双级动叶可调轴流风机叶片不同步问题处理方式研究

双级动叶可调轴流风机叶片不同步问题处理方式研究

李帅

内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司

内蒙古自治区呼和浩特市托克托县 010206

摘要：现代火力发电机组运行中，风机是重要的辅机设备之一，动叶可调轴流风机由于性能曲线较为优异，在变工况状态下依然能够保持高效运行状态，逐渐成为大型火电机组送、引风机的首要选择。但是由于动叶可调轴流风机结构复杂性，在出现运行故障时，也会带来较大经济损失。本文以某火电厂动叶可调轴流风机叶片不同步问题，在说明风机组成及运行原理基础上，说明故障检查、原因分析及改进优化的一般方式，以此为同类问题运维检修工作开展提供参考，为提升机组安全运行水平起到应有促进作用。

关键词：双级动叶可调轴流风机；叶片；不同步

某火电厂超超临界机组中，一次风机配置为双级动叶可调轴流式风机，在运行中出现叶片不同步问题，导致机组无法安全稳定运行。在一次风机出现故障时，极为容易跳闸而导致磨煤机风量不足、燃料失去，对机组运行质量和安全产生负面影响。当前理论层面关于火电厂双级动叶可调轴流风机叶片不同步问题的研究还不够深入，在运行管理中出现这方面问题，应当根据实际情况做好检查，准确分析问题产生愿意，通过采取针对性措施，及时消除故障，确保机组能够安全稳定运行。

1、双级动叶可调轴流风机的组成和运行原理

1.1 双级动叶可调轴流风机的结构组成

双级动叶可调轴流风机具有流量大、压头小等特征，在大型火电机组中具有较为广泛的应用[1]。通常而言，风机整体关键结构主要包括如下组成部分：（1）叶轮，主要是在旋转模式下产生升力作用，对内流气体做功，将机械能传递至内流气体。将叶片安装在轮毂上，并在其带动下进行旋转，形成完整的叶轮。轮毂有球形、圆柱形及圆锥形等三种，其中球形轮毂最为常用，能够使叶片在任意角度下保持固定间隙，以有效规避流体在该部位的泄漏损失。（2）进气箱与集流器，前者能够使径向流入的气体轴向流出，后者则直接连接于进气箱出口部位，确保叶轮进口断面的气流能够保持均匀分布，有效减少气流损失。（3）导叶，依据安装位置不同可以分为前导叶和后导叶。前导叶是通过负预旋作用，使进入叶轮的气流发生偏转。动叶可调式轴流风机中，通常只安装后导叶，其作用是通过改变叶轮出口部位旋转气流的流动方向，能够将部分偏转气流的动能转化为静压能，以此能够有效减少气流运行中的流动损失。（4）扩压器，其作用是通过将流出流体的部分动能，转化为压力能力，以有效提升风机内流效率，提升机组运行效益水平。

1.2 双级动叶可调轴流风机的运行原理

轴流风机运行的基本原理，是在翼型叶片旋转产生的升力作用下，使进入系统的气体以轴向螺旋方式向前运动，发生偏转的气体在后导叶整流作用下，重新转化为轴向流动，再进入扩压器内。在扩压作用下，动能再次转化为压力能并进入工作管路，同时在压差作用下，使风机进口处的气体不断被吸入，以此达到气体轴向流入叶轮并轴向流出的效果。在动叶可调轴流风机运行中，利用液压调节系统，托盘及叶片调节机构等共同作用下，改变叶片安装角，使风机性能曲线保持在合适范围内，能够使风机稳定在某一工况状态下，以最为高效的方式运行[2]。一次风机中使用的动叶可调轴流风机，叶片动作执行，是在开度增大时，根据DCS系统所发出的指令，驱动曲柄、拉叉、旋转油封及液压钢座、芯轴等向后移动，并带动前、后叶片同时动作，以更好的满足实际工况运行要求。开度减小时的顺序与上述顺序相反，

2、不同步问题及解体检查

2.1 不同步问题现象

机组运行过程中，运维人员发现一次动叶开度偏差达到6%情形下，两侧电流无法到达平衡状态，但初步检查中，未发现有风机振动或异响等异常现象发生。采取更换执行机构方式进行初步处理，初步排除电动头故障，检查风机连杆、旋转油封及拉叉等部位，也无异常现象发生。但是在次日运行中，其中一台一次风机开始出现间断性嗡嗡噪音，每次持续时间在10秒钟左右，在距离20m时，既能够听到较为显著的噪音。通过检查该风机运行状态，发现出口风压、流量及振动参数等，均呈现较为频繁的周期性变化，变化周期与声音异常特征较为一致。利用技术手段检测风机本体法兰面的振动幅值，结果显示在声音异常时，会伴随振动突升现象。利用振动频谱分析，可以看出风机各个振动分量保持在22倍频左右，与该风机22只叶片不同步直接相关。通过查阅一次风机出口温度历史数据，故障发生时两台一次风机温度差异为2~3℃。以此可以看出，叶片不同步是导致风机异常振动的关键原因。在风机运行中，前后叶片开度的不同步，会导致风机性能曲线产生不确定性变化，性能曲线驼峰型的峰值点发生偏移，稳定工作区间也会随之改变。在偏离稳定区间后，会导致风机气流紊乱，出口压力、运行噪音、振动现象等，都呈现出类似喘振的周期性变化特征。以此不仅导致风机运行效率显著下降，还会导致气流温度升高，锅炉无法保持正常运行状态。

2.2 解体检查

为进一步准确判定风机叶片不同步问题产生原因，对出现故障的风机进行解体检查，发现在动叶执行机构显示全关情形下，前级叶片较之后级叶片的开度要大15°左右。检查发现前级轮毂的芯轴与调节盘、锁紧螺母等，均明显有滑牙现象，锁紧螺母的螺纹接近全部脱落。在动叶执行机构开度增加时，后级叶片也会随指令要求而增加开度，但是前级叶片难以与芯轴保持同步动作，实际开度明显飘移，前后级叶片开度不一致，且偏差值会随时发生变化。同时在检查中还发现，前、后级轮毂的叶片轴衬套出现不同数量的甩出，甩出长度介于5~10mm之间。在出现轴衬套甩出现象时，会导致风机动叶片开关卡涩，出力水平达不到设计要求。

2.3 不同步原因分析

本机组中一次风机叶片轴衬套采用涨套形式设计，在运行中轴衬套会受离心力作用，与叶片轴的轴径圆弧部位，导致挤压变形问题。结合相关运维经验及同类故障研究，在叶片轴衬套与轴摩擦、滑块与导环摩擦、叶片与轮毂摩擦等多种摩擦力作用下，在叶片轴承出现锈蚀、油脂干涸导致润滑度不足等情形下，都会导致一次风机叶片动作卡阻，进而导致叶片不同问题。在前序解体分析中发现，本风机只是在轴衬套甩出与轴摩擦部位，出现过度摩擦现象，其他部位未发现有过度摩擦现象。在恢复叶片轴衬套后，风机恢复正常运行状态。从一次风机动叶执行机构运行原理可以看出，在执行动作时，是依照液压缸动作、芯轴螺纹、调节盘、前级推力盘、叶片轴的顺序，依次作用完成整体运行。如在运行中叶片轴动作卡阻，必然会由于逆向作用而导致液压缸推力显著增加，这种状态下，芯轴螺纹所承受的媒介传递力也会显著增加。在芯轴螺纹出现滑牙时，必然会造成一次风机叶片轴衬套甩出，进而造成风机叶片不同步，出现显著的振动及噪音问题，机组运行安全受到威胁。

3、不同步问题的改进措施及效果

3.1 轮毂结构改造

1000MW等级机组运行中，风机叶片轴衬套甩出概率较之低等级机组比例较低，其主要原因在于机组等级越高，一次风机的轮毂直径也就越大，在运行中对叶片轴衬套产生的离心力也就越大，如出现甩出现象，必然会导致叶片卡阻[3]。在之前出现同类事故时，曾采用在叶片轴衬套外侧涂抹金属胶、增加凸点、在安装孔外侧轮毂部位打涨孔等方式进行处理，但处理效果明显欠缺，在后续运行中依然会持续出现甩出问题。而采用加装定位挡圈方式，能够达到较好的处理效果，叶片轴衬套不再甩出。因此在本次事故中，同样采取这种方式并结合更换相关零部件等方式，进行系统性处理，以此实现对叶片不同步新乡的有效控制，有效提升机组安全运行水平。

3.2 现场其他处理措施

在双级动叶可调轴流风机出现不同步问题时，也会对现场设备或其他零部件性能产生不同形式的影响，会出现难以发现的隐性故障。因此在对轮毂结构进行改造的同时，还需要做好相关方面检测，根据实际情况采取必要的处理措施，从整体上消除故障发生隐患[4]。针对不同步问题发生情况，在具体运维检修工作中，可以采取如下措施：

一是将叶柄根部、轮毂叶柄孔等部位存在的积灰、铁屑及高温碳化作用下形成的颗粒物清除干净，打磨出现磨损的轮毂叶柄孔，确保无高点或毛刺现象。如原运行中使用钢环密封，可以改为石墨聚乙烯材料密封环，以尽量消除轮毂叶柄孔部位的磨损现象。

二是在原有运行结构中，O形密封圈出现塑性变形现象，应当更换为氟橡胶材料的密封圈，以更好的适应运行温度变化较大、密封圈变形而导致的密封性不足问题。

三是如芯轴出现弯曲现象，应当更换为性能更加的芯轴，确保转子组能够保持良好的平衡和气流状态。

四是如果静叶片与机壳焊接部位出现开裂现象，应当遵循相关技术规范要求，采取合适的补焊措施，以有效规避静叶片脱落风险，导致动叶片受损。

五是在重新安装作业时，在轮毂叶柄孔及叶片密封部位，需涂抹合适的润滑脂，在装配作业前，使用硅油浸泡密封圈，避免润滑有受高温环境影响出现碳化现象，也能够提升密封圈装配效果。

3.3 实施效果

在采取综合性处理方案后，风机在后续运行中持续保持良好运行状态，风机出力、电流等参数能够保持在设计要求范围内，没有再发生叶片衬套甩出及其他原因导致的叶片不同步现象，有效提升风机运行水平，为机组安全稳定运行提供有效保障。

4、结束语

双级动叶可调轴流风机运行中，叶片不同步对机组运行安全产生的影响较为显著，因此在运维管理工作开展中，必须要加强这方面问题重视力度，创新优化运维工作方式，采取合适手段查找问题产生根本原因，并根据实际情况制定完善的处理方案，以此才能有效消除叶片不同步问题发生隐患，有效提升机组安全稳定运行水平。

参考文献

[1]项岱军,石清鑫,王星.动叶可调轴流式风机叶片全三维气动优化方法研究[J].风机技术,2023,65(S1):72-77.

[2]张春猛,张振存,黄文斌,等.动叶可调轴流风机叶片不同步问题的分析与处理[J].设备管理与维修,2023(11):55-56.

[3]林森,马伯洲,庄吉法,等.双级动叶可调式轴流引风机故障分析[J].电力安全技术,2022,24(05):22-24.

[4]闫飞,陈溪松.双级可调轴流一次风机叶片不同步故障分析及改进措施[J].电站系统工程,2022,38(02):76-78+82.