TLT轴流式风机机械故障原因分析.doc

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动叶可调轴流通风机机械故障原因分析
陈宜振/安徽华电宿州发电有限公司
尹民权/ 山东邹县发电厂
摘要：着重介绍了SAF28-18-16-1型轴流式动叶可调引风机安装、维修过程中存在的问题，以及引风机运行中出现机械故障的状态诊断、原因分析及处理。通过分析探讨找出原因和要注意的问题。
关键词：轴流式通风机；故障诊断；分析探讨
中国分类号：TH432.1 文献标识码：B
文章编号：1006-8155（2008）04-0068-06
Reason Analysis on Mechanical Fault in Axial-flow Fan with Adjustable Moving Blade
Abstract: This paper mainly introduces the problems existed in the process of installation and maintenance for SAF28-18-16-1 type axial-flow fan with adjustable moving blade, and aslo gives the status diagnosis, reason analysis and treatment for mechnical fault occurred in the process of fan running. The reasons and problems should be noted in the future are found out based on analysis and discussion.
Key words: axial-flow fan; fault diagnosis; analysis and discussion

1 概况
华电国际邹县发电厂总装机容量为2540MW，一期、二期工程4×30OMW机组是我国最早自行设计制造 (经改造后目前4台机组实际出力均为335MW) 的国产机组，4台锅炉全部为亚临界压力中间再热自然循环单炉膛燃煤汽包炉，分别于1985～1989年建成投产。每台锅炉配置两台轴流式引风机和送风机。
1#、2#、4#炉投产时配套设计安装的SAF28-18-16-1型引风机，均为上海鼓风机厂采用德国TLT技术生产的轴流式动叶可调风机（参数见表1）。3#炉投产时设计安装两台山东电力修造厂与英国詹姆斯豪登公司联合制造的AF1600/2992轴流式动叶可调风机。
1#、2#炉投产时配套设计安装的送风机，均为上海鼓风机厂采用德国TLT技术生产的轴流式动叶可调送风机（参数见表1）。3#、4#炉投产时配套设计安装的送风机为山东电力修造厂与英国詹姆斯豪登公司联合制造的轴流式动叶可调送风机。
由于种种原因，于2001年2月26日至6月30日，4#锅炉技改性大修时，将4#炉两台豪登送风机拆除更换为上海鼓风机厂制造的轴流式动叶可调送风机。在2002年2月16日至5月16日， 3#锅炉技改性大修时，将3#炉两台豪登送、引风机拆除，全部更换为上海鼓风机厂制造的轴流式动叶可调送、引风机。所有改造的风机配用原有电动机，同其它1#、2#锅炉送、引风机电机相同。

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收稿日期：2007-12-06 邹城市 273522

表1 TLT风机特性参数
序号
项目
引风机
送风机
备注
1
风机风量/（m3/h）
969645
489423
—
2
风机风压/ kPa
3.29
3.15
送风机不含消声器阻力
3
风机叶片调节范围/（°）
-30～+15
-20°～+20°
—
4
液压缸行程与直径
336/100
336/100
—
5
风机轮毂内径/ mm
1584
1334
—
6
风机内径/ mm
2818
2372
—
7
风机叶顶间隙/ mm
2.8+1.4
2.4+0.6
叶片在关闭位置
8
风机叶片数/个
16
16
—
9
风机功率/ kW
1050
750
—
10
风机效率/%
84
85
—
11
电机功率/ kW
1800
1000
—
12
电机转速/（r/min）
985
993
—
13
额定电压/ V
6000
6000
—
14
额定电流/ A
205
113
—
2 存在的问题
（1）随着发电机组容量的不断提高，也相应地提高了锅炉对送、引风机的要求，轴流式动叶可调风机效率高、耗电量低，而且具有良好的调节性能，已经在大型锅炉上广泛被采用。风机主要由进气室、机壳、轴承箱、转子、风量调节机构、扩压器等主要部件组成。
4台锅炉的送、引风机投产初期运行比较正常，经过近20年的运行，所发生的机械故障基本上都遵循浴盆曲线故障的规律（见图1）。
图1 浴盆曲线
运行年限
随机故障
早期故障
磨耗
（2）风机的转子属于风机核心部件，主要是轴承箱组件、轮毂组件和液压缸控制头组件的统称。不论是风机的工质、润滑油出现问题还是机械方面发生故障，最后都将体现在转子上，被迫停止风机运行进行抢修，为了缩短抢修时间，减少锅炉单侧风机运行带来的不经济和不安全。一般是直接将故障转子拆下来更换一台新转子。风机的转子解体检修工作量大，费用高，工艺复杂。通过图2的曲线可以看出，从投产以来转子的更换数量在不断增加，自从开展状态检修以来，特别是自从2002年开始，逐年下降，2005年没有更换一台转子。转子比较常见的故障体现在以下方面。
年份
图2 投产以来1#～4#炉更换转子及液压缸数量

① 风机漏油：主要是液压缸、控制头和轴承箱密封件或润滑油系统漏油，通过图2看出，从投产以来总共更换的50台转子（液压缸），根据笔者统计有40%转子（液压缸）属于密封漏油而更换解体的。由于受到技术、试验等方面的限制，风机的转子解体大修工作只能返制造厂，往往返厂解体大修一次费用20多万元。为了节约费用和抢修工期，只要转子内部没有问题，就只更换液压缸、控制头，从投产以来共更换液压缸18台。
②风机振动：由于受当时技术条件限制，风机投产没有装设振动自动测量装置，对于风机振动参数的采集主要靠人工利用仪器现场对机壳进行实际测量。引风机的振动一般分为突发振动和逐渐增大两种。前者多是在风机负荷变化频繁且幅度较大时，主要属于转子轮毂表面积灰突然脱落造成转子不平衡或锅炉高负荷（近年来由于煤质差锅炉经常用4套制粉系统）运行情况下；后者则主要属于机械方面的异常引起的振动大，同时还会伴有脉动异音出现。
③风机轴承温度高：引风机的轴承箱内驱动端装有两套轴承，即7340BMPUA向心推力轴承和NJ340EmiC3滚柱轴承，在非驱动端有一套NU340EmiC3滚柱轴承。运行规程规定引风机的轴承温度≥80℃报警，≥110℃跳闸。由于排烟温度偏高以及润滑油温度高等原因，导致引风机轴承温度时常在78～86℃之间运行。从投产以来引风机有5次是轴承温度高和异音问题更换转子。液压缸、控制头内轴承一般采用的是国产轴承，从投产以来更换82台液压缸，解体后发现液压缸主轴的6209轴承和控制头内调节杆的3200轴承破碎导致调节套卡涩不动的问题占50%以上。
④引风机叶片磨损：为了保证风机效率，引风机叶片顶部间隙设计在2.8+1.4mm范围内，投产初期阶段（1992年以前）电除尘器运行工况不稳定效率偏低，加重了引风机叶片的磨损。由于烟气含尘量高导致引风机叶片磨损，严重时沿叶片宽度磨掉1/2，致使引风机叶片叶顶间隙达到6.2mm以上。一套新叶片只用一年甚至更短时间（见表2），特别是2#炉甲引风机更换次数竟比其它风机高一倍以上。
表2 投产以来1#、2#、4#炉引风机叶片更换统计表

类别
引风机叶片更换时间
1#炉甲
87.4.28
89.4.23
90.10.27
94.5.8
98.5.15
—
—
1#炉乙
87.4.28
90.9.29
94.5.8
98.5.15
—
—
—
2#炉甲
88.5.13
89.5.14
90.5.31
90.9.22
91.12.16
92.12.17
94.6.23
98.5.20
99.11.23
—
—
—
—
—
2#炉乙
88.5.13
90.5.31
91.5.19
94.6.23
—
—
—
4#炉甲
92.5.15
96.6.10
02.9.24
—
—
—
—
4#炉乙
92.5.15
95.1.6
01.2.19
—
—
—
—
（3）风机叶片漂移：2002年以前很少发生叶片漂移现象，有时停炉检修时发现叶片角度不一致，在2003年11月， 3#炉甲引风机检修过程中，进行内部检查发现13#、14#叶片漂移（与其它叶片角度不一致）。2004年9月，3#锅炉检查性大修时甲引风机解体检查，进行叶片内外角度校对发现7个叶片调节不动。近年来运行中经常发生叶片漂移现象，2005年4月22日夜间停#3炉甲引风机，内部检查发现叶片漂移，其中有3个叶片关闭。2006年4月份3#锅炉小修，检查发现3#炉甲引风机有8个叶片角度差5°关不到底，乙引风机也有6个叶片漂移。
（4）引风机支撑环裂纹：风机转子轴承箱与风机机壳的固定由轴承箱两端的法兰用8个螺栓与机壳的壳体板固定。1#、2#、4#炉TLT引风机投产初期运行比较正常，从1998年起，发现1#炉乙引风机， 2#炉甲引风机机壳振动大并且接近超过规程规定值，发展比较快，吊开引风机上盖，检查发现轴承箱与下部机壳相固定的支撑环焊口出现裂纹，支撑环下部的支撑板和筋板均存在不同程度的开裂。1999年3月， 4#炉乙引风机振动振幅132μm，到4月19日停炉后解体发现，该引风机上机壳内推力侧上支撑环与轴承箱口环有明显的摩擦痕迹，承力侧上支撑环与轴承箱口环间隙大，由于振动大下壳体筋板开裂，加强筋板也裂开，壳体筋板虽然多次经过临时挖补焊接，但是不久又多次开裂导致机壳严重变形。2#炉甲引风机就因为支撑大环、下壳体筋板多次开裂焊补，长期振动大，最后于1999年9月，将2#炉甲引风机整套机壳全部更换。
3 常见故障原因分析
3.1 液压缸、控制头和轴承箱漏油
3.1.1 TLT轴流式引、送风机因其采用动叶可调结构，无形中增加了密封点。转子漏油主要分为长期运行中漏油和新更换的转子漏油两个方面，更换转子往往因为风机漏油，但风机轴承还比较完好。通过图2可看出投产以来更换的风机转子数量。投产初期漏油现象较轻，1995年前后转子更换出现第一次高峰（见图2），与锅炉负荷高，排烟温度高加剧了密封件的老化有关。锅炉排烟温度高，经常在170℃运行，最高时达220℃以上（虽然有密封、冷却风机），仍然会对密封件的使用寿命有影响，就容易出现漏油，还曾经发生过引风机控制头运行中漏油着火的事故，当然也与设备本身密封件的质量有关。1998年以后的第二次更换高峰（见图2），就是小修时也因时间、技术条件限制，无法对整个转子解体，运行中不能检修，所以返厂解体,并要求厂家对轴承骨架油封以及各动静结合部位的密封，全部选用进口件，厂家利用国产密封替代进口密封件，后来在监造时发现此问题。第三次高峰则在2001年以后，主要体现在3#、4#炉技改更换新引、送风机转子的质量差有关。在2002年2月，3#炉技改性大修更换安装了新引、送风机后，2002年5月11日12时10分，试运中发现3#炉甲送风机机壳中分面向外大量漏油（不到2h向油箱内补充约240kg机油），被迫又更换新转子。2004年3月25日， 3#炉乙送风机轴承箱漏油又被迫更换新转子，到2004年10月14日因轴承箱漏油再次更换转子（送风机转子一般可以使用8年以上）。从2002年2月3#炉技改性大修新风机投运至2006年6月底，3#炉甲引风机共更换两次转子，还更换过两次液压缸，而乙吸风机也更换过一台转子和一台液压缸。3#炉4年来更换的9台转子（液压缸）有5台属于漏油原因。虽然当时监造因为种种原因没有及时跟上，风机改造中润滑油系统管路全部更换，而油站的油管道采取灌沙加热方式弯制，在油系统安装完后，没有用高温蒸汽冲洗管路中杂质，油系统管路检修施工过程中，工作人员未用割刀而是用钢锯把管子锯开，管道焊接后一些杂质也会被携带进入油系统损伤密封件。
3.1.2 轴承箱漏油：密封件质量差和老化引起漏油。风机润滑油质不合格或恶化，轴承杂质进入油室损伤磨坏密封件，轴承箱骨架油封的压环外有锁紧螺母，由于锁紧螺母没有止退装置，运行中长期振动，锁紧螺母松动，导致骨架油封的压环松动引起漏油。
3.1.3 液压缸和控制头漏油：主要分为内漏和外漏。内漏主要是活塞及滑阀密封件故障造成动调卡涩与失灵。外漏则主要是密封件老化引起输出轴、输入轴透盖等密封漏油。油管道接头漏油一是质量问题；二是磨损造成。2005年4月4日，10：20 3#炉乙引风机吊开上盖，检查发现，控制头拉筋松开，磨坏泻油管接头漏油。2005年4月22日，23：30停用3#炉甲引风机，控制头拉筋松开，磨坏泻油管接头漏油。以上漏油严重无法消除则只得更换液压缸和控制头。
3.2 烟气的含尘量及叶片的磨损
引风机叶片磨损轻重除了与叶片制造工艺、耐磨涂层以及叶型等问题有密切的关系外，还与烟气中灰尘的含量过高以及烟气量偏大对叶片的磨损都有极大的影响。1990年2#炉乙引风机进口烟气挡板未完全开启运行3个月，烟气流量偏向甲侧造成叶片严重磨损（见表2）。除了以上原因影响叶片的寿命外，笔者通过对三期（6000MW机组）5#、6#锅炉引风机叶片磨损情况长期观察，发现该引风机叶片表面没有防磨涂层，已经运行了10年以上，叶片磨损轻微，经过仔细研究分析，不但与叶型及电除尘器效率高有关，主要与风机转速有关。三期引风机与一二期引风机属于同一种形式，同为16个叶片，三期引风机转速只有750 r/min，比一二期引风机转速低了近1/5。从图3看出，自从1997年推行点检制，特别是2000年开展状态检修以来，检修、运行质量和检修工艺有了明显的提高，引风机叶片寿命可以超过8年以上甚至更长。
年份
图3 投产以来1#、2#、4#炉引风机叶片（套）数量统计

3.3 风机振动
引风机运行中时常出现振动超出规程规定值，被迫更换备用转子，一般更换一台引风机转子约需要72h，如果突击加班抢修也得48h，特别是工作环境恶劣。由于更换过程中只能单侧风机运行，既影响了发电量，还威胁着锅炉的安全运行。转子（轴承箱）振动主要分为以下几个方面。
3.3.1 一般情况下风机校对完控制头同心度后将各调节螺栓紧固，为了防止控制头自身质量下垂而引起抖动，就利用一根支撑拉筋将控制头与支机固定，支撑拉筋的固定螺栓由于振动松脱，造成控制头同心度超出规定范围。控制头输入（输出）轴联结柱销和弹簧钢片磨损间隙过大或断裂，控制头同心度调节螺栓松动等。引风机转子与机壳的固定，由轴承箱两端的法兰用8个螺栓与机壳的壳体板固定，螺栓松动加剧了风机的振动。
3.3.2 除了风机轴承故障引起振动以外，主要是由于液压缸和控制头漏油导致轮毂表面不均匀积灰加剧，如果控制头不漏油，则轮毂表面积灰到一定厚度就会局部脱落同样造成引风机轮毂不平衡振动。轮毂表面积灰主要是控制头室空间的密封风量不能正常维持导致，引风机的密封风机至控制头室的通道（即引风机的出口空心静叶），在该风道内布置有3条进、回、泻油管道，在该风道出口用来固定3条油管道的一角钢支架（特别是2#炉甲引风机），该支架遮挡密封风机通道出口1/3面积，影响出风，加上角钢支架、油管道及固定卡子等容易堆积油灰，又减少了通风量，由于常年磨损引风机的出口（空心）静叶磨穿空气漏入烟气中，以上问题都会加剧轮毂表面积灰造成风机轮毂不平衡振动。
3.3.3 引风机转子轮毂上装有16个叶片，叶片的制作安装有着严格的工艺要求，叶片必须全面检查配对编号，导致风机叶片漂移的主要原因：一是制造和复装质量的影响，主要是叶柄与调节杆（曲臂）以及曲臂与滑块的锁紧螺母改型后紧力不足松动，叶柄7211轴承和曲臂滑块磨损间隙过大等导致叶片漂移；二是运行工况的影响，由于排烟温度偏高，致使转子内的润滑脂软化流淌或干结，加上叶柄密封不严积灰造成叶片卡涩等都会导致叶片漂移。
3.4 轴承温度高
一是润滑油中有杂质等润滑不良；二是轴承游隙大保持架磨损等导致轴承温度升高或传动机构齿轮卡涩。4台锅炉引风机的油站原设计安装的油冷却器，在当地使用换热量本身余量不大，加上引风机冷却水管道太细，又处在厂工业水系统的末端，由于长年运行，油冷却器以及冷却水管道结垢和淤泥等杂质堵塞，换热效率下降，每次停炉后都必须进行人工清洗。从1997年到2000年先后改进了冷却水系统，包括南北向母管φ57×4mm无缝管及油站进回水φ25mm支管，将油站冷却水管道加粗并更换。并且增加了一组油冷却器，原风机油站两台冷油器共用一套冷却水管，改为分别独立的两套冷却水管。还在油站的检修中将过滤器的清洗列为质量监督点进行验收。通过改进使油站油箱润滑油温度从52℃降至38℃，引风机轴承温度一般能保持在68℃以下。
3.5 锅炉排烟温度升高
引风机下机壳支撑环开裂一般不应经常发生，除了一般人们所了解的正常原因以外，分析主要是锅炉排烟温度升高：锅炉设计排烟温度134℃，由于种种原因，排烟温度逐年升高，锅炉负荷高时，时常在170℃运行，最高时达220℃以上，与环境温差大，特别是冬季。1#炉投产初期引风机机壳外设计安装有一保护罩（车衣），主要起到隔音、保温作用，所以对引风机机壳未采取保温措施，后来在检修工作中将保护罩（车衣）拆除，但是又没有对引风机机壳采取保温措施，至今一直使机壳裸露在外（3#炉原豪登引风机和三期TLT引风机外壳均有保温层）。冷却风机吹进转子箱体内的低温空气，同样会加大机壳支撑板内外侧温差，也是导致机壳严重变形的一个原因。
4 预防措施
（1） 对于轴流通风机的常见机械故障，特别是引风机，在日常维护和检修中，应确保转动机械的良好润滑。解体后发现润滑油中杂质最容易沉积在控制头内输入、输出轴传动齿轮处造成卡涩，消除振动是防止漏油的一项先决条件。严格执行给油脂标准，定期进行油脂化验，可以通过化验油中机械杂质含量判断劣化趋势，特别是润滑油系统检修中严格按照工艺标准执行。
（2）控制头输入（输出）轴联结柱销和弹簧钢片定期更换。对控制头采取有效的固定措施，确保控制头的同心度在规定范围内。定期检查控制头各密封，保持油压减少泄漏。液压缸或控制头内部油封不严密漏油，不仅影响伺服阀行程导致动叶开度失真，会造成动叶开关受限，内外角度不同。控制头下部有3条油管路接口，一条接进油管，一条接回油管，另一条接泻油管。3条管路不要接反，否则伺服机与输入轴不动还损伤密封件。
（3）提高检修工艺质量，防止叶片漂移，保证风机轴系中心在规程规定范围以内。润滑不良则会引起轴承故障导致振动加剧，根据笔者多年对风机振动的观察，发现通过分解风机垂直、轴向、水平3个方向的振动，就可以确定导致风机振动的部件和原因。
（4）利用每次停炉机会，及时清理轮毂表面积灰，也可以在风机上加装一套吹灰装置，运行中利用压缩空气进行不停机清灰。及时修复、改进引风机密封、冷却风机通道，确保畅通无阻。
（5）改善燃烧状况，降低排烟温度，改善引风机内部工作环境，在不恢复车衣的情况下，引风机机壳外部加上一层保温材料，减少内外部温差，在保温层外加上防雨铝皮。
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