鋒速達通風降溫系統
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負壓風機生產廠家_對電站軸流風機可靠性影響因素及防范對策風機
風機是火力發(fā)電廠中的關鍵輔機，軸流風機因效率高和能耗低而被廣泛采用。在實際運行中，不少電廠因軸流風機非凡是動葉可調軸流風機的可靠性差，頻頻發(fā)生故障，導致電廠非計劃停機或減負荷，影響了機組發(fā)電量。近幾年來，廣東地區(qū)的幾家電廠如珠江電廠4×300 MW、南海電廠2×200 MW、恒運C廠1×210 MW均發(fā)生過動葉可調軸流風機斷葉片事故，也有在同一電廠反復多次發(fā)生，嚴重影響機組安全滿發(fā)。因此，從根本上解決這些問題，提高大型火電廠排煙風機運行的可靠性顯得十分必要和迫切。
1 電站風機可靠性概念
電站風機可靠性統計的狀態(tài)劃分如下：
送引風機運行可靠性可用以下兩個重要參數說明。
式中 tSH——運行小時數，指風機處于運行狀態(tài)的小時數；
tUOH——非計劃停運小時數，指風機處于非計劃停運狀態(tài)的小時數，亦稱事故停運小時數。
90年代以前，我國大型電站鍋爐風機引起的非計劃停機和非計劃降負荷較頻繁，據統計，在125 MW、200 MW、300 MW及600 MW機組中，按電廠損失的等效停運小時算，送、引風機均排在影響因素的前10位，與發(fā)達國家的差距較大。
90年代以后，我國幾個主要電站屋頂風機制造廠設備質量提高較快，針對我國電廠的實際情況，引進外國先進技術，使電站風機非凡是動葉可調軸流風機的可靠性不斷地得到提高。例如：1997年某鼓風機廠對其利用引進技術生產的、在15套300 MW火電機組中使用的28臺動葉可調軸流式送風機和24臺動葉可調軸流式引風機進行可靠性分析，發(fā)現其運行率已達99%。其他廠家的產品的可靠性也有較大的提高。
2 影響軸流風機可靠性的因素
2.1 電站風機事故分類
第1類事故：風機故障引起火電機組退出運行。
第2類事故：風機故障只引起火電機組出力降低，還沒有造成火電機組退出運行，或送、引風機僅有某一臺退出運行。
第3類事故：風機損壞不嚴重，不需要送、引風機退出運行進行維修。
第1、2類事故直接影響風機運行可靠性，第3類則是潛在的影響因素。
2.2 軸流風機主要故障
a）轉子故障。如轉子不平衡、轉子振動等，最嚴重的甚至發(fā)生葉輪飛車事故。
b）葉片產生裂紋或斷裂。在送、引風機上均有可能發(fā)生，近幾年在多個大型電廠已發(fā)生多宗。
c）葉片磨損。主要是發(fā)生在引風機上。由于電除塵器投入時機把握不好或電除塵器故障，造成引風機磨損。這是燃煤電站引風機最輕易發(fā)生的故障。
d）軸承損壞。
e）電機故障。如過電流等，嚴重時燒壞電機。
f）油站漏油，調節(jié)油壓不穩(wěn)定。既影響風機的調節(jié)性能也威脅風機的安全。
2.3 軸流風機發(fā)生故障的原因
2.3.1 產品設計和制造方面
a）結構設計不合理，強度設計中未充分考慮動荷載。
b）氣動設計不完善。對氣動特性、膨脹不明。
c）葉片強度安全系數不夠，葉片材質差。
d）葉片鑄造質量差。
e）焊接、裝配質量差。如葉片螺栓脫落打壞葉片等。
f）控制油站質量差。
g）監(jiān)測、保護附件失靈。
2.3.2 運行、檢修方面
a）軸流風機長期在失速條件下工作，氣流壓力脈動幅值顯著增加，葉片共振受損。
b）不按風機特性要求進行啟動并車，風機工況與工程特性不匹配。
c）不投電除塵或電除塵效率低導致風機入口含塵濃度高。
d）兩臺風機并列運行時，兩者工作點差異較大。
e）軸流風機喘振保護失靈。
f）無定期檢修或檢修不良。
2.3.3 安裝方面
a）軸系不平衡或聯接不好，導致風機振動大、軸承、聯軸器易損壞。
b）執(zhí)行機構安裝誤差大，就地指示值與控制室反饋值不一致，導致操作不準確。
2.3.4 風機選型與工程設計方面
風機選型不當造成風機實際運行點在不穩(wěn)定氣流區(qū)或接近甚至進入失速區(qū)，以及風機管路工程特性不合理，均可造成風機轉子有關部件的疲憊與損壞。
3 提高軸流風機可靠性的措施
3.1 選型
電站鍋爐風機的型式一般有離心式、靜葉可調軸流和動葉可調軸流風機，應根據具體使用場合，經技術經濟比較確定風機型式。3種風機的比較見表1。
表1 3種風機的比較
項目離心式靜調軸流動調軸流結構復雜程度低中高對介質含塵量的適應性好中差可比運行效率低中高可比設備價格低中高可靠性高中低
選擇軸流風機時，設計點應落在效率最高、并在此基礎上動葉角度再開大10°～15°的曲線上，這樣，即使機組在低于額定工況下運行，風機仍可在最高效率區(qū)內運行。
對于燃煤鍋爐，由于動葉可調軸流風機圓周速度高，考慮到磨損問題，宜采用中速，不宜選用過高轉速。
3.2 并聯設計與運行
在選擇動葉可調軸流風機的參數時，除了按有關規(guī)程規(guī)定給出裕度外，還要依據電廠實際情況，不僅考慮最大保證工況點、MCR工況、100%負荷工況，還要考慮點火工況以及風機安全并車工況。后兩種工況往往被人忽視而給風機的調試與運行帶來困難。故應非凡注重動葉可調軸流風機的并聯設計與運行。
兩臺風機并聯運行在C點，但每臺風機運行在各自特性曲線的A點上。當第1臺風機保持同樣葉片角度運行時，運行點將移到B點，第2臺風機要啟動并入時，關閉出口門啟動，葉片角度調至最小。打開隔離門后，第2臺風機將在D點運行，逐漸開大其角度，并調小第1臺風機角度，它們的運行點將分別沿DE和BE線移動，到達E點時兩臺風機并聯，再同時調節(jié)兩臺風機到所需的參數。
可以看出，當第1臺風機運行點壓力高于第2臺風機失速線的最低點S的壓力時，第2臺風機啟動將發(fā)生喘振，這時需降低第1臺風機出力，使B點位于S點之下再啟動第2臺風機。
3.3 其他設計措施
假如可以降低風機負荷，總是可以并車的，如燃油鍋爐。但對于某些燃煤鍋爐，例如中速直吹式制粉工程的冷一次風機，由于其制粉工程必須有一個最低的干燥出力要求和送粉壓頭，在風機出力下降受到限制的情況下，有兩個方法解決并聯運行問題。一是選擇風機時計算好單臺風機按要求工況運行時工程阻力，使S點高于該阻力線，這意味著設計點位于特性曲線更下端，以致壓頭較高風機效率較低。二是可以在軸流風機風道上加一個旁路再循環(huán)門，啟動該風機時，先關閉出口門，打開循環(huán)門。待第2臺風機越過失速線后打開出口門，關閉循環(huán)門，這樣做的缺點是增加了初投資，增加了送風倒回泄漏的可能性。
在設計風機進出口連接管道時，要力求避免產生渦流的可能性，某些轉彎處還應采取加裝導流板的措施。
3.4 調整與維護
a）必須確保動葉實際角度與就地指示值及與控制室反饋值相一致。若誤差大，運行人員便難以判定動葉真實角度，從而影響運行工況。嚴重時，風機因長時間處于失速邊緣或失速區(qū)內運行而導致斷葉片事故的發(fā)生。
b）對于燃煤電站，不能讓引風機長期在超標煙塵中受磨。解決軸流風機磨損問題的關鍵是降低風機入口含塵濃度和灰粒尺寸。為此，應加強清灰等工作。
c）加強對電除塵器的治理，確保電除塵器運行正常，減少煙塵對引風機葉片的磨損。
d）確保風機喘振保護正常投入。
4 結束語
軸流風機非凡是動葉可調軸流風機現在及將來在火力發(fā)電廠中都被廣泛使用，其運行可靠性對電廠按計劃穩(wěn)發(fā)滿發(fā)至關重要。我國電站風機可靠性與先進國家差距正在縮小。要提高風機運行可靠性，除了須提高風機本身設計、制造質量外，設計選型、運行及維護方式也至關重要。
摘 要：目的 提高風機葉片的壽命。方法 為改變葉片表面耐磨性能，對其進行強化處理。選擇了強化方法及材料，確定了工藝及措施，并運用于生產實際,負壓風機生產廠家。結果 葉片壽命提高 4 倍左右，保證了風機在一個大修期內不會因磨損而造成停機。結論 作者研究得出的堆焊技術，經生產實際檢驗，是切實可行的，可以推廣至同類應用場合。
關鍵詞：風機葉片；壽命；堆焊
引 言
鍋爐是火力發(fā)電的動力源。排粉機、 引風機(統稱風機)是鍋爐機組中的重要組成設備。排粉機用于輸送煤粉；引風機用來抽吸煙氣，使其經煙囪排煙。太原一電廠 1#～8# 鍋爐機組的風機葉輪，在工作過程中，因轉速高(1 480 r/min 以上)，且承受一定的風壓，葉片會受到塵埃顆粒及煙氣的摩擦與腐蝕作用，一般運行 7 個月左右，就會發(fā)生葉片被沖刷磨穿現象，導致葉輪壽命下降，需要停機檢修。這會造成相應的鍋爐機組停止運行，不僅增加了工人維修的勞動強度，加大了裝拆費用、 備品備件用量及相應費用，更為嚴重的是停機會影響發(fā)電量，造成嚴重的經濟損失及社會影響。
如何提高風機葉片的壽命(最起碼在鍋爐的一個大修期內不發(fā)生磨損破壞)，是迫切需要解決的一個重要問題。作者根據風機使用的工作條件，對葉片磨損原因進行了分析，基于提高葉輪葉片壽命的需要，對葉片表面進行強化處理。選擇了堆焊方法及堆焊材料，確定了堆焊工藝，并應用于生產實際，取得了令人滿意的效果。
1 風機葉輪結構及技術要求
鍋爐機組的風機規(guī)格一般不統一，葉輪直徑在 (1 600～2 000) mm 之間。作者以直徑 1 600 mm 的排粉機葉輪為例加以說明。圖 1 為葉輪結構示意圖。
對葉輪的技術要求：
(1) 后盤不平度≤0.5/100；
(2) 后盤外圓處端跳偏差≤4 mm；
(3) 圓盤外圓處徑跳偏差≤3 mm；
(4) 錐形前盤外圓處端跳偏差≤6 mm；
(5) 葉片出口工作面對后盤的不垂直度偏差≤1/100；
(6) 經靜、 動平衡校正。
2 葉片強化方法及材料的選擇
磨損是一種與材料表面狀態(tài)有關的現象。要提高葉輪的壽命，必須對葉片表面進行強化，使其能經受住磨損。
2.1 磨損原因分析
作者現場考察了已磨損葉片的表面狀況，發(fā)現磨損最嚴重的部位已成豁口狀(局部磨穿)，稍嚴重部位已磨成薄刃狀,玻璃鋼負壓風機，其他部位的表面磨成一道道微細溝槽,車間降溫。根據現場工作條件，判定葉輪受到磨料磨損、 沖蝕磨損、 熱磨損等多重作用。其中，主要是受到磨料磨損，即微小的塵埃和煤灰等顆粒，在風壓作用下，對高速運轉的葉片表面進行了顯微切削，造成了葉片的磨損[1]。
2.2 選擇強化方法
就一般情況而言，對工件表面進行強化的方法有多種，如滲碳、 刷鍍及等離子噴涂等。針對風機的使用工況及現場條件，可行的方法僅有氧乙炔噴焊及電弧堆焊。
在試板上分別進行了氧乙炔噴焊與電弧堆焊的對比試驗。噴焊(噴涂后重溶)加熱速度慢、 加熱時間長，導致試件變形嚴重，但稀釋率較低；而電弧堆焊加熱時間短，試件變形較小，但稀釋率較高。因葉輪的形狀及剛度等原因，葉輪變形后校形較困難，加之在生產制造葉輪的過程中，葉輪本身已有一定的制造偏差，故為保證葉輪的尺寸及形位偏差這一基本要求，采用變形較小的電弧堆焊方法。
2.3 選擇材料
受磨料磨損的工件，一般選用碳化鎢或高鉻合金鑄鐵作為堆焊材料。但采用電弧堆焊的方法，會使碳化鎢原始顆粒大部分熔化，在堆焊層析出硬度并不算高的含鎢復合化合物，影響耐磨性的提高；而采用高鉻合金鑄鐵作為堆焊材料，可使堆焊層含有 Cr7C3 高硬相，且其價格比碳化鎢便宜[2，3]。作者分別選擇了牡丹江、 天津、 哈爾濱三個廠家生產的堆焊材料進行了對比試驗，結果如表 1 所示。
表 1 堆焊材料對比試驗
序號生產地合金體系堆焊后硬度表面狀況1#牡丹江Fe-Cr-BHRC>50積瘤狀2#天 津Cr-Ni-SiHRC43平整3#哈爾濱Fe-Cr-BHRC>50平整
3 堆焊工藝及結果
3.1 堆焊工藝
工藝是影響堆焊質量的重要因素。根據對葉輪的要求，把堆焊葉片的工藝重點放在了降低稀釋率和減少焊后變形這兩個方面。
3.1.1 降低稀釋率
堆焊層的稀釋率，反映了堆焊層中母材熔入數量的百分比。葉輪母材一般為 Q235 或 16 Mn。母材熔化后對耐磨合金材料起稀釋作用，會降低堆焊層合金化的效果，影響耐磨性。
在保證母材與耐磨合金相互熔合的前提下，降低稀釋率就是減少母材熔化量。為此，在正式堆焊葉輪前，進行了工藝試驗。作者分別采用不同規(guī)范參數對各組試件堆焊，然后比較各組的硬度值結果，選擇出較理想的工藝規(guī)范。
試驗時，把試件分成 6 組，每組 3 塊試板，試板尺寸為 120 mm×50 mm×6 mm；材質與葉輪相同，均為 Q235；耐磨合金粉塊尺寸為 90 mm×30 mm× 3 mm；使用 AX1-500 直流弧焊機，采用直流正接(正接較反接熔深淺)；用直徑 10 mm 碳精棒作電極(電極直徑大，可減小電流密度)；特制加長焊把(減少碳弧對人體的烘烤)。每塊試板上堆焊一塊耐磨合金粉塊，堆焊層硬度值按每組試件平均值記錄。試驗結果如表 2 所示。
表 2 工藝規(guī)范對堆焊層硬度的影響
試件組電流I/A電壓 U/V焊接時間硬度(HRC)1280～30025～302′15″542300～32025～301′50″583330～35025～301′30″614360～38025～301′20″535400～42025～301′05″586430～45025～3058″56
為減少母材熔化量，應注意使堆焊電流減小、 電壓降低、 堆焊速度加快；但堆焊電流過小，會使耐磨合金粉塊不易熔化，導致堆焊速度減慢。欲使堆焊速度加快，又需加大堆焊電流。這一矛盾只有通過試驗才能找到最佳組合。
焊工操作時需注意以下兩點：
(1) 電弧擺動幅度盡量小，以剛超出粉塊邊緣為宜，但不可咬邊；
(2) 采用坡度為 5°～10° 的下坡焊，使熔池流動方向與施焊方向一致。
3.1.2 控制葉輪變形量
堆焊后的葉輪，在驗收時不僅需作靜、動平衡試驗，還需各表面的尺寸、 形狀及位置滿足偏差要求。由于堆焊會使葉輪受熱不均勻，產生焊接應力，導致焊接變形等，故還需采取適當工藝措施，才能把葉輪變形控制在公差范圍內[4，5]。
在堆焊時采取了以下工藝措施：
(1) 保證焊接順序
在每一葉片上堆焊完一塊粉塊后，轉動葉輪，在對稱葉片相應位置，堆焊另一粉塊，順序如圖 2 所示。如此循環(huán)往復，直至把各葉片堆焊完畢。以此順序堆焊，可使葉輪前、 后盤均勻收縮，并可避免熱應力過于集中，減少焊接變形。
(2) 錘擊焊縫
葉輪變形是由于堆焊層在冷卻過程中發(fā)生縱向、 橫向收縮造成的。每堆焊完一粉塊，用小錘輕擊，延展堆焊層，可補償部分收縮量，減少變形。
(3) 減少線能量
減小線能量能使葉片受到的熱輸入量減少，熱應力變小。這與降低稀釋率的要求是一致的。
3.2 結 果
采用上述工藝措施，對葉輪進行堆焊。焊后檢查，葉輪變形量在技術要求范圍內，并用便攜式硬度計對各葉片堆焊層進行抽查，測得各點 HRC>56。
電廠運行表明，堆焊后的風機葉片壽命提高 4 倍左右，避免了葉輪在鍋爐的一個大修期內，因葉片磨損而造成更換或修理，保證了機組的正常工作，取得了良好的經濟效益和社會效益。
4 結 論
經實際生產考驗，該堆焊技術是切實可行的，可以大大提高風機葉片的使用壽命，該技術適用于承受磨料磨損的其他工件。
丁京濱(1955-)，男，高級工程師.從事專業(yè)：材料成型加工.
丁京濱（華北工學院 材料工程系，山西 太原 030051）
曹海燕（太原理工大學，山西 太原 030024）
張保富（太原一電廠，山西 太原 030024）
參考文獻：
[1] [英]薩凱 A D 著；邵荷生譯。金屬磨損原理
[2] 周振豐。焊接冶金學(金屬焊接性)
[3] 張清輝。堆焊焊條的耐磨性探討
[4] 田錫唐。焊接結構
[5] 唐慕堯。平板堆焊時平面外變形的形態(tài)及產生機制(end)
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