石門電廠鍋爐引風(fēng)機(jī)設(shè)備故障探析
2023-02-27尹東輝
（石門電廠）
摘 要：通過對(duì)引風(fēng)機(jī)設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)分析，找出了引風(fēng)機(jī)本體、電動(dòng)機(jī)以及控制系統(tǒng)存在的問題，并提出了解決問題的措施。
關(guān)鍵詞：引風(fēng)機(jī)；設(shè)備故障；原因分析；對(duì)策
1 存在的問題
石門電廠自1995年12月和1996年1號(hào)、2號(hào)機(jī)組相繼投運(yùn)以來，4臺(tái)引風(fēng)機(jī)多次發(fā)生因設(shè)備問題造成引風(fēng)機(jī)跳閘、鍋爐滅火、機(jī)組減負(fù)荷甚至被迫停爐等事故。引風(fēng)機(jī)已成為石門電廠運(yùn)行可靠性Z低的主要輔機(jī)設(shè)備之一，既嚴(yán)重威脅著機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行，又使檢修工作量大大增加。在此對(duì)1996年2月～1998年10月引風(fēng)機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)的問題進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。
從2a共發(fā)生各類事故33次（其中導(dǎo)致停風(fēng)機(jī)處理18次，緊急停爐處理2次）情況來看，引風(fēng)機(jī)設(shè)備主要存在以下3個(gè)方面的問題：
，引風(fēng)機(jī)本體問題（占統(tǒng)計(jì)數(shù)的49％）。一是風(fēng)機(jī)頻繁發(fā)生振動(dòng)且振動(dòng)值嚴(yán)重超標(biāo)；二是軸承頻繁發(fā)熱；三是進(jìn)、出口導(dǎo)葉和葉輪磨損。這些均導(dǎo)致軸承、葉輪、導(dǎo)葉等部件的損壞。
第二，引風(fēng)機(jī)配用電機(jī)問題（占統(tǒng)計(jì)數(shù)的15％）。一是軸承軸瓦運(yùn)行溫度過高；二是時(shí)有串軸現(xiàn)象發(fā)生；三是發(fā)現(xiàn)電機(jī)鼠籠轉(zhuǎn)子有斷條現(xiàn)象，開裂部位為導(dǎo)條圓弧根部和導(dǎo)條與銅環(huán)的焊接處。
第三，風(fēng)機(jī)的電氣、熱工控制系統(tǒng)問題（占統(tǒng)計(jì)數(shù)的36％）。一是電氣開關(guān)和保護(hù)引發(fā)風(fēng)機(jī)跳閘；二是熱工保護(hù)和其他連鎖引發(fā)風(fēng)機(jī)跳閘；三是風(fēng)機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障引發(fā)風(fēng)機(jī)負(fù)荷擺動(dòng)。這些問題極易造成MFT動(dòng)作使?fàn)t膛滅火、鍋爐負(fù)荷降低和機(jī)組運(yùn)行的不穩(wěn)定。
2 原因探析
2.1 風(fēng)機(jī)振動(dòng)原因分析
2.1.1 風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)制造結(jié)構(gòu)不合理
a.芯筒定位方式不穩(wěn)定、不合理。芯筒既是葉輪軸承座的支撐架，也是葉輪及其軸承座中心定位的關(guān)鍵部件，芯筒中心的偏移將直接影響葉輪的對(duì)中。
芯筒中心的定位由后導(dǎo)葉和拉桿達(dá)成，拉桿兩端均為焊接不易變動(dòng)，但后導(dǎo)葉卻因?qū)~或密封墊的更換，以及運(yùn)行中導(dǎo)葉固定螺栓松動(dòng)引起芯筒中心的變化，造成葉輪中心偏移而引發(fā)振動(dòng)。
b.軸承座固定不牢靠，易松動(dòng)。軸承座一端裝配葉輪，另一端靠軸承端蓋（厚度為37 mm）嵌于芯筒端板上，主要依賴8個(gè)螺栓固定，但廠家設(shè)計(jì)的螺栓無防松措施，在風(fēng)機(jī)運(yùn)行中隨著工況的變化，容易造成螺栓的松動(dòng)甚至斷裂，使軸承座下垂，導(dǎo)致葉輪中心改變而產(chǎn)生振動(dòng)。
c.葉輪固定螺栓易松動(dòng)。風(fēng)機(jī)葉輪夾于壓板與軸端之間，靠4個(gè)螺栓緊固于軸端上，由于螺栓無防松措施，運(yùn)行中易松動(dòng)造成葉輪偏斜。
2.1.2 運(yùn)行調(diào)整不當(dāng)產(chǎn)生喘振
軸流風(fēng)機(jī)的運(yùn)行范圍是受所謂“失速線”影響的，如果風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況長時(shí)間處于風(fēng)機(jī)性能曲線圖中“失速線”上方的不穩(wěn)定區(qū)域，就會(huì)使風(fēng)機(jī)發(fā)生喘振，如果不盡快消除或及時(shí)停機(jī)，一般只需運(yùn)行30s以上就可能造成引風(fēng)機(jī)及其風(fēng)道的嚴(yán)重?fù)p壞。
a.單臺(tái)風(fēng)機(jī)在啟動(dòng)過程中，如果運(yùn)行人員操作不當(dāng)，把握不準(zhǔn)，在風(fēng)機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，入口擋板和入口靜葉長時(shí)間處于關(guān)閉或很小的開度狀態(tài)，就極易造成失速，導(dǎo)致“喘振”發(fā)生。
b.在2臺(tái)風(fēng)機(jī)并列過程中，被并風(fēng)機(jī)所帶管網(wǎng)阻力相對(duì)較小，極易出現(xiàn)搶風(fēng)現(xiàn)象，由于并列工作的風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況不穩(wěn)定，可能導(dǎo)致喘振，風(fēng)機(jī)消除喘振后增帶負(fù)荷又出現(xiàn)搶風(fēng)現(xiàn)象，致使原穩(wěn)定運(yùn)行的風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)推向失速區(qū)，發(fā)生喘振，出現(xiàn)并列風(fēng)機(jī)交替搶風(fēng)和喘振現(xiàn)象。
2.1.3 檢修安裝質(zhì)量不高
a.更換后導(dǎo)葉和導(dǎo)葉密封墊時(shí)，由于各導(dǎo)葉螺栓緊固力不一，造成芯筒中心偏移，致使葉輪中心變動(dòng)。b.檢修中軸系找正偏差過大，引發(fā)振動(dòng)。c.軸承座和葉輪固定螺栓力度不夠，導(dǎo)致運(yùn)行中松動(dòng)。d.2個(gè)繞行聯(lián)軸器安裝不良，起不到補(bǔ)償作用。
2.2 風(fēng)機(jī)軸承溫度過高原因分析
2.2.1 軸承所處環(huán)境溫度過高
風(fēng)機(jī)葉輪軸承箱體設(shè)計(jì)為整體布置于溫度高達(dá)126℃的煙氣通道之中，長期于高溫狀態(tài)之下，軸承運(yùn)行中的發(fā)熱難于散發(fā)。
2.2.2 軸承冷卻風(fēng)供給不良
處于高溫?zé)煹乐械妮S承的冷卻，全部依賴于2臺(tái)9－19№4型離心式風(fēng)機(jī)，其主要參數(shù)為：風(fēng)量0.39～0.55 m3/s，風(fēng)壓3.54～3.05 kPa，2臺(tái)風(fēng)機(jī)共用一根母管，在其出口處用一個(gè)三角形風(fēng)箱并聯(lián)，當(dāng)1臺(tái)風(fēng)機(jī)供風(fēng)不足以滿足軸承冷卻用風(fēng)而需增開另1臺(tái)風(fēng)機(jī)時(shí)，其增加的風(fēng)量甚微。
2.2.3 軸承潤滑不良
風(fēng)機(jī)軸承采用3號(hào)鋰基脂潤滑，由一根Φ10的鋼管經(jīng)過10.3m的距離且需轉(zhuǎn)90°彎頭輸送，造成加油阻力增大。同時(shí)由于管路中4個(gè)接頭處于高溫狀態(tài)下極易松動(dòng)，以及油槍出現(xiàn)故障時(shí)，均會(huì)使油管路流通不良。另外定期加油工作不及時(shí)等原因，都會(huì)導(dǎo)致軸承內(nèi)形不成定量的潤滑油脂，使其處于少油或缺油狀態(tài)下運(yùn)行?
2.2.4 葉輪與電機(jī)之間用空心軸和2個(gè)彈性聯(lián)軸器繞性連接，一方面安裝中如果預(yù)拉量不夠或者安裝質(zhì)量不高，就不能滿足補(bǔ)償軸系的串軸量；另一方面風(fēng)機(jī)運(yùn)行中，其中一個(gè)聯(lián)軸器長期處于高溫狀態(tài)下造成聯(lián)軸器失效，也無法補(bǔ)償軸系的串軸量，從而迫使軸承拉壓而損壞。
2.3 葉輪及前后導(dǎo)葉磨損原因
2.3.1 電除塵效果不良，特別是在鍋爐投粉初期，以及電除塵設(shè)備故障狀態(tài)下，使煙氣中含塵量增大而造成磨損。
2.3.2 葉輪與導(dǎo)葉沒有采用有效的防磨措施。
2.4 配用電機(jī)故障原因分析
2.4.1 電機(jī)串軸原因
一是電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場中心變化造成轉(zhuǎn)子串軸。二是由于風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中受煙氣的軸向推力，隨著運(yùn)行工況的變化產(chǎn)生風(fēng)機(jī)軸系軸向串動(dòng)，而電機(jī)與風(fēng)機(jī)軸之間是由一彈性聯(lián)軸器連接，當(dāng)此聯(lián)軸器的彈片由于串軸的影響而產(chǎn)生疲勞或者聯(lián)軸器安裝不良以及聯(lián)軸器質(zhì)量有問題時(shí)，均無法補(bǔ)償軸系的串軸，從而使電機(jī)轉(zhuǎn)子跟著串動(dòng)。
2.4.2 軸瓦發(fā)熱原因
一是電機(jī)軸承為滑動(dòng)軸承，承力側(cè)軸瓦負(fù)荷較重，軸瓦的潤滑方式是采用油環(huán)濺油潤滑，油室油量較少且無冷卻裝置，隨著運(yùn)行時(shí)間增長或者外界氣溫過高其散熱效果不良，則極易造成軸承溫度持續(xù)上升。
二是軸瓦研刮質(zhì)量不高，軸與瓦接觸不良，或推力間隙預(yù)留不夠，造成軸承發(fā)熱。
2.4.3 電機(jī)鼠籠轉(zhuǎn)子斷條原因
根據(jù)分析，籠條斷裂的機(jī)理是由導(dǎo)條、端環(huán)的溫升而產(chǎn)生的溫度應(yīng)力、離心力及電磁力所引起，其斷條的主要原因是：a.電機(jī)啟動(dòng)次數(shù)過于頻繁；b.風(fēng)機(jī)慣量大于給定值；c.風(fēng)機(jī)啟動(dòng)阻力矩增大。
2.5 風(fēng)機(jī)控制保護(hù)系統(tǒng)故障原因淺析
2.5.1 熱工保護(hù)引發(fā)風(fēng)機(jī)跳閘
a.軸溫保護(hù)確因風(fēng)機(jī)軸承或電機(jī)軸承溫升超標(biāo)而動(dòng)作跳閘。
b.測溫元件安裝不到位或電纜接線接觸不良誤發(fā)跳閘信號(hào)。
c.空預(yù)器跳閘連鎖正確動(dòng)作或連鎖控制回路線路故障誤跳閘。
2.5.2 風(fēng)機(jī)進(jìn)口靜葉調(diào)整執(zhí)行機(jī)構(gòu)質(zhì)量不良或安裝檢修不當(dāng)，造成風(fēng)機(jī)負(fù)荷擺動(dòng)，進(jìn)而引發(fā)風(fēng)機(jī)振動(dòng)，甚至跳閘。
2.5.3 電氣保護(hù)動(dòng)作跳閘
一是風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流是正常運(yùn)行額定電流的6倍，因差動(dòng)保護(hù)中性點(diǎn)側(cè)CT容量受到尺寸限制不能設(shè)計(jì)得很大（僅50 V·A）。另外中性點(diǎn)側(cè)到開關(guān)保護(hù)柜二次電纜較長，阻抗大，CT很快飽和。此時(shí)中性點(diǎn)側(cè)和開關(guān)側(cè)CT電流差較大，導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘。
二是因開關(guān)故障而跳閘，例如按鈕進(jìn)水和誤碰。
3 采取的措施
3.1 改善軸承座芯筒的固定方式
將原設(shè)計(jì)中的36片后導(dǎo)葉定位方式改為在后導(dǎo)葉出口風(fēng)筒與芯筒間加焊3根固定不變的支撐圓鋼，以解決后導(dǎo)葉因磨損或其他原因松動(dòng)后造成的芯筒中心偏移，加大軸系中心的可靠性。
3.2 改造軸承座固定螺栓和葉輪固定螺栓的防松措施
采用將相鄰的2顆固定螺栓之間的止退墊片連為一體，同時(shí)在螺栓擰緊時(shí)保證其擰緊力矩。
3.3 改進(jìn)風(fēng)機(jī)軸承潤滑油管路
3.3.1 縮短加油管路，減少管路的彎頭，以減少加油的阻力。
3.3.2 取消管路中的螺紋節(jié)頭，改為焊接節(jié)頭，保證油路暢通。
3.4 提高鍋爐電除塵的效率，減少煙氣中飛灰的含量，從而減輕風(fēng)機(jī)的磨損；同時(shí)對(duì)后導(dǎo)葉和葉輪葉片采取防磨措施。
3.5 對(duì)電機(jī)軸瓦潤滑油增加冷卻裝置
3.5.1 在軸瓦油室內(nèi)加裝一個(gè)冷卻裝置，用工業(yè)水對(duì)油室內(nèi)的油進(jìn)行冷卻，采用此法主要是油室容積太小，其加裝的冷卻面積受限制，其冷卻效果不太理想。
3.5.2 在電機(jī)外增加一套油循環(huán)裝置，使其原油室內(nèi)不流動(dòng)的油得以循環(huán)冷卻。采用此法主要是要保證油循環(huán)的可靠和連續(xù)，防止油室內(nèi)缺油現(xiàn)象的產(chǎn)生。
3.5.3 提高軸瓦的檢修研刮質(zhì)量。
3.6 提高軸系找正的準(zhǔn)確度和精確度，選擇合理的彈性聯(lián)軸器，特別是要注意聯(lián)軸器中彈片的質(zhì)量，在聯(lián)軸器找正時(shí)必須保證其徑向位移值｜r1｜≤0.05 mm，軸向位移值｜a1｜≤0.4 mm，整個(gè)軸系找正后，使聯(lián)軸器沿軸線向電機(jī)側(cè)予拉長2～2.5 mm。
3.7 電氣保護(hù)系統(tǒng)的改進(jìn)措施
3.7.1 從電機(jī)中性點(diǎn)CT端子箱加一根6 mm2的銅芯控制電纜到開關(guān)保護(hù)室，減小中性點(diǎn)側(cè)CT二次負(fù)擔(dān)，從而降低差動(dòng)保護(hù)二次不平衡電流，防止保護(hù)誤動(dòng)作跳閘。
3.7.2 引風(fēng)機(jī)開關(guān)按鈕加裝防護(hù)罩。
3.8 選擇耐溫和耐磨的測溫元件引出線；安裝牢固可靠；電纜接線端子安裝牢固，減少接觸電阻。
3.9 加強(qiáng)靜葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)維護(hù)和內(nèi)部檢查，進(jìn)行定期調(diào)校。
3.10 加強(qiáng)和提高運(yùn)行操作水平，特別是在低負(fù)荷和2臺(tái)引風(fēng)機(jī)并列運(yùn)行時(shí)，采取以下的一些必要措施，防止喘振的發(fā)生。
a.單臺(tái)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)過程中，靜葉調(diào)整應(yīng)盡快通過15°的區(qū)域。
b.在鍋爐負(fù)荷低于額定出力的50％～60％，即機(jī)組負(fù)荷低于170 MW左右時(shí)，采用1臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行的方式。
c.當(dāng)機(jī)組負(fù)荷達(dá)到160～180 MW時(shí)，可進(jìn)行風(fēng)機(jī)的并列操作，并列前入口擋板處于全關(guān)位置，出口擋板處于全開位置，可調(diào)靜葉處于全關(guān)位置，啟動(dòng)被并風(fēng)機(jī)，待其啟動(dòng)電流返回穩(wěn)定后，同步開啟該風(fēng)機(jī)入口擋板和可調(diào)靜葉，并同??小原運(yùn)行風(fēng)機(jī)的入口靜葉，但其靜葉角度不得小于15°。
d.并列運(yùn)行的2臺(tái)風(fēng)機(jī)必須保證均衡的風(fēng)量，應(yīng)以風(fēng)機(jī)電流指示為準(zhǔn)（電流差小于5 A）。
e.由于可調(diào)靜葉的非線性調(diào)節(jié)特性，應(yīng)采取送風(fēng)機(jī)配合調(diào)節(jié)，以保證爐膛負(fù)壓和穩(wěn)定燃燒。
4 效果與建議
4.1 經(jīng)采取上述各項(xiàng)措施后，引風(fēng)機(jī)設(shè)備故障明顯減少，運(yùn)行趨于平穩(wěn)，可靠性有了較大的提高。從1998年11月到1999年9月近1 a的時(shí)間內(nèi)，沒有發(fā)生因控制系統(tǒng)誤跳引起的跳風(fēng)機(jī)事故，事故率由原來的13.2次/年下降到現(xiàn)在的4次/年。
4.2 建議對(duì)風(fēng)機(jī)軸承冷卻方式加以進(jìn)一步的改進(jìn)，以減少因軸承溫度而引發(fā)的風(fēng)機(jī)故障。
4.2.1 加大軸承冷卻風(fēng)量，降低冷卻風(fēng)溫，提高冷卻風(fēng)速。
4.2.2 對(duì)原軸承座結(jié)構(gòu)加以改造，將風(fēng)冷方式改為水冷方式。
4.2.3 改善軸承座的工作環(huán)境，對(duì)風(fēng)機(jī)風(fēng)道結(jié)構(gòu)加以改造或重新設(shè)計(jì)，將原內(nèi)置式軸承座改為外置式軸承座。
參考文獻(xiàn)
1 彭煒，王文海.大型軸流式引風(fēng)機(jī)的并列試驗(yàn)與喘振分析.動(dòng)力工程，1993（3）
來源：《湖南電力》》
