李海送

江蘇大唐呂四港發(fā)電有限責(zé)任公司，江蘇 南通 226246

動(dòng)葉可調(diào)軸流通風(fēng)機(jī)動(dòng)葉漂移原因分析及預(yù)防措施

李海送

江蘇大唐呂四港發(fā)電有限責(zé)任公司，江蘇 南通 226246

針對(duì)江蘇大唐呂四港發(fā)電有限責(zé)任公司4×660MW機(jī)組軸流風(fēng)機(jī)在投產(chǎn)后運(yùn)行期間發(fā)生多起動(dòng)葉漂移，造成風(fēng)機(jī)失速問題，對(duì)失速與喘振的原理以及動(dòng)葉漂移的成因進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的預(yù)防措施，避免此類現(xiàn)象的發(fā)生。

風(fēng)機(jī)；動(dòng)葉漂移；失速與喘振

引言

由于動(dòng)葉可調(diào)軸流通風(fēng)機(jī)具有體積小、質(zhì)量輕、低負(fù)荷區(qū)域效率較高、調(diào)節(jié)范圍寬廣、反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，近十年來，國(guó)內(nèi)大型火力發(fā)電廠已普遍采用動(dòng)葉可調(diào)軸流通風(fēng)機(jī)。因?yàn)檩S流通風(fēng)機(jī)具有駝峰形性能曲線這一特點(diǎn)，理論上決定了風(fēng)機(jī)存在不穩(wěn)定區(qū)。風(fēng)機(jī)并不是在任何工作點(diǎn)都能穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)移至不穩(wěn)定區(qū)時(shí)就有可能引發(fā)風(fēng)機(jī)失速及喘振等現(xiàn)象的發(fā)生。

1.軸流通風(fēng)機(jī)失速與喘振的關(guān)系

1.1 失速

目前，一般軸流通風(fēng)機(jī)通常采用高效的扭曲機(jī)翼型葉片，當(dāng)氣流沿葉片進(jìn)口端流入時(shí)，氣流就沿著葉片兩端分成上下兩股，處于正常工況時(shí)，沖角為零或很?。饬鞣较蚺c葉片葉弦的夾角α即為沖角），氣流則繞過機(jī)翼型葉片而保持流線平穩(wěn)的狀態(tài)，如圖1a所示。當(dāng)氣流與葉片進(jìn)口形成正沖角時(shí)，即α>0，且此正沖角超過某一臨界值時(shí)，葉片背面流動(dòng)工況則開始惡化，邊界層受到破壞，在葉片背面尾端出現(xiàn)渦流區(qū)，即所謂“失速”現(xiàn)象，如圖1b所示。沖角α大于臨界值越多，失速現(xiàn)象就越嚴(yán)重，流體的流動(dòng)阻力也就越大，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)使葉道阻塞，同時(shí)風(fēng)機(jī)風(fēng)壓也會(huì)隨之迅速降低。

圖1 氣流沖角的變化及失速的形成

風(fēng)機(jī)的葉片在制造及安裝過程中，由于各種客觀因素的存在，使葉片不可能有完全相同的形狀和安裝角，因此當(dāng)運(yùn)行工況變化而使流動(dòng)方向發(fā)生偏離時(shí)，在各個(gè)葉片進(jìn)口的沖角就不可能完全相同。當(dāng)某一葉片進(jìn)口處的沖角α達(dá)到臨界值時(shí)，就可能首先在該葉片上發(fā)生失速，并非是所有葉片都會(huì)同時(shí)發(fā)生失速，失速可能會(huì)發(fā)生在一個(gè)或幾個(gè)區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)也可能包括一個(gè)或多個(gè)葉片。由于失速區(qū)不是靜止的，它會(huì)從一個(gè)葉片向另一個(gè)葉片或一組葉片擴(kuò)散，如圖2所示。假定產(chǎn)生的流動(dòng)阻塞首先從葉道23開始，其部分氣流只能分別流進(jìn)葉道12和34,使葉道12的氣流沖角減小,葉道34的沖角增大,以至于葉道34也發(fā)生阻塞,并逐個(gè)向葉道45、56……傳播,如圖2所示。試驗(yàn)表明：脫流的傳播速度ω′小于葉片運(yùn)轉(zhuǎn)的角速度ω；因此，在絕對(duì)運(yùn)動(dòng)中，脫流區(qū)以Δω=ω′－ω速度旋轉(zhuǎn)，方向與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相同，這種現(xiàn)象稱為旋轉(zhuǎn)脫流或旋轉(zhuǎn)失速。風(fēng)機(jī)進(jìn)入到不穩(wěn)定工況區(qū)運(yùn)行時(shí)，葉輪內(nèi)將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)或數(shù)個(gè)旋轉(zhuǎn)失速區(qū)。葉片每經(jīng)過一次失速區(qū)就會(huì)受到一次激振力的作用，從而會(huì)使葉片產(chǎn)生共振；此時(shí)，葉片的動(dòng)應(yīng)力增加，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)葉片斷裂，造成設(shè)備重大損毀事故。

圖2 旋轉(zhuǎn)脫流工況

1.2 影響沖角大小的因素

通常風(fēng)機(jī)是定轉(zhuǎn)速運(yùn)行的，即葉片周向線速度可以看作是一定值，這樣影響葉片沖角大小的因素就是氣流速度與葉片的安裝角。

圖3 進(jìn)氣速度及葉片角度對(duì)沖角的影響

由圖3可看出，當(dāng)葉片安裝角β（圖3中虛線代表的角度）一定時(shí)，如果氣流速度c越小，則沖角α（圖3中虛線與相對(duì)速度w的夾角）就越大，產(chǎn)生失速的可能性也就越大。

當(dāng)氣流速度c一定時(shí)，如果葉片安裝角β減小，則沖角α也減?。划?dāng)氣流速度c很小時(shí)，只要葉片安裝角β很小，氣流沖角α也很小。因此，當(dāng)風(fēng)機(jī)剛剛啟動(dòng)或低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)（前提是管道的進(jìn)、出口風(fēng)門此時(shí)應(yīng)處于全開狀態(tài)），風(fēng)機(jī)失速的可能性將會(huì)減小甚至消失。同樣，對(duì)于動(dòng)葉可調(diào)風(fēng)機(jī)，當(dāng)風(fēng)機(jī)發(fā)生失速時(shí)，關(guān)小失速風(fēng)機(jī)的動(dòng)葉角度，可以減小氣流的沖角，從而使風(fēng)機(jī)逐步擺脫失速狀態(tài)。當(dāng)然，還可以明顯地看出，對(duì)于葉片高度方向而言，線速度u是沿葉片高度方向逐漸增大的，在氣流速度c一定的情況下，沖角α?xí)S著葉片高度方向逐漸增大，以至于在葉頂區(qū)域形成旋轉(zhuǎn)脫流；因此，隨著葉片高度的方向逐漸減小，葉片安裝角β可以避免因葉高引起的旋轉(zhuǎn)脫流。目前，動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)常用的扭曲葉片就是基于這個(gè)道理（見圖4）。

圖4 葉頂與葉根的速度三角形

1.3 喘振

一般軸流通風(fēng)機(jī)性能曲線的左半部，都存在一個(gè)馬鞍形的區(qū)域（這是風(fēng)機(jī)的固有特性，但軸流通風(fēng)機(jī)相對(duì)比較敏感），在此區(qū)段運(yùn)行時(shí)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)風(fēng)機(jī)的流量、壓頭（反映在風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流）的大幅度脈動(dòng)風(fēng)機(jī)及系統(tǒng)風(fēng)道都會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)、噪聲顯著增高等不正常工況，一般稱之為“喘振”，這一不穩(wěn)定工作區(qū)稱為喘振區(qū)。實(shí)際上，喘振僅僅是不穩(wěn)定工作區(qū)內(nèi)可能遇到的現(xiàn)象，而在該區(qū)域內(nèi)必然要出現(xiàn)的則是旋轉(zhuǎn)脫流或稱旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象。風(fēng)機(jī)喘振的主要表現(xiàn)為風(fēng)量、出口風(fēng)壓（電機(jī)電流）出現(xiàn)大幅度波動(dòng)，劇烈振動(dòng)和異常噪聲。

1.4 失速與喘振的區(qū)別及聯(lián)系

風(fēng)機(jī)的失速與喘振的發(fā)生都是在p-Q性能曲線左側(cè)的不穩(wěn)定區(qū)域，所以它們是密切相關(guān)的。但是失速與喘振有著本質(zhì)的區(qū)別：失速發(fā)生在圖5所示p-Q性能曲線峰值K以左的整個(gè)不穩(wěn)定區(qū)域；而喘振只發(fā)生在p-Q性能曲線向右上方的傾斜部分，其壓力降低是失速造成的，可以說失速是喘振發(fā)生的根本誘因。

圖5 風(fēng)機(jī)的p-Q性能曲線與風(fēng)道特性曲線

旋轉(zhuǎn)脫流的發(fā)生只取決于葉輪本身、葉片結(jié)構(gòu)、進(jìn)入葉輪的氣流情況等因素，與風(fēng)道系統(tǒng)的容量、形狀等無關(guān)，但卻與風(fēng)道系統(tǒng)的布置形式有關(guān)。失速發(fā)生時(shí),盡管葉輪附近的工況有波動(dòng),但風(fēng)機(jī)的流量、壓力和功率是基本穩(wěn)定的,風(fēng)機(jī)可以繼續(xù)運(yùn)行。

當(dāng)風(fēng)機(jī)發(fā)生喘振時(shí)，風(fēng)機(jī)的流量、壓力（和功率）產(chǎn)生脈動(dòng)或大幅度的脈動(dòng)，同時(shí)伴有非常明顯的噪聲，喘振時(shí)的振動(dòng)有時(shí)是很劇烈的，能損壞風(fēng)機(jī)與管道系統(tǒng)。所以喘振發(fā)生時(shí)，風(fēng)機(jī)無法正常運(yùn)行。

風(fēng)機(jī)在喘振區(qū)工作時(shí)，流量急劇波動(dòng)，其氣流產(chǎn)生的撞擊，使風(fēng)機(jī)發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，噪聲增大，而且風(fēng)壓不斷變化，風(fēng)機(jī)的容量與壓頭越大，則喘振的危害性越大，故風(fēng)機(jī)產(chǎn)生喘振應(yīng)具備下述條件：

（1）機(jī)的工作點(diǎn)落在具有駝峰形p-Q性能曲線的不穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)；

（2）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)；

（3）整個(gè)循環(huán)的頻率與系統(tǒng)的氣流振蕩頻率合拍時(shí)，產(chǎn)生共振。

2.江蘇大唐呂四港發(fā)電有限責(zé)任公司一期工程送、一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況

2.1 送、一次風(fēng)機(jī)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)

江蘇大唐呂四港發(fā)電有限責(zé)任公司一期工程送、一次風(fēng)機(jī)由上海鼓風(fēng)機(jī)廠有限公司設(shè)計(jì)制造，其主要參數(shù)如表1～2：

表1 送風(fēng)機(jī)主要性能參數(shù)

表2 一次風(fēng)機(jī)主要性能參數(shù)

2.2 送、一次風(fēng)機(jī)發(fā)生動(dòng)葉漂移情況

2.2.1 #1爐1B送風(fēng)機(jī)

2010年05 月11日18時(shí)至12日08時(shí)，降負(fù)荷至350MW，#1爐1B送風(fēng)機(jī)振動(dòng)大，電流擺動(dòng)；停風(fēng)機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)2片葉片不同步（發(fā)生漂移），拆除液壓裝置油管路與葉片液壓調(diào)節(jié)裝置，拆松葉輪與葉片緊固螺栓，將2片不同步的葉片調(diào)整到與其他葉片安裝角度一致后，對(duì)稱用緊固葉柄螺栓（擰緊力矩為360Nm）。開機(jī)運(yùn)行后振動(dòng)正常。

2.2.2 #1爐1A送風(fēng)機(jī)

2010年05 月12日18時(shí)至13日08時(shí)，降負(fù)荷至350MW，#1爐A送風(fēng)機(jī)振動(dòng)大，電流擺動(dòng)；停風(fēng)機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)1片葉片發(fā)生漂移，與其它葉片不同步，調(diào)整到與其他葉片安裝角度一致，開機(jī)運(yùn)行后振動(dòng)正常。

2.2.3 #1爐1A、1B一次風(fēng)機(jī)

運(yùn)行期間，#1爐1A、1B一次風(fēng)機(jī)軸承振動(dòng)大，并伴有異音；2010年7月24日至29日，#1機(jī)組停機(jī)檢修期間，檢查發(fā)現(xiàn)1A、1B一次風(fēng)機(jī)各有一葉片角度發(fā)生漂移，葉片著色探傷檢查未見異常，將葉片角度調(diào)整一致。開機(jī)運(yùn)行后振動(dòng)正常。

2.2.4 #1爐1B一次風(fēng)機(jī)

#1爐1B一次風(fēng)機(jī)振動(dòng)運(yùn)行中振動(dòng)一直偏大，并有緩慢上升趨勢(shì)，振動(dòng)值在8mm/s以內(nèi)， 2月14日00時(shí)左右，#1爐1B一次風(fēng)機(jī)Y向振動(dòng)增大到10mm/s 以上，振動(dòng)持續(xù)8-10mm/s擺動(dòng)，最大值到14.8mm/s，2月14日04:21分，1B一次風(fēng)機(jī)停運(yùn)，檢查發(fā)現(xiàn)有兩片葉片發(fā)生漂移，并且第二級(jí)葉輪滑塊磨損嚴(yán)重，更換#3爐3B一次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子（剛從廠家返修后返回現(xiàn)場(chǎng)）后啟動(dòng)正常。

2.2.5 #2爐2A送風(fēng)機(jī)

2011年7 月23日，#2爐停爐檢修后啟動(dòng)過程中，2A送風(fēng)機(jī)軸承振動(dòng)異常，電流擺動(dòng)，并伴有異音，停風(fēng)機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)2片葉片發(fā)生漂移，不同步的葉片調(diào)整到與其他葉片安裝角度一致后，運(yùn)行正常。

2.3 原因分析

2.3.1 葉輪裝配過程中，少數(shù)葉片調(diào)節(jié)臂與葉柄之間的鎖緊螺母緊力不夠（設(shè)計(jì)緊力矩為360Nm），在動(dòng)葉調(diào)整過程中，葉片調(diào)節(jié)臂與葉柄之間出現(xiàn)滑移，造成個(gè)別葉片的角度與其它葉片不同步（即出現(xiàn)漂移現(xiàn)象）。

2.3.2 江蘇大唐呂四港發(fā)電有限責(zé)任公司建設(shè)用地為圍灘造地，從陸地大堤往海里延伸3.47公里，氣候?qū)儆趤啛釒駶?rùn)氣候區(qū)，季風(fēng)環(huán)流明顯；夏季受東南海洋季風(fēng)影響，天氣炎熱多雨，濕度較高，平均相對(duì)濕度81%，屬高鹽霧區(qū)。在機(jī)組停運(yùn)期間，風(fēng)機(jī)動(dòng)葉和靜葉長(zhǎng)時(shí)間保持不動(dòng)，鹽分及灰份易在動(dòng)葉片根部沉積、凝結(jié)，使調(diào)整動(dòng)葉所需的力矩增加，導(dǎo)致個(gè)別葉片發(fā)生漂移（各葉片鎖緊螺母緊力存在微小差異），甚至出現(xiàn)液壓缸拒動(dòng)現(xiàn)象（動(dòng)葉卡死，液壓缸動(dòng)力不夠；2011年05月04日至06月25日#1機(jī)組中修后期，調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)1A、1B送風(fēng)機(jī)動(dòng)調(diào)失靈；2011年7月23日，#2爐停爐檢修后啟動(dòng)過程中，2B一次風(fēng)機(jī)動(dòng)調(diào)失靈）。另外，調(diào)整動(dòng)葉所需的力矩增加，會(huì)大大縮短動(dòng)葉調(diào)整機(jī)構(gòu)的壽命（特別是一次風(fēng)機(jī)，出口風(fēng)壓高，且調(diào)節(jié)頻繁）。

3.預(yù)防措施

3.1 檢修方面

3.1.1 嚴(yán)格檢修、裝配工藝，緊固葉片調(diào)節(jié)臂與葉柄之間的鎖緊螺栓時(shí)，要使用力矩扳手，保證各葉片鎖緊螺母緊力一致。

3.1.2 機(jī)組檢修或備用期間，對(duì)動(dòng)葉片進(jìn)行認(rèn)真檢查；用手盤動(dòng)葉片，如絲毫不動(dòng)（因滑塊與滑環(huán)之間有少許間隙，手盤動(dòng)葉能輕微轉(zhuǎn)動(dòng)），則要對(duì)動(dòng)葉片根部與輪轂接合處進(jìn)行檢查、清理，必要時(shí)將葉片全部拆下來清理，并加7014潤(rùn)滑脂，然后將葉片復(fù)。

3.2 運(yùn)行方面

3.2.1 停爐期間，送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)油泵無檢修工作時(shí)，保持運(yùn)行。

3.2.2 機(jī)組檢修或備用期間，送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉每?jī)商爝M(jìn)行一次全行程傳動(dòng)，就地派人進(jìn)行監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)機(jī)械指示不動(dòng)或指令反饋異常時(shí)，及時(shí)通知檢修處理，傳動(dòng)結(jié)果在機(jī)組長(zhǎng)日志中進(jìn)行記錄。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.09.068

李海送（1970—）男 畢業(yè)于河海大學(xué)熱能與動(dòng)力工程專業(yè)，工學(xué)學(xué)士學(xué)位。主要從事鍋爐運(yùn)行、檢修技術(shù)管理工作。