托電#12爐靜葉可調軸流風機靜葉掉落分析及防范措施

趙博

【摘要】本文介紹了內蒙古大唐國際托克托發電有限責任公司300MW機組鍋爐引風機在運行過程中靜葉脫落，導致機組被迫降負荷，影響機組經濟性和設備的安全。針對該問題從設計構造方面分析原因，提出軸流風機可調靜葉脫落的技術改進措施，從根本上解決可調軸流風機靜葉脫落問題。

【關鍵詞】軸流引風機；可調靜葉脫落；技術改造

隨著大容量高參數機組的日益普及，大容量機組的運行安全對電網的安全影響逐步加大，在大容量機組中因重要輔機異常故障導致機組發生降出力、滅火、跳閘的事故時有發生。可見處理好重要輔機的事故對穩定機組安全運行起著相當重要的作用；而風煙系統設備的穩定運行對鍋爐的穩定燃燒有著十分重要的影響。風煙系統設備故障直接影響鍋爐的燃燒、制粉系統的出力、脫硫及輔控外圍設備的穩定運行；如果處理不當可能會導致鍋爐滅火等事故的發生。現根據實際情況，本文對托電#12爐靜葉可調軸流引風機靜葉掉落事故案例進行全面分析并提出相應的整改措施。

1、機組概況

本期機組為2×300MW濕冷汽輪發電機組。本機組采用哈爾濱鍋爐廠有限責任公司生產的（28-VI（T）-SMR）二臺容克式三分倉回轉式空氣預熱器，成都電力機械廠生產（AN25e6）二臺靜葉可調軸流式引風機，成都電力機械廠生產（AP1-19/11）二臺動葉可調軸流式送風機，成都電力機械廠生產（65-2X29-14N022.5F）二臺雙吸離心式一次風機，北京電力設備廠生產（ZGM95G）五臺中速輥式磨煤機，沈陽高科電力設備有限公司（MF9-10-15NO.14D）二臺密封風機，二臺布袋式除塵器，一臺干式排渣機。每臺引風機有24片可調靜葉（前導葉）葉片。

2、引風機設備概況

2.1 引風機結構及工作原理。AN系列軸流通風機由進氣箱、大小集流器、進口導葉（前導葉）、機殼裝配（葉輪外殼和后導葉組件）、轉動組（傳扭中間軸、聯軸器、葉輪、主軸承裝配）、擴壓器、冷風管路和潤滑管路等組成。AN風機工作時，氣流由風道進入風機進氣箱，經過收斂和預旋后，葉輪對氣流作功，后導葉又將氣流的螺旋運動轉化為軸向運動，并在擴壓器內將氣體的大部分動能轉化成系統所需的靜壓能，從而完成風機的工作過程。

軸流通風機的運行范圍是受失速線的限制。如果超過此極限，首先就必然使葉片處的氣流出現局部分離。當風機內存在一定量渦流時，就可能產生‘喘振。

當系統的阻力線位于性能曲線圖中的失速線的上方時，由于不穩定性的出現，則通風機就不可能在相應的壓力、流量范圍的工況點運行。如果機器在非穩定區運行，將使葉片產生激振，會導致疲勞斷裂。

我們已在特性曲線圖上標出了通風機的工況點，可以保證其在適當的操作條件下在穩定區運行。

2.2 引風機入口靜葉相關概況。引風機的入口靜葉是由懸臂拉桿連接用螺母固定的。引風機采用安裝在葉輪上游的進口導葉改變運行工況。軸向方向的氣流用可以旋轉的進口導葉，按照葉輪的旋轉方向或其相反方向進行導向。進口導葉在運行過程中可通過執行機構設定一個合適的角度來調節流體。進口導葉的行程范圍可用調節限位裝置分別調至-75°（關閉）和+30°（全開）予以限定。采用帶遙控的執行機構來調節進口導葉的話，該機構的行程是以不應撞擊導葉止塊而限定的。

3、引風機靜葉脫落事故分析

事故前運行工況：負荷270MW，A BCDE磨煤機運行，煤量165/h，大機閥位82%

負壓-50Pa左右，AB引風機靜葉開席分別為79%，83%

3.1 引風機靜葉掉落故障現象。B引風機靜葉掉落時，風機的電流，振動都發生的異常的的變化（見表1、表2）負壓擺動幅度大。

3.2 事故處理經過

3.2.1 運行人員結合風機振動大，出力降低，負壓波動大，初步懷疑B引風機進入不穩定工況運行區可能失速，手動解風機自動，降負荷減少A B引風機靜葉開度，在減少B引風機靜葉時負壓電流都降低了，排除了引風機靜葉拉桿銷子脫落，就地檢查引風機靜葉執行機構連桿銷子活動正常無斷裂脫開異常，后緩慢加B引風機靜葉，電流在147A無變化，檢查風機電機各參數均無異常，降負荷風機重新并列后升負荷至225MW B引風機靜葉開度77%，電流147A（B引風機靜葉再往大開電流無變化），A引風機靜葉開度58%。

3.2.2 就地檢查爐膛空預器有無漏風現象，空預器出入口差壓，引風機出入口差壓均在正常范圍內，且無增大趨勢，引風機出入口檔板在全開位無異常，布袋除塵器和脫硫增壓風機均無異常且無任何操作。

3.2.3 結合B引風機電流瞬間增大后降低，振動突增后降，排除了風機失速和靜葉懸臂拉桿銷子無脫落，運行人員分析可能風機內部有故障。

3.2.4 停運B引風機檢查風機內部（在停運過程中B引風機時靜葉卡在38%關不回，就地手搖也無效），檢查發現有一片靜葉片已脫落導致12片靜葉片不同的損壞，葉片邊部被折回（導致在停運過程中B引風機靜葉卡在38%關不回）。檢修處理過程：將損壞靜葉嚴重部位割除，割除部位的開口處用電焊加固。較輕部分進行修復。其中有一片（掉落那片）已成碎片無法修復、更換無備件（維護告無備件），現在風機內部缺一片。全部修復完成后靜葉重新定位進行傳動正常，現A、B引風機開度在52%之前偏差不大，其后逐漸增大，當B引風機開度90%時電流170A，A引風機開度77%時電流175A兩風機偏差最大。

3.3 靜葉掉落的原因

3.3.1 靜葉掉落參數變化分析：電流漲了一下后又降了，振動增大，B引風機靜葉開到78%后電流到147A后，再開靜葉電流無變化，開靜葉電流無變化，B引風機出力明顯減少可能是引風機靜葉掉落，在引風機作用下，強大的氣流將掉落的葉片吸到葉輪上吸到動葉上，這樣掉落的那片靜葉動葉葉輪打成碎片后又被打回，后造成導致振動異常增大后又下降，電流也漲了一下后又下降。

（1）AN25e6軸流風機前導葉是懸臂連接固定的，其頂端由兩顆螺釘與調節機構連接短軸固定，而另一端靠近中芯筒，但與中芯筒未有任何固定連接，如圖1所示。由表1所知，引風機的額定轉993r/min，轉速較高，前導葉受軸向力很大，由于其機構是懸臂的，在運行調節開、關過程中，容易晃動。在長周期運行中，前導葉的不停晃動造成了葉片連接螺栓及螺栓處葉片金屬疲勞損壞靜葉脫落。

（2）向該風機生產廠家成都電力機械廠咨詢后得知：AN250e6型風機前導葉均采用此機構，但是設計轉速在700r/min左右。該廠的AN250e6型引風機轉速為993r/min，由于轉速高，全壓大，風機前導葉前后產生的靜壓差Δpst就大，有公式PZ=Δpstιt看出，葉片所受的軸向力PZ與葉片產生的靜壓差、葉片長度ι和葉片平均半徑圓周上的節距t有關，因此轉速越高，葉片所受到的軸向力越大。前導葉受力的強度按通用轉速700r/min設計計算，當轉速為993r/min時，該受力點強度不能滿足運行要求，長時間風機安全運行。

3.3.2 靜葉掉落原因：引風機的入口靜葉是由懸臂拉桿連接用螺母固定的，引風機的轉速很高，靜葉所受的軸向力很大，由于懸臂拉桿在風機運行時隨靜葉的開席而頻繁動作，長期運行時拉桿就容易晃動，固定的螺母就會松動，甚至損壞，長期作用力下靜葉葉片和固定的螺母易金屬疲勞就容易發生變形脫落。這次B引風機靜葉葉片掉落就是固定某片靜葉的兩條螺絲掉了一條造成的。由于風機的轉速高，因風機轉速高，全壓大，風葉葉片所受軸向力越大，該受力點強度在長期運行作用力的作用下，不能滿足運行要求葉片的受力點就會疲勞損壞，就容易好好發生葉片脫落。

3.3.3 綜上所述，葉片掉落的原因為風機的靜葉片在軸流風機高轉速下所受的軸向作用力的作用下，靜葉片的受力點所承受的耐力強度不夠，易金屬疲勞所致。

4、技改措施

根據上述分析可知，靜葉片斷裂脫落的根本原因是通用轉速下入口靜葉單端受力點設計強度與實際工作轉速的風機靜葉受力點設計強度不符。于是對入口靜葉的結構進行改造，將原來的單端受力固定結構改為兩端連接受力固定結構。在中心筒端，每一塊靜葉片加裝1個不影響靜葉調節的凸臼裝置，凸臼裝置由銷座與插銷兩部分組成，銷座為 20×5mm圓筒體結構，插銷為 16×50mm圓鋼，銷座與中心筒焊接連接，插銷與靜葉片頂端焊接，將銷子插入銷座四周留有2mm間隙，銷子與中心筒留有4mm間隙保證熱膨脹及調節時不卡澀，另外將靜葉片與調節軸連接螺栓點焊防止螺栓松脫。結構改進后，靜葉片軸向受力點發生變化，由原來的懸臂受力變成兩端受力，靜葉與調節軸連接處的螺栓軸向力減小，保證了風機的安全運行。

5、防范整改措施

增加風機靜葉的耐壓強度；將靜葉執行機構固定的螺母連接處補焊鐵塊，增加強度，將螺栓焊死，防止螺栓松動脫落；停機后對引風機入口靜葉，葉輪葉片和調節閥的磨損程度進行檢驗；確保靜葉執行器操作可使所有進口導葉調整一致；檢查進口靜葉連桿接頭的磨損，必要時加以潤滑；檢查葉輪的積灰、銹蝕和磨損，并清理干凈；檢查葉片焊縫有無裂紋；清理導葉并檢查其磨損；檢查并潤滑進口導葉連接桿機構，檢查風機懸臂拉桿銷子有無脫落；清理進、出口管路。

6、結束語

本次引風機靜葉脫落事故給機組損失了嚴重的經濟效益；導致機組被迫降出力影響機組負荷；在處理事故中投油助燃穩定機組運行；隨后引風機被迫停運；靜葉進行技術改造給機組帶來了相當嚴重的經濟損失。通過此次引風機靜葉改造后風機運行狀況穩定，保證了引風機的安全運行。同時本文通過分析引風機靜葉掉落時現象原因及預防措施，給運行人員準確判斷處理引風機故障提供有力的依據，為事故處理贏得了時間，保證設備的安全運行。