引起振動。如果振動的原因并不是由于機械不平衡的原因產生的，就可以對氣流脈動的根源問題進行查找和研究，利用相應手段，對脈動進行消除，會對頻率進行改變，防止二者再發生共振現象，從而消除振動故障。不過，從實際情況上來看，一次風機和入口風道的運行狀態正常，振動十分輕微。而在風機出口擋板的軟連接后面，是主要的振動區域。從擴壓斷入口向后，振動越來越大，如果增加風機的符合，振動也會增大。由于火電廠廠房的限制，風道的結構中存在很多距離較近的死角和彎頭，很容易形成渦流。因此，對Gambit三維建模進行利用，通過Fluent軟件對一次風道內部氣體的流場進行了模擬計算和分析。經過分析，風道振動故障的出現原因主要有以下幾個方面：

（一）風道結構存在問題

在火電廠當初進行建設規劃的時候，由于空間和場地的因素考慮過多，使得出口位置的風箱過于緊湊的進行了布置，造成了通流面變化較多，旋轉強度較高、風道彎頭較多。這樣，十分明顯的影響了風道流體特性，因而引發了風道振動的故障情況。

（二）風道中障礙物產生渦街而引起的氣流脈動

在風道內部，中心連接部分的十字支撐是一塊面積較大的鋼板，低壓區在其背面形成，因而卡門渦街這種不對稱的脫體渦流就會在其邊緣產生，進而造成了氣流脈動。通過對風道進行數值模擬圖像，能夠清晰的認識到這一點。

（三）彎頭引起的二次流和渦流

當氣流流經風道內的彎管時，管道外側的氣流流速較低、壓力較高，而管道內側的氣流流速較高、壓力較低，因此氣流形成的二次流為雙螺旋流動的形式，從而在彎頭的前部和后部形成局部的渦流區，造成風道的振動。

（四）管道擴張引起的渦流擾動

如果風道中存在著擴張角較大的位置，當氣流流經的時候，會形成旋窩在管道壁面的位置，其具體的原理與流體在凸形表面流過時產生分離現象的過程相類似。而這種情況，也是造成風道振動故障的主要原因之一。

（五）模擬分析

利用Gambit軟件進行三維建模，通過Fluent軟件模擬和計算一次風道內部的氣體流場。通過計算第一個水平矩形段和大小頭段所得出的結果，可以看出，在風道內部，存在著較為嚴重的氣流速度分布不均勻的現象。同時，會形成強渦流中心區在支撐桿的扁鋼外邊緣位置，這樣，將會極大的減小氣體的有效通流面積，形成漩渦區在靠近風道的避免位置，從而造成風道振動情況。當氣流在彎管中流過的時候，由于外側氣流流速較低、壓力較高，內側氣流流速較高、壓力較低，風道當中存在著嚴重的氣流分布不均勻現象，局部存在著強渦流區。這種情況也是引發風道振動的主要原因之一。

三、風道振動故障的處理方案

（一）在彎頭處加裝導流板

在彎頭的適當位置，可以加裝導流板。這樣，不但能夠起到良好的導流作用，促使整個流場變得穩定、均勻，還能夠對風道荷重進行增加，使風道的固有頻率發生改變。導流板的安裝，可以在風道中進行數個流道的分隔，在各個流道當中，可以對氣體流動的均勻性進行保證，使流道內產生的渦流減少。同時，導流板的加裝還能夠有效的減少流道截面的變化量，降低相應的壓力脈動量，能夠很好的解決風道振動的情況。由于矩形彎頭橫截面尺寸較大，導流板長度達3.2m。現場在導流板的設計和施工上采取了：

（1）對導流板的迎風面加裝弧形板，減小導流板的迎風面積。防止運行時間過長，導致導流板撕裂損壞。

（2）同組導流板之間采用管撐進行連接。使之成為一個整體，這樣也明顯的增加了導流板的強度和使用壽命。

（二）風道內測加裝支撐桿

加裝支撐桿在風道內測，能夠有效的消除風道振動。在風道內部，采用的圓管直徑為60mm、厚度為4mm，在風道中心線上以500mm的間距對風道的4個面進行支撐。在具體的施工過程中，可以根據有關部門辦法的技術規定，對加固肋和零件造型進行設計和確定，相鄰的加固肋用槽鋼連接形成整體。內撐桿采用的扁鋼，其寬度應當比圓管寬1mm-2mm左右，這樣，不但能夠對風道中的能量損失和阻力進行有效控制，同時也能夠對卡門渦街造成的振動現象進行抑制。

（三）冷風道外壁改造加強筋

改造冷風道外壁的加強筋，使冷風道的剛度提升，能夠增加其抗振動能力。在風道外側，利用扁鋼和角鋼制成矩形橫向加固肋筋，能夠抵消很大部分的風道振動。由于風道大小頭段的振動較為劇烈，補焊也比較多，因此可采用8mm厚度的Q235A鋼板，對該段風道進行重新制作。

（四）水平管段支架的設計優化

現場對除暖風器位置處的固定支架未修改外。將其余固定支架和滑動支架修改為限位支架，在支架與支墩之間加裝聚四氟乙烯滑動板，允許風道在一定范圍內進行滑動，防止因風道的膨脹受限加劇振動。

四、方案實施后的效果評價

經過風道振動故障的處理方案的具體實施之后，再次對風道振動情況進行測試，結果表明，風道各個部位的振動值和振動幅度都有了十分明顯的降低。風道的最大振幅由原來的1.8mm下降到了現在得0.9mm，距離風道1m處的噪聲由原來的117dB下降到了現在得101dB，有效的解決了風道振動的故障。

結語

風道振動故障是火電廠一次風機出口風道的一個較為嚴重的問題，對火電廠的運行造成了十分不良的影響。本文分析了引起風道振動的主要原因，并且提出了相應的措施對其進行處理，取得了十分良好的效果。

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