1 000 MW机组动叶可调轴流风机液压缸反馈结构改进

2014-09-10周黎明

综合智慧能源 2014年7期

周黎明

(神华广东国华粤电台山发电有限公司，广东台山 529228)

0 引言

神华广东国华粤电台山发电有限公司(以下简称台山发电公司)一期工程为5×600 MW亚临界机组，二期工程为2×1 000 MW超超临界机组。动叶可调轴流送风机安装了德国TLT公司生产的液压缸(336/100)，一次风机安装了德国TLT公司生产的液压缸(336/50)。

因动叶可调轴流式风机综合性能明显优于离心式风机，可广泛应用于大型火电机组送风机、一次风机及引风机等设备，一般由2台轴流式风机并联运行[1]。

在现场设备运行中，因动叶可调轴流送风机液压缸故障导致并联运行风机运行不稳定的情况时有发生。据不完全统计，在台山发电公司Ⅰ，Ⅱ期及国华系统内其他电厂发生过多次因液压缸反馈杆轴承损坏、风机运行中电流突然大幅度变化、风压及风量急剧波动和叶片开关失控的问题[2]，导致风机停运，甚至发生跳机故障(沿海电厂风机液压缸反馈轴承损坏机率高于内陆电厂)，各电厂事故统计情况见表1。

表1 各电厂液压缸反馈轴承损坏事件统计

通过分析实际运行中发生的故障统计可知，液压缸反馈轴承故障成为影响风机稳定运行的重要因素。

本文从液压缸工作原理及结构的角度出发，对反馈轴承故障原因进行了分析，同时对反馈结构提出了改进措施。

1 动叶可调轴流风机及液压缸工作原理

动叶可调轴流风机(以下简称动调风机)运行时，气流由系统管道流入风机进气箱后改变方向，经集流器收敛加速后流向叶轮。动叶的工作角度与叶栅距可无级调节，由此可改变风量、风压，满足工况变化的需求；气流经叶轮做功后，由轴向运动变为螺旋运动，流出的气流经后导叶转为轴向流动，再经扩压器流至系统，满足运行要求[3]。

当锅炉工况变化需要调节风量时，电信号传至伺服马达，使控制轴发生旋转，控制轴的旋转带动伺服阀向左或向右移动，压力油口与相应油道接通，回油口与相应油道接通。压力油从相应油道不断进入活塞一侧的液压缸内，使液压缸不断向左或向右移动。与此同时，活塞另一侧液压缸内的工作油从相应油道通过回油孔返回油箱[4]。

由于液压缸与叶轮上每个动叶片的调节杆相连，当液压缸向左或向右移动时，动叶的安装角增大或减小，轴流风机输送风量和风压也随之升高或降低[5]。

当液压缸向左或向右移动时，反馈杆(定位轴)亦向左或右移动，使伺服阀上齿条向右或左移动，从而使伺服阀将1，2油道的油孔堵住，使液压缸处在新工作位置下(即调节后动叶角度)不再移动，动叶片处在开大或关小的新状态下工作。在反馈过程中，反馈杆带动反馈齿轮及指示轴旋转，使其将动叶开大或关小的角度显示出来。液压缸结构如图1所示。

图1 液压缸结构示意

2 液压缸反馈轴承损坏的原因分析

液压缸在动作过程中，反馈杆球轴承运行工况较为恶劣、脆弱。轴承作用为连接反馈杆和双面齿条，运行中有与风机主轴相同的转速(送风机转速995 r/min、一次风机转速1 500 r/min)，同时在轴向移动过程中承受轴向力，驱动输入齿轮与反馈齿轮旋转。若输入齿轮与反馈齿轮及附属部件出现卡涩，可能是由于轴向力过大而使保持架受力冲击产生过载荷，保持架内部因疲劳而产生裂纹，甚至发生损坏[6]。

由理论计算滚珠轴承寿命所用的设计公式可知，轴承的理论寿命与轴承承受负载的3次方成正比[7]。反馈杆轴承损坏后，反馈杆失去作用，在调节动叶时，因无法形成反馈而使伺服阀关闭，从而出现动叶只能处于全开或全关位置的现象，不论怎样移动，反馈系统都不能将风机叶片的开关角度固定在任意位置上[8]。损坏的反馈杆轴承如图2所示。

图2 损坏的反馈杆轴承

由于台山发电公司靠近海边，盐雾较重且常年气候潮湿，液压缸暴露在自然环境中的转动部件(主要是反馈轴承部件)因锈蚀、积灰而在运行中发生卡涩，运行阻力增大，使液压缸反馈杆轴承轴向受力增大，轴承保持架受交变力冲击最终失效，导致液压缸反馈杆轴承损坏。

3 液压缸反馈轴承损坏的危害

尽管液压缸在移动，但就地机械指示并没有变化，所以不能及时或者根本不能封堵伺服阀的进油口1和进油口2，因而叶片就会一直向“+”向位移开启或向“-”向位移关闭，直至进油口1与进油口2偶然被封堵住或动叶直接全开、全关，这就导致了风机电流和液压油压力均大幅波动[9]。国内某电厂曾出现类似故障现象：5B一次风机电流有26 A波动(电流从104 A波动至78 A)，并开始振荡波动，同时冷、热一次风压大幅波动(4.8～7.0 kPa)[10]。

风机出现故障后，风机与管路出现不匹配的情况，管路中的气流来回振荡。当接近喘振工况时，由于气流脉动，通风机出口风量会产生剧烈波动[11]。若此时操作不合理，将导致风烟系统风压大幅波动，从而出现锅炉主燃料跳闸(MFT)。

4 液压缸反馈结构改进

4.1 改进思路

针对风机液压缸反馈杆轴承故障频发的情况，经调研及分析研究，利用机组停运机会对送风机、一次风机液压缸输出反馈连接形式进行改进，取消液压缸输出反馈齿轮，原位置采用加工后的部件封堵，在每次检修中，由热控专业人员校对风机动叶开度和风机动叶电动执行器减速机行程指示，并在动叶电动执行器减速机上做好各开度指示标记。改进后的液压缸结构如图3所示。

图3 改进后的液压缸结构示意

4.2 可行性分析

国内动叶可调轴流风机共有四大生产厂家：沈阳鼓风机集团有限公司(采用丹麦诺文科技术)、豪顿华工程有限公司(采用丹麦诺文科技术)、上海鼓风机有限公司(采用德国TLT公司技术)、成都电力机械厂(采用德国KKK公司技术)，四大生产厂家仅上海鼓风机有限公司动叶可调轴流风机液压缸设计有反馈齿轮及反馈杆轴承装置，其他3个生产厂家动叶可调轴流风机均无输出反馈指示。

通过取消液压缸输出反馈齿轮，使液压缸没有转动部件暴露在环境中，避免了液压缸转动部件因锈蚀、积灰等因素而在运行中发生卡涩，避免了液压缸反馈杆轴承因轴向受力增大、轴承保持架受交变力冲击损坏而发生液压缸故障。

对送风机、一次风机液压缸输出反馈连接形式改进后，不会对风机设备运行造成任何影响，且可以消除液压缸故障隐患，减少液压缸故障频率，提高机组运行可靠性，保证风机设备长期安全、稳定运行。

台山发电公司二期风机液压缸设备改进后，运行效果良好。

4.3 设备改进后出现的弊端及控制措施

4.3.1 设备改进后出现的弊端

(1)取消液压缸输出反馈齿轮后，风机动叶开度无法就地直观显示。

(2)原位置采用加工后的部件封堵时，螺栓长度不合适会导致一次风机液压缸内部拨叉被螺栓卡住，液压缸无法动作。

(3)采用加工后的部件封堵密封不良，导致液压缸漏油。

4.3.2 控制措施

(1)在每次检修中，由热控专业人员校对风机动叶开度与风机动叶电动执行器减速机行程指示，并在动叶电动执行器减速机上做好各开度指示标记。由运行人员在分散控制系统(DCS)盘上通过分析风机风量、电动机电流等数据监控风机运行状态；每次停机备用进行风机动叶防卡涩转动时，由检修人员开工单打开风机入孔门，确认动叶开、关动作情况。

(2)对液压缸反馈齿轮原位置采用加工后的部件封堵时，选择的螺栓要与原固定螺栓长度一致。

(3)对部件封堵密封面涂密封胶，对角紧固螺栓。