浅析火电厂一次风机出口风道的振动故障及处理

2015-05-11龙航

中国新技术新产品 2015年18期

龙航

（中国能建湖南省火电建设公司，湖南长沙 410015）

某火力发电厂，设计为两台350WM自然循环亚临界燃煤锅炉机组，采取正压直吹式制粉系统，每台锅炉配备两台一次风机和五台中速辊式磨煤机。一次风机的入口通过消音器和进口风道连接大气，出口直接与三分仓回转式空气预热器相连，采用暖风器预热，未设置热风再循环管道。

一次风道的主要设计：两侧风道在连接空预器弯头处各引出一根管道分别通往密封风机经增压后作为机组密封风，另一路在炉前冷风道联络管汇集后，通往磨煤机入口热一次风管，作为调温风。一次风机出口通过一个矩形偏心大小头变径为2000×3000mm水平直管段，距离风机出口约7.5m先后布置暖风器，电动挡板门。水平管段通过一个90°矩形弯头连接一个矩形大小头变径为4722×3696mm直管段连接空预器冷一次风道接口。风道选用4mm钢板，材质为Q235A，现场制作组合。风道水平管段采用固定支架与滑动支架间隔的支架形式。

风机的设计：一次风机为单吸入双支撑离心式风机，型号RJ48-SW2370F。风机入口介质温度为20℃，入口介质密度为1.03kg/m³，风机转速为1486r/min，全压为17358Pa，流量为281721m³/s。后弯式叶轮进行风机导叶调节，叶片为十片弯曲板式圆弧形。

一、一次风机出口风道振动情况简介

自从该火电厂的锅炉投入使用以来，每次运行一次风机的时候，出口风道的位置都会发生剧烈的低频振动，同时，在风道周围还伴有低沉的轰鸣声，最大声压在距离风道1m处，达到了117dB。经检查风机入口段及风机本体的运行状况正常。风道振动除了会产生危害人体健康的工业噪声，同时也会带来长期巨大的交变应力给冷风道钢板，使其金属产生疲劳，从而引起风道焊接开裂，出现漏风现象。对此，火电厂曾经多次被迫进行降负荷补焊裂缝，对锅炉的正常运行造成了很大的影响。

在运行过程中，如果风机入口挡板为76%的开度，风机出口的前半段振动值振幅较大。尤其是在大小头的位置，经过测量发现，振幅超过0.2mm的有58个点，超过0.3mm的有48个点，超过0.5mm的有33个点，超过1mm的有15个点。具体情况如图3和图4所示。

二、风道振动故障的原因分析

在大多数情况下，风道振动故障主要是由于风道中气流脉动的频率与风道固有的频率相同和接近，从而产生共鸣，引起振动。如果振动的原因并不是由于机械不平衡的原因产生的，就可以对气流脉动的根源问题进行查找和研究，利用相应手段，对脉动进行消除，会对频率进行改变，防止二者再发生共振现象，从而消除振动故障。不过，从实际情况上来看，一次风机和入口风道的运行状态正常，振动十分轻微。而在风机出口挡板的软连接后面，是主要的振动区域。从扩压断入口向后，振动越来越大，如果增加风机的符合，振动也会增大。由于火电厂厂房的限制，风道的结构中存在很多距离较近的死角和弯头，很容易形成涡流。因此，对Gambit三维建模进行利用，通过Fluent软件对一次风道内部气体的流场进行了模拟计算和分析。经过分析，风道振动故障的出现原因主要有以下几个方面：

（一）风道结构存在问题

在火电厂当初进行建设规划的时候，由于空间和场地的因素考虑过多，使得出口位置的风箱过于紧凑的进行了布置，造成了通流面变化较多，旋转强度较高、风道弯头较多。这样，十分明显的影响了风道流体特性，因而引发了风道振动的故障情况。

（二）风道中障碍物产生涡街而引起的气流脉动

在风道内部，中心连接部分的十字支撑是一块面积较大的钢板，低压区在其背面形成，因而卡门涡街这种不对称的脱体涡流就会在其边缘产生，进而造成了气流脉动。通过对风道进行数值模拟图像，能够清晰的认识到这一点。

（三）弯头引起的二次流和涡流

当气流流经风道内的弯管时，管道外侧的气流流速较低、压力较高，而管道内侧的气流流速较高、压力较低，因此气流形成的二次流为双螺旋流动的形式，从而在弯头的前部和后部形成局部的涡流区，造成风道的振动。

（四）管道扩张引起的涡流扰动

如果风道中存在着扩张角较大的位置，当气流流经的时候，会形成旋窝在管道壁面的位置，其具体的原理与流体在凸形表面流过时产生分离现象的过程相类似。而这种情况，也是造成风道振动故障的主要原因之一。

（五）模拟分析

利用Gambit软件进行三维建模，通过Fluent软件模拟和计算一次风道内部的气体流场。通过计算第一个水平矩形段和大小头段所得出的结果，可以看出，在风道内部，存在着较为严重的气流速度分布不均匀的现象。同时，会形成强涡流中心区在支撑杆的扁钢外边缘位置，这样，将会极大的减小气体的有效通流面积，形成漩涡区在靠近风道的避免位置，从而造成风道振动情况。当气流在弯管中流过的时候，由于外侧气流流速较低、压力较高，内侧气流流速较高、压力较低，风道当中存在着严重的气流分布不均匀现象，局部存在着强涡流区。这种情况也是引发风道振动的主要原因之一。

三、风道振动故障的处理方案

（一）在弯头处加装导流板

在弯头的适当位置，可以加装导流板。这样，不但能够起到良好的导流作用，促使整个流场变得稳定、均匀，还能够对风道荷重进行增加，使风道的固有频率发生改变。导流板的安装，可以在风道中进行数个流道的分隔，在各个流道当中，可以对气体流动的均匀性进行保证，使流道内产生的涡流减少。同时，导流板的加装还能够有效的减少流道截面的变化量，降低相应的压力脉动量，能够很好的解决风道振动的情况。由于矩形弯头横截面尺寸较大，导流板长度达3.2m。现场在导流板的设计和施工上采取了：

（1）对导流板的迎风面加装弧形板，减小导流板的迎风面积。防止运行时间过长，导致导流板撕裂损坏。

（2）同组导流板之间采用管撑进行连接。使之成为一个整体，这样也明显的增加了导流板的强度和使用寿命。

（二）风道内测加装支撑杆

加装支撑杆在风道内测，能够有效的消除风道振动。在风道内部，采用的圆管直径为60mm、厚度为4mm，在风道中心线上以500mm的间距对风道的4个面进行支撑。在具体的施工过程中，可以根据有关部门办法的技术规定，对加固肋和零件造型进行设计和确定，相邻的加固肋用槽钢连接形成整体。内撑杆采用的扁钢，其宽度应当比圆管宽1mm-2mm左右，这样，不但能够对风道中的能量损失和阻力进行有效控制，同时也能够对卡门涡街造成的振动现象进行抑制。