汽動引風機葉片斷裂故障分析與處理

陳 雷

武鋼有限公司檢修中心 湖北 武漢 430080

引言

目前國內部分大容量火電機組選擇汽輪機驅動引風機的方案,有許多優點。提高了熱能的利用效率,可以減少引風機啟動時電流過大對廠用電的沖擊,降低廠用電率,提高了經濟性。汽動引風機正常運行時,保持靜葉恒定,通過調節引風機轉速控制爐膛負壓,使風機在不同負荷下保持高效率。但引風機采用轉速調節,容易產生軸承振動大等故障,影響機組安全性。

1 引風機運行過程中常見故障

引風機是鍋爐機械通風的主要設備,它的入口通過管路與除塵器相連接,出口與煙道及煙筒相連接。引風機的作用是當燃料在鍋爐內燃燒時產生大量的煙氣,這些煙氣如不及時排除,鍋爐就無法連續正常工作,引風機就是通過做功,克服煙道及尾部受熱面的阻力,把爐膛中煙氣抽出,并通過煙筒送往大氣,從而使爐膛及煙道保持一定負壓,保證鍋爐連續正常運行。引風機運行過程中常見故障如下。(1)引風機入口流量不均勻,使葉輪不平衡而引起風機振動。(2)流量過小,如風機剛啟動未開擋板或擋板開度過小,會產生壓力波動和流量波動,使風機振動。(3)使用除塵器除塵效率低,煙氣帶水,造成引風機葉片積灰,使動平衡失調,這是引風機在運行中發生機械振動的比較常見的主要原因。(4)引風機長時間運行葉片磨損,引起動平衡造成振動。(5)軸承故障或損壞。(6)風機找正不好,電機、風機軸不同心。(7)風機基礎剛性不夠,地腳螺栓松動。(8)原葉輪安裝不良、磨損、積灰。(9)機座剛度不夠。(10)葉片碰撞機殼。(11)風機超負荷運行。

2 原因分析

引風機是鍋爐機械通風的主要設備,它的入口通過管路與除塵器相連接,出口與煙道及煙筒相連接。引風機的作用是當燃料在鍋爐內燃燒時產生大量的煙氣,這些煙氣如不及時排除,鍋爐就無法連續正常工作,引風機就是通過做功,克服煙道及尾部受熱面的阻力,把爐膛中煙氣抽出,并通過煙筒送往大氣,從而使爐膛及煙道保持一定負壓,保證鍋爐連續正常運行。引風機運行過程中常見故障如下。

2.1 風機喘振或失速引起葉輪破壞軸流式 風機運行中由于調節不當,葉輪進入到不穩定工況區運行,可能出現喘振或失速現象。此時葉輪經過失速區將會受到一次激振力的作用,可使葉片產生共振,葉片的動應力增加,致使葉片斷裂。風機喘振或失速主要表現為風量、出口風壓出現大幅度波動,劇裂振動和異常噪聲。查看3B引風機葉輪斷裂前的運行狀態,風機風量、出口風壓未出現大幅度波動,葉片發生斷裂后才出現軸系振動激增,故可以排除風機葉片斷裂系喘振或失速導致。

2.2 葉輪受到持續的交變應力引起疲勞損壞 由于風機利用汽輪機進氣量變化來改變轉速,實現變速調節,在機組負荷上升或下降時,風機轉速為適應負荷調整需要而發生改變,在負荷穩定時,風機轉速也會出現持續波動現象。這種風機轉速的波動,使葉片受力不斷改變,加速和減速時會受到方向相反的力,這個力叫做交變應力,持續不斷的交變應力,會使葉片造成疲勞損壞。而葉片的進風口根部所受的交變應力最大,葉片根部會最先產生疲勞源。通過大量DCS數據查看,印證了風機轉速和葉輪進出口壓力頻繁波動現象。數據查看也發現,若僅因為負荷變動而調整風機轉速時,轉速的波動頻率比較小。

2.3 轉速頻率與葉輪固有頻率造成共振引起破壞葉輪 風機葉片本身具有一定的固有振動頻率,引起共振的條件是當外力的脈沖頻率和物體的固有振動頻率相重合或成倍數時。當風機的葉片產生共振時,它的后果是葉片由于金屬疲勞而斷裂。通過現場搜集的大量DCS數據來看,風機振動較小,但是某轉速區段風機振動值有一定幅度的波動,應該是調速時沖擊引起的。根據制造廠提供的技術數據,風機葉片的靜止狀態下固有頻率為144 Hz,動態下固有頻率為147 Hz,風機的第一臨界轉速為1290r/min,據此推斷,在0～990r/min的轉速范圍內,理論計算上葉片是可靠的,但由于實際安裝情況變化,風機的頻率會發生變化,故不能排除葉片共振產生的可能性。

3 防范措施

3.1 加強設備采購及驗收管理 在設備采購制造時,工廠要派專人進行現場監造,監督設備制造加工過程,掌握設備制造加工環節和設備主要加工參數。在采購設備時,要對選用設備的市場應用業績和行業評價進行調研,擇優選取。設備到貨后,組織相關專業人員對設備材料、工藝、質量、性能等進行全面驗收。

3.2 加強設備和工藝管理 開展對送、引、排等停用設備轉動部件的大檢查,及時發現和消除缺陷,避免啟動時發生同類問題。完善送、引、排等設備檢修維護規程,縮短設備檢查周期。每次停爐,嚴格按檢修規程要求對設備各部分進行全面檢查。加強工藝和設備變更管理,充分考慮各方面因素,及時與設備廠家進行交換意見,審批變更,對會議紀要等相關文件嚴格進行存檔。

3.3 加強儀表聯鎖管理 對風機聯鎖問題,進行專題討論,研究制定可行方案,有效的發揮聯鎖作用。排查全廠儀表聯鎖,嚴格遵照公司規定,完善相關制度和相關手續。加強儀表專業人員的培訓和管理,使之掌握全廠儀表聯鎖運行狀態,聯鎖巡檢查出問題嚴格考核。逐漸完善操作站聯鎖投用和解除按鈕顯示,為運行人員能夠巡檢全部聯鎖提供條件。完善DCS軟件管理系統,使儀表聯鎖投、切,有據可查。

3.4 運行控制優化 當引風機在轉速共振區間運行時,引風機振動會突然增大,因此需要在運行中加強干預,避免風機長時間在共振轉速區運行。機組變負荷時,根據風量大小,接近共振轉速區間應快速通過,不應長時間運行。若機組正常運行時,轉速接近共振轉速區間時,通過設置送風量偏置,提高引風機小機轉速,避開轉速共振區間。運行中引風機振動超過4 mm/s時,運行人員人為進行干預,手動調節引風機靜葉開度,避開共振轉速區間。

結語

針對汽動引風機振動進行簡單分析,高負荷下,引風機轉速高,接近葉片共振轉速,產生共振。長期運行,引風機葉片及軸系在交變應力作用下,可能發生部件松動、葉片產生裂紋等故障,導致振動更加明顯,威脅設備安全運行。根據分析結果,運行時注意調整,加強技術改造,控制煙道阻力,使引風機轉速盡量避開共振區間,確保機組安全運行。