淺析火電廠一次風(fēng)機(jī)出口風(fēng)道的振動(dòng)故障及處理

龍 航

（中國(guó)能建湖南省火電建設(shè)公司，湖南 長(zhǎng)沙 410015）

某火力發(fā)電廠，設(shè)計(jì)為兩臺(tái)350WM自然循環(huán)亞臨界燃煤鍋爐機(jī)組，采取正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每臺(tái)鍋爐配備兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)和五臺(tái)中速輥式磨煤機(jī)。一次風(fēng)機(jī)的入口通過(guò)消音器和進(jìn)口風(fēng)道連接大氣，出口直接與三分倉(cāng)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器相連，采用暖風(fēng)器預(yù)熱，未設(shè)置熱風(fēng)再循環(huán)管道。

一次風(fēng)道的主要設(shè)計(jì)：兩側(cè)風(fēng)道在連接空預(yù)器彎頭處各引出一根管道分別通往密封風(fēng)機(jī)經(jīng)增壓后作為機(jī)組密封風(fēng)，另一路在爐前冷風(fēng)道聯(lián)絡(luò)管匯集后，通往磨煤機(jī)入口熱一次風(fēng)管，作為調(diào)溫風(fēng)。一次風(fēng)機(jī)出口通過(guò)一個(gè)矩形偏心大小頭變徑為2000×3000mm水平直管段，距離風(fēng)機(jī)出口約7.5m先后布置暖風(fēng)器，電動(dòng)擋板門。水平管段通過(guò)一個(gè)90°矩形彎頭連接一個(gè)矩形大小頭變徑為4722×3696mm直管段連接空預(yù)器冷一次風(fēng)道接口。風(fēng)道選用4mm鋼板，材質(zhì)為Q235A，現(xiàn)場(chǎng)制作組合。風(fēng)道水平管段采用固定支架與滑動(dòng)支架間隔的支架形式。

風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)：一次風(fēng)機(jī)為單吸入雙支撐離心式風(fēng)機(jī)，型號(hào)RJ48-SW2370F。風(fēng)機(jī)入口介質(zhì)溫度為20℃，入口介質(zhì)密度為1.03kg/m3，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1486r/min，全壓為17358Pa，流量為281721m3/s。后彎式葉輪進(jìn)行風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉調(diào)節(jié)，葉片為十片彎曲板式圓弧形。

一、一次風(fēng)機(jī)出口風(fēng)道振動(dòng)情況簡(jiǎn)介

自從該火電廠的鍋爐投入使用以來(lái)，每次運(yùn)行一次風(fēng)機(jī)的時(shí)候，出口風(fēng)道的位置都會(huì)發(fā)生劇烈的低頻振動(dòng)，同時(shí)，在風(fēng)道周圍還伴有低沉的轟鳴聲，最大聲壓在距離風(fēng)道1m處，達(dá)到了117dB。經(jīng)檢查風(fēng)機(jī)入口段及風(fēng)機(jī)本體的運(yùn)行狀況正常。風(fēng)道振動(dòng)除了會(huì)產(chǎn)生危害人體健康的工業(yè)噪聲，同時(shí)也會(huì)帶來(lái)長(zhǎng)期巨大的交變應(yīng)力給冷風(fēng)道鋼板，使其金屬產(chǎn)生疲勞，從而引起風(fēng)道焊接開(kāi)裂，出現(xiàn)漏風(fēng)現(xiàn)象。對(duì)此，火電廠曾經(jīng)多次被迫進(jìn)行降負(fù)荷補(bǔ)焊裂縫，對(duì)鍋爐的正常運(yùn)行造成了很大的影響。

在運(yùn)行過(guò)程中，如果風(fēng)機(jī)入口擋板為76%的開(kāi)度，風(fēng)機(jī)出口的前半段振動(dòng)值振幅較大。尤其是在大小頭的位置，經(jīng)過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，振幅超過(guò)0.2mm的有58個(gè)點(diǎn)，超過(guò)0.3mm的有48個(gè)點(diǎn)，超過(guò)0.5mm的有33個(gè)點(diǎn)，超過(guò)1mm的有15個(gè)點(diǎn)。具體情況如圖3和圖4所示。

二、風(fēng)道振動(dòng)故障的原因分析

在大多數(shù)情況下，風(fēng)道振動(dòng)故障主要是由于風(fēng)道中氣流脈動(dòng)的頻率與風(fēng)道固有的頻率相同和接近，從而產(chǎn)生共鳴，引起振動(dòng)。如果振動(dòng)的原因并不是由于機(jī)械不平衡的原因產(chǎn)生的，就可以對(duì)氣流脈動(dòng)的根源問(wèn)題進(jìn)行查找和研究，利用相應(yīng)手段，對(duì)脈動(dòng)進(jìn)行消除，會(huì)對(duì)頻率進(jìn)行改變，防止二者再發(fā)生共振現(xiàn)象，從而消除振動(dòng)故障。不過(guò)，從實(shí)際情況上來(lái)看，一次風(fēng)機(jī)和入口風(fēng)道的運(yùn)行狀態(tài)正常，振動(dòng)十分輕微。而在風(fēng)機(jī)出口擋板的軟連接后面，是主要的振動(dòng)區(qū)域。從擴(kuò)壓斷入口向后，振動(dòng)越來(lái)越大，如果增加風(fēng)機(jī)的符合，振動(dòng)也會(huì)增大。由于火電廠廠房的限制，風(fēng)道的結(jié)構(gòu)中存在很多距離較近的死角和彎頭，很容易形成渦流。因此，對(duì)Gambit三維建模進(jìn)行利用，通過(guò)Fluent軟件對(duì)一次風(fēng)道內(nèi)部氣體的流場(chǎng)進(jìn)行了模擬計(jì)算和分析。經(jīng)過(guò)分析，風(fēng)道振動(dòng)故障的出現(xiàn)原因主要有以下幾個(gè)方面：

（一）風(fēng)道結(jié)構(gòu)存在問(wèn)題

在火電廠當(dāng)初進(jìn)行建設(shè)規(guī)劃的時(shí)候，由于空間和場(chǎng)地的因素考慮過(guò)多，使得出口位置的風(fēng)箱過(guò)于緊湊的進(jìn)行了布置，造成了通流面變化較多，旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度較高、風(fēng)道彎頭較多。這樣，十分明顯的影響了風(fēng)道流體特性，因而引發(fā)了風(fēng)道振動(dòng)的故障情況。

（二）風(fēng)道中障礙物產(chǎn)生渦街而引起的氣流脈動(dòng)

在風(fēng)道內(nèi)部，中心連接部分的十字支撐是一塊面積較大的鋼板，低壓區(qū)在其背面形成，因而卡門渦街這種不對(duì)稱的脫體渦流就會(huì)在其邊緣產(chǎn)生，進(jìn)而造成了氣流脈動(dòng)。通過(guò)對(duì)風(fēng)道進(jìn)行數(shù)值模擬圖像，能夠清晰的認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)。

（三）彎頭引起的二次流和渦流

當(dāng)氣流流經(jīng)風(fēng)道內(nèi)的彎管時(shí)，管道外側(cè)的氣流流速較低、壓力較高，而管道內(nèi)側(cè)的氣流流速較高、壓力較低，因此氣流形成的二次流為雙螺旋流動(dòng)的形式，從而在彎頭的前部和后部形成局部的渦流區(qū)，造成風(fēng)道的振動(dòng)。

（四）管道擴(kuò)張引起的渦流擾動(dòng)

如果風(fēng)道中存在著擴(kuò)張角較大的位置，當(dāng)氣流流經(jīng)的時(shí)候，會(huì)形成旋窩在管道壁面的位置，其具體的原理與流體在凸形表面流過(guò)時(shí)產(chǎn)生分離現(xiàn)象的過(guò)程相類似。而這種情況，也是造成風(fēng)道振動(dòng)故障的主要原因之一。

（五）模擬分析

利用Gambit軟件進(jìn)行三維建模，通過(guò)Fluent軟件模擬和計(jì)算一次風(fēng)道內(nèi)部的氣體流場(chǎng)。通過(guò)計(jì)算第一個(gè)水平矩形段和大小頭段所得出的結(jié)果，可以看出，在風(fēng)道內(nèi)部，存在著較為嚴(yán)重的氣流速度分布不均勻的現(xiàn)象。同時(shí)，會(huì)形成強(qiáng)渦流中心區(qū)在支撐桿的扁鋼外邊緣位置，這樣，將會(huì)極大的減小氣體的有效通流面積，形成漩渦區(qū)在靠近風(fēng)道的避免位置，從而造成風(fēng)道振動(dòng)情況。當(dāng)氣流在彎管中流過(guò)的時(shí)候，由于外側(cè)氣流流速較低、壓力較高，內(nèi)側(cè)氣流流速較高、壓力較低，風(fēng)道當(dāng)中存在著嚴(yán)重的氣流分布不均勻現(xiàn)象，局部存在著強(qiáng)渦流區(qū)。這種情況也是引發(fā)風(fēng)道振動(dòng)的主要原因之一。

三、風(fēng)道振動(dòng)故障的處理方案

（一）在彎頭處加裝導(dǎo)流板

在彎頭的適當(dāng)位置，可以加裝導(dǎo)流板。這樣，不但能夠起到良好的導(dǎo)流作用，促使整個(gè)流場(chǎng)變得穩(wěn)定、均勻，還能夠?qū)︼L(fēng)道荷重進(jìn)行增加，使風(fēng)道的固有頻率發(fā)生改變。導(dǎo)流板的安裝，可以在風(fēng)道中進(jìn)行數(shù)個(gè)流道的分隔，在各個(gè)流道當(dāng)中，可以對(duì)氣體流動(dòng)的均勻性進(jìn)行保證，使流道內(nèi)產(chǎn)生的渦流減少。同時(shí)，導(dǎo)流板的加裝還能夠有效的減少流道截面的變化量，降低相應(yīng)的壓力脈動(dòng)量，能夠很好的解決風(fēng)道振動(dòng)的情況。由于矩形彎頭橫截面尺寸較大，導(dǎo)流板長(zhǎng)度達(dá)3.2m。現(xiàn)場(chǎng)在導(dǎo)流板的設(shè)計(jì)和施工上采取了：

（1）對(duì)導(dǎo)流板的迎風(fēng)面加裝弧形板，減小導(dǎo)流板的迎風(fēng)面積。防止運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致導(dǎo)流板撕裂損壞。

（2）同組導(dǎo)流板之間采用管撐進(jìn)行連接。使之成為一個(gè)整體，這樣也明顯的增加了導(dǎo)流板的強(qiáng)度和使用壽命。

（二）風(fēng)道內(nèi)測(cè)加裝支撐桿

加裝支撐桿在風(fēng)道內(nèi)測(cè)，能夠有效的消除風(fēng)道振動(dòng)。在風(fēng)道內(nèi)部，采用的圓管直徑為60mm、厚度為4mm，在風(fēng)道中心線上以500mm的間距對(duì)風(fēng)道的4個(gè)面進(jìn)行支撐。在具體的施工過(guò)程中，可以根據(jù)有關(guān)部門辦法的技術(shù)規(guī)定，對(duì)加固肋和零件造型進(jìn)行設(shè)計(jì)和確定，相鄰的加固肋用槽鋼連接形成整體。內(nèi)撐桿采用的扁鋼，其寬度應(yīng)當(dāng)比圓管寬1mm-2mm左右，這樣，不但能夠?qū)︼L(fēng)道中的能量損失和阻力進(jìn)行有效控制，同時(shí)也能夠?qū)ㄩT渦街造成的振動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行抑制。

（三）冷風(fēng)道外壁改造加強(qiáng)筋

改造冷風(fēng)道外壁的加強(qiáng)筋，使冷風(fēng)道的剛度提升，能夠增加其抗振動(dòng)能力。在風(fēng)道外側(cè)，利用扁鋼和角鋼制成矩形橫向加固肋筋，能夠抵消很大部分的風(fēng)道振動(dòng)。由于風(fēng)道大小頭段的振動(dòng)較為劇烈，補(bǔ)焊也比較多，因此可采用8mm厚度的Q235A鋼板，對(duì)該段風(fēng)道進(jìn)行重新制作。

（四）水平管段支架的設(shè)計(jì)優(yōu)化

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)除暖風(fēng)器位置處的固定支架未修改外。將其余固定支架和滑動(dòng)支架修改為限位支架，在支架與支墩之間加裝聚四氟乙烯滑動(dòng)板，允許風(fēng)道在一定范圍內(nèi)進(jìn)行滑動(dòng)，防止因風(fēng)道的膨脹受限加劇振動(dòng)。

四、方案實(shí)施后的效果評(píng)價(jià)

經(jīng)過(guò)風(fēng)道振動(dòng)故障的處理方案的具體實(shí)施之后，再次對(duì)風(fēng)道振動(dòng)情況進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，風(fēng)道各個(gè)部位的振動(dòng)值和振動(dòng)幅度都有了十分明顯的降低。風(fēng)道的最大振幅由原來(lái)的1.8mm下降到了現(xiàn)在得0.9mm，距離風(fēng)道1m處的噪聲由原來(lái)的117dB下降到了現(xiàn)在得101dB，有效的解決了風(fēng)道振動(dòng)的故障。

結(jié)語(yǔ)

風(fēng)道振動(dòng)故障是火電廠一次風(fēng)機(jī)出口風(fēng)道的一個(gè)較為嚴(yán)重的問(wèn)題，對(duì)火電廠的運(yùn)行造成了十分不良的影響。本文分析了引起風(fēng)道振動(dòng)的主要原因，并且提出了相應(yīng)的措施對(duì)其進(jìn)行處理，取得了十分良好的效果。

[1]王占寬，王有福，梁俊青，亢琪，王國(guó)立.火電廠一次風(fēng)機(jī)出口風(fēng)道振動(dòng)故障分析及處理[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2011（01）：18-21.

[2]丁厚東，尹延喜.LY6-45No18.3F型一次風(fēng)機(jī)出口風(fēng)道振動(dòng)分析及處理[J].山東電力技術(shù)，2012（01）：67-69.

[3]王鋒，劉新民，郎建新，李俊剛，王曉光.一次風(fēng)機(jī)振動(dòng)大原因分析與處理[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2014（03）：81-85.

[4]王鳳良，富學(xué)斌，許志銘.發(fā)電廠一次風(fēng)機(jī)異常振動(dòng)故障診斷及處理[J].風(fēng)機(jī)技術(shù)，2014（03）：88-92.

[5]姚鳴.風(fēng)道系統(tǒng)振動(dòng)原因分析與試驗(yàn)研究[J].華北電力技術(shù)，2013（01）：31-35+46.