托电#12炉静叶可调轴流风机静叶掉落分析及防范措施

赵博

【摘要】本文介绍了内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司300MW机组锅炉引风机在运行过程中静叶脱落，导致机组被迫降负荷，影响机组经济性和设备的安全。针对该问题从设计构造方面分析原因，提出轴流风机可调静叶脱落的技术改进措施，从根本上解决可调轴流风机静叶脱落问题。

【关键词】轴流引风机；可调静叶脱落；技术改造

随着大容量高参数机组的日益普及，大容量机组的运行安全对电网的安全影响逐步加大，在大容量机组中因重要辅机异常故障导致机组发生降出力、灭火、跳闸的事故时有发生。可见处理好重要辅机的事故对稳定机组安全运行起着相当重要的作用；而风烟系统设备的稳定运行对锅炉的稳定燃烧有着十分重要的影响。风烟系统设备故障直接影响锅炉的燃烧、制粉系统的出力、脱硫及辅控外围设备的稳定运行；如果处理不当可能会导致锅炉灭火等事故的发生。现根据实际情况，本文对托电#12炉静叶可调轴流引风机静叶掉落事故案例进行全面分析并提出相应的整改措施。

1、机组概况

本期机组为2×300MW湿冷汽轮发电机组。本机组采用哈尔滨锅炉厂有限责任公司生产的（28-VI（T）-SMR）二台容克式三分仓回转式空气预热器，成都电力机械厂生产（AN25e6）二台静叶可调轴流式引风机，成都电力机械厂生产（AP1-19/11）二台动叶可调轴流式送风机，成都电力机械厂生产（65-2X29-14N022.5F）二台双吸离心式一次风机，北京电力设备厂生产（ZGM95G）五台中速辊式磨煤机，沈阳高科电力设备有限公司（MF9-10-15NO.14D）二台密封风机，二台布袋式除尘器，一台干式排渣机。每台引风机有24片可调静叶（前导叶）叶片。

2、引风机设备概况

2.1 引风机结构及工作原理。AN系列轴流通风机由进气箱、大小集流器、进口导叶（前导叶）、机壳装配（叶轮外壳和后导叶组件）、转动组（传扭中间轴、联轴器、叶轮、主轴承装配）、擴压器、冷风管路和润滑管路等组成。AN风机工作时，气流由风道进入风机进气箱，经过收敛和预旋后，叶轮对气流作功，后导叶又将气流的螺旋运动转化为轴向运动，并在扩压器内将气体的大部分动能转化成系统所需的静压能，从而完成风机的工作过程。

轴流通风机的运行范围是受失速线的限制。如果超过此极限，首先就必然使叶片处的气流出现局部分离。当风机内存在一定量涡流时，就可能产生‘喘振。

当系统的阻力线位于性能曲线图中的失速线的上方时，由于不稳定性的出现，则通风机就不可能在相应的压力、流量范围的工况点运行。如果机器在非稳定区运行，将使叶片产生激振，会导致疲劳断裂。

我们已在特性曲线图上标出了通风机的工况点，可以保证其在适当的操作条件下在稳定区运行。

2.2 引风机入口静叶相关概况。引风机的入口静叶是由悬臂拉杆连接用螺母固定的。引风机采用安装在叶轮上游的进口导叶改变运行工况。轴向方向的气流用可以旋转的进口导叶，按照叶轮的旋转方向或其相反方向进行导向。进口导叶在运行过程中可通过执行机构设定一个合适的角度来调节流体。进口导叶的行程范围可用调节限位装置分别调至-75°（关闭）和+30°（全开）予以限定。采用带遥控的执行机构来调节进口导叶的话，该机构的行程是以不应撞击导叶止块而限定的。

3、引风机静叶脱落事故分析

事故前运行工况：负荷270MW，A BCDE磨煤机运行，煤量165/h，大机阀位82%

负压-50Pa左右，AB引风机静叶开席分别为79%，83%

3.1 引风机静叶掉落故障现象。B引风机静叶掉落时，风机的电流，振动都发生的异常的的变化（见表1、表2）负压摆动幅度大。

3.2 事故处理经过

3.2.1 运行人员结合风机振动大，出力降低，负压波动大，初步怀疑B引风机进入不稳定工况运行区可能失速，手动解风机自动，降负荷减少A B引风机静叶开度，在减少B引风机静叶时负压电流都降低了，排除了引风机静叶拉杆销子脱落，就地检查引风机静叶执行机构连杆销子活动正常无断裂脱开异常，后缓慢加B引风机静叶，电流在147A无变化，检查风机电机各参数均无异常，降负荷风机重新并列后升负荷至225MW B引风机静叶开度77%，电流147A（B引风机静叶再往大开电流无变化），A引风机静叶开度58%。

3.2.2 就地检查炉膛空预器有无漏风现象，空预器出入口差压，引风机出入口差压均在正常范围内，且无增大趋势，引风机出入口档板在全开位无异常，布袋除尘器和脱硫增压风机均无异常且无任何操作。

3.2.3 结合B引风机电流瞬间增大后降低，振动突增后降，排除了风机失速和静叶悬臂拉杆销子无脱落，运行人员分析可能风机内部有故障。

3.2.4 停运B引风机检查风机内部（在停运过程中B引风机时静叶卡在38%关不回，就地手摇也无效），检查发现有一片静叶片已脱落导致12片静叶片不同的损坏，叶片边部被折回（导致在停运过程中B引风机静叶卡在38%关不回）。检修处理过程：将损坏静叶严重部位割除，割除部位的开口处用电焊加固。较轻部分进行修复。其中有一片（掉落那片）已成碎片无法修复、更换无备件（维护告无备件），现在风机内部缺一片。全部修复完成后静叶重新定位进行传动正常，现A、B引风机开度在52%之前偏差不大，其后逐渐增大，当B引风机开度90%时电流170A，A引风机开度77%时电流175A两风机偏差最大。

3.3 静叶掉落的原因

3.3.1 静叶掉落参数变化分析：电流涨了一下后又降了，振动增大，B引风机静叶开到78%后电流到147A后，再开静叶电流无变化，开静叶电流无变化，B引风机出力明显减少可能是引风机静叶掉落，在引风机作用下，强大的气流将掉落的叶片吸到叶轮上吸到动叶上，这样掉落的那片静叶动叶叶轮打成碎片后又被打回，后造成导致振动异常增大后又下降，电流也涨了一下后又下降。

（1）AN25e6轴流风机前导叶是悬臂连接固定的，其顶端由两颗螺钉与调节机构连接短轴固定，而另一端靠近中芯筒，但与中芯筒未有任何固定连接，如图1所示。由表1所知，引风机的额定转993r/min，转速较高，前导叶受轴向力很大，由于其机构是悬臂的，在运行调节开、关过程中，容易晃动。在长周期运行中，前导叶的不停晃动造成了叶片连接螺栓及螺栓处叶片金属疲劳损坏静叶脱落。

（2）向该风机生产厂家成都电力机械厂咨询后得知：AN250e6型风机前导叶均采用此机构，但是设计转速在700r/min左右。该厂的AN250e6型引風机转速为993r/min，由于转速高，全压大，风机前导叶前后产生的静压差Δpst就大，有公式PZ=Δpstιt看出，叶片所受的轴向力PZ与叶片产生的静压差、叶片长度ι和叶片平均半径圆周上的节距t有关，因此转速越高，叶片所受到的轴向力越大。前导叶受力的强度按通用转速700r/min设计计算，当转速为993r/min时，该受力点强度不能满足运行要求，长时间风机安全运行。

3.3.2 静叶掉落原因：引风机的入口静叶是由悬臂拉杆连接用螺母固定的，引风机的转速很高，静叶所受的轴向力很大，由于悬臂拉杆在风机运行时随静叶的开席而频繁动作，长期运行时拉杆就容易晃动，固定的螺母就会松动，甚至损坏，长期作用力下静叶叶片和固定的螺母易金属疲劳就容易发生变形脱落。这次B引风机静叶叶片掉落就是固定某片静叶的两条螺丝掉了一条造成的。由于风机的转速高，因风机转速高，全压大，风叶叶片所受轴向力越大，该受力点强度在长期运行作用力的作用下，不能满足运行要求叶片的受力点就会疲劳损坏，就容易好好发生叶片脱落。

3.3.3 综上所述，叶片掉落的原因为风机的静叶片在轴流风机高转速下所受的轴向作用力的作用下，静叶片的受力点所承受的耐力强度不够，易金属疲劳所致。

4、技改措施

根据上述分析可知，静叶片断裂脱落的根本原因是通用转速下入口静叶单端受力点设计强度与实际工作转速的风机静叶受力点设计强度不符。于是对入口静叶的结构进行改造，将原来的单端受力固定结构改为两端连接受力固定结构。在中心筒端，每一块静叶片加装1个不影响静叶调节的凸臼装置，凸臼装置由销座与插销两部分组成，销座为 20×5mm圆筒体结构，插销为 16×50mm圆钢，销座与中心筒焊接连接，插销与静叶片顶端焊接，将销子插入销座四周留有2mm间隙，销子与中心筒留有4mm间隙保证热膨胀及调节时不卡涩，另外将静叶片与调节轴连接螺栓点焊防止螺栓松脱。结构改进后，静叶片轴向受力点发生变化，由原来的悬臂受力变成两端受力，静叶与调节轴连接处的螺栓轴向力减小，保证了风机的安全运行。

5、防范整改措施

增加风机静叶的耐压强度；将静叶执行机构固定的螺母连接处补焊铁块，增加强度，将螺栓焊死，防止螺栓松动脱落；停机后对引风机入口静叶，叶轮叶片和调节阀的磨损程度进行检验；确保静叶执行器操作可使所有进口导叶调整一致；检查进口静叶连杆接头的磨损，必要时加以润滑；检查叶轮的积灰、锈蚀和磨损，并清理干净；检查叶片焊缝有无裂纹；清理导叶并检查其磨损；检查并润滑进口导叶连接杆机构，检查风机悬臂拉杆销子有无脱落；清理进、出口管路。

6、结束语

本次引风机静叶脱落事故给机组损失了严重的经济效益；导致机组被迫降出力影响机组负荷；在处理事故中投油助燃稳定机组运行；随后引风机被迫停运；静叶进行技术改造给机组带来了相当严重的经济损失。通过此次引风机静叶改造后风机运行状况稳定，保证了引风机的安全运行。同时本文通过分析引风机静叶掉落时现象原因及预防措施，给运行人员准确判断处理引风机故障提供有力的依据，为事故处理赢得了时间，保证设备的安全运行。