某燃气轮机88BN风机工况调整

金纬

（江苏华电能源有限公司望亭发电分公司，江苏 苏州 215155）

0 引言

GE公司生产的9FA级燃气轮机是目前我国重型燃气轮机中的主力机组。该型号的机组有一套密封和冷却空气系统，包括88BN和88TK等风机。由于这些风机的联锁保护与机组的保护逻辑关联，所以技术人员对这类风机的运行参数比较关注。某厂的88BN风机在2019年出现了运行电流小幅超标的现象，在排除了常规故障原因后，通过对风机集流器与叶轮配合间隙的调整，解决了运行电流偏高的问题，同时还带来了一定的节能效益。

1 设备介绍和问题分析

1.1 设备概况

某厂1、2号机组为9FA级燃气-蒸汽联合循环机组（GE STAG 109FA-SS），机岛设备采用PG9351FA型燃气轮机、D10型蒸汽轮机和390H型发电机，单轴室内布置。该机组冷却和密封空气系统包含2台离心风机（88BN-1A、1B）向排气机架冷却歧管和2号轴承区提供空气。风机的进风箱上安装有进气格栅式滤网，风机和进风风道对称布置，叶轮都为后弯式，2台风机的输出都通过1个单转向止回阀。88BN风机主要参数见表1。

表1 88BN风机主要参数

1.2 设备故障分析

2019年下半年以来，88BN风机运行情况较稳定。但是无论是在机组运行或备用状态下启动风机，88BN风机电流经常超额定电流1~1.5A。由于2台燃气轮机的4台88BN都有此类超电流的现象，基于安全生产，技术人员从电气和机务两方面查找问题。技术人员通过电气仪表校验4台88BN风机电动机本身的绕组绝缘和电动机控制系统回路的电气元件，经过校验排除了电气系统的故障。

机务方面首先风机进气滤网进行了吹扫，盘动风机马达无卡涩、轻重现象。然后启动风机后检查振动情况，检测结果是4台88BN风机振幅值只有0.015mm。由于是对称布置，2台风机转向相反，启动后发现风机转向也无误[1]。经过初步排查，风机电流始终高于额定电流1~1.5A，且运行平稳。最后，技术人员判断电流偏大的原因可能是风机长时间运行和频繁启停，导致风机通流部分动静配合间隙变化，需要将风机从风壳中吊出检查风机叶轮和风机进口风道集流器，并对其相关数据进行测量。

2 风机通流部分结构参数分析

2.1 集流器

目前高效离心风机普遍装有集流器，其作用在于保证气流均匀地充满叶轮的进口端面，并且使风机进口处的阻力尽量减少。集流器对风机工况的影响视叶轮出口断面被气流充满程度而定。88BN风机选用的集流器是采用一种圆锥型（近似流线型）进口带有小圆弧扩散出口的缩放体集流器[2]。气流进入集流器后逐步加速在剧烈收敛的喉部造成较高的速度，使之有较大的冲量和形成较高的真空度，这样气体能够均匀地充满叶轮后盘进入风道，也使气体在较短的时间内较多得进入叶轮。因此能使集流器出来的气流均匀地充满整个叶轮的叶道中，同时在这种缩放体集流器中，气流是缓慢加速再均匀地扩散，所以流动损失较少。

2.2 间隙调整

图1所示为88BN风机叶轮与集流器相对位置图。由于风机壳中的气体压力高于叶轮进口处的压力，气流在此压力差影响下经过间隙Q2回到叶轮进口，该间隙Q2也叫做循环间隙。理论上讲，离心风机叶轮与集流器相对间隙Q1，即叶轮与集流器轴向重叠度越大，电流越大。由于叶轮前缘和集流器之间存在着二次流旋涡，Q1如果超允许范围太多，叶轮前缘附件会形成大涡流区，造成风机的能量损失。叶轮后缘到盖板的距离Q3越大，风机能达到的静压越大。同时，在离心风机设计中，叶轮后缘到盖板的距离Q3通常控制在10%的风机入口直径左右，可以获得最大风量[3]，88BN风机入口直径为φ350mm。

图1 88BN风机结构图

技术人员在经过测量分析后，认为可以通过缩小重叠度Q1来降低风机电流，同时参考其他电厂类似问题的处理方法，保证间隙Q2在合理范围内，以满足风压要求。在选取1台88BN风机进行调整后，风机在试转过程中电流降到了26.2A，且满足运行工况需要，具体参数调整前后见表2所示。因为冗余风量较多，这里以降低电流为主要目标，即将减小重叠度Q1作为主要调整手段[4-5]。

表2 88BN风机工况调整前后数据对比

在对2台燃气轮机的4台88BN风机按照上述方法调整叶轮与集流器的间隙后，电机电流都有了不同程度的下降，降幅都在2~3A之间，且风压正常，风机振幅≦0.01mm。按照88BN风机年运行6000h，则全厂2台机组，每台机组的88BN风机运行小时为3000小时。上网电价0.38元，平均每台风机电流可下降2.8A，得到单台风机在调整后可以节能5529kWh，4台88BN风机全年可以节约8403元。如表3所示，虽然风机实际节约生产成本不多，但是风机能效提升十分明显，可以作为离心风机的一种节能方法进行推广。

表3 88BN风机节能效益

3 结语

9F级燃气轮机冷却和密封空气系统风机较多，总的运行情况较为良好，通常对于88BN这类双向对称进风的电流超标问题，需要重点考虑风机或电机在检修过程中是否忽视了叶轮与集流器配合间隙的测量标记。经过调查发现，GE公司为大多数燃气轮机机组配套的风机很少有电流超标的现象，这是因为GE公司的设计理念是严格控制辅机设备的容量冗余度，以符合节能降耗的趋势。对于已经发生的风机电流超标问题，要及时确诊消除冗余风量的可行性，降低辅机设备的厂用电率。技术人员也通过对此类问题的分析处理，将节能降耗的理念贯穿检修消缺过程中。