雙級動調軸流引風機動葉調節失控故障分析及處理

黃 新，羅 文，牟 云，熊 鵬，葉 茂

（華能武漢發電有限責任公司，湖北武漢 430415）

0 引言

隨著火力發電機組單機容量越來越大，雙級動葉可調軸流風機因其流量大、壓頭高、運行區域寬和經濟性好，而被廣泛采用。引風機是鍋爐重要輔機，運行工況惡劣，對運行可靠性要求高。通過預知性檢修，可以及時發現、消除設備隱患，但對某些潛在的隱患因無法及時發現、消除，導致設備故障發生。結合某電廠SAF 雙級動調軸流引風機液壓調節系統故障，通過分析和準確判斷故障原因，并采取恰當的措施，及時消除設備異常，避免故障擴大，確保機組安全穩定運行。

1 液壓調節系統工作原理

液壓調節系統由葉片、葉片調節桿、活塞、缸體、活塞軸、錯油門、帶雙面齒條的反饋桿、扇齒輪、輸入軸、反饋軸等組成，液壓缸結構如圖1 所示。缸體在風機運行時隨葉輪同步旋轉，同時還在活塞軸上作軸向移動。

圖1 液壓缸結構

當控制室向電動執行器給出“開”向指令后，電動執行器帶動輸入軸正向旋轉，小齒條左移，錯油門動作，壓力油由進油管經油路1 進入油缸左室，由于活塞固定不動，缸體左側的油壓上升，使缸體向左移動，帶動葉片調節桿偏移，使動葉向“開”的方向動作，反饋桿也隨著油缸左移，同時輸入軸的扇齒輪反方向轉動，但帶反饋桿的雙面齒條嚙合扇齒輪做順時針轉動，因此反饋桿就起到“彈簧”的限位作用。當缸體左移，活塞右側缸體的體積變小，油壓升高，使油從油路2 經回油管排出。

當控制室向電動執行器給出“關”向指令后，電動執行器帶動輸入軸反向旋轉，小齒條右移，錯油門動作，壓力油從進油管經油路2 送到活塞右邊的缸體右室中，使缸體向右移動，而缸體左邊的體積減小，油從通路1 經回油管排出，整個過程正好與動葉“開”的方向動作相反，葉片在保持不動時，進、回油管路均與液壓缸斷開。

從上述的液壓缸動作過程看，當電動執行器帶動輸入軸正反向轉動一個角度，缸體也在活塞軸上正反向移動一個位置，同時帶動葉片旋轉一定的角度[1]。

2 故障情況

某電廠三期為兩臺2×600 MW 機組，鍋爐為東方鍋爐股份有限公司制造的1900 t/h 超臨界參數變壓直流本生型鍋爐。引風機為上海鼓風機廠生產的雙級動調軸流風機，型號SAF33.5-22.4-2，轉速750 r/min，電機功率5900 kW，液壓缸直徑/行程：Φ415/100；葉片調節范圍：-40°～+15°。2021 年7 月5 日機組準備啟動，A、B 側引風機分別于2:00 時啟動，兩臺引風機動葉開度在31%～40%、電流在187～193 A 區域正常運行，3:10 時A 引風機動葉開至46%時，電流突升至633 A，3:12時A 引風機動葉關至35%時，電流降至165 A，3:19 時A 引風機動葉再次開至46%時，電流瞬間達到769 A，出口煙氣壓力在-307～960 Pa 間大幅波動，就地檢查液壓油壓力下降。通過上述參數的變化，說明風機動葉開度不能保持在指令位置，判斷液壓缸反饋軸承失效，動葉開度與電流歷史曲線如圖2 所示，從下往上依次為電流曲線、風機出口煙氣壓力、動葉開度曲線。

圖2 風機動葉開度、電流及出口煙氣壓力歷史曲線

3:30A 引風機停運更換液壓缸，11:30 檢修工作完畢，啟動A 引風機后，動葉調節正常，電流和動葉開度匹配。

將拆下的液壓缸解體檢查發現雙面齒條內反饋軸承損壞（軸承型號FAG3200），軸承內外圈已分離，反饋桿與雙面齒條脫離，導致液壓缸在調節動葉開度時，無法鎖定葉片位置。由液壓調節系統工作原理可知帶反饋桿的雙面齒條在動葉調整過程中起到限位作用，當該軸承失效后，動葉調整不受控制，往“開”向調整動葉時，動葉會連續動作至全開位置，往“關”向調整動葉，動葉會連續動作至全關的位置。

3 液壓調節系統失控的原因分析及防范措施

從上述故障經過看，風機液壓調節系統失控的原因是反饋軸承失效。從結構上看，反饋軸承內圈固定在反饋桿上，外圈固定在雙面齒條內腔端部，起連接反饋桿和雙面齒條的作用，轉速與風機同步，在液壓缸動作過程中雙面齒條作軸向運動，反饋軸承承受一定的軸向力，3200 軸承為雙列角接觸球軸承，自動調心能力差，當軸向力過大時，保持架會過載產生疲勞裂紋，在運行過程中裂紋逐步擴展最終導致軸承失效。

3.1 反饋軸承失效的原因

（1）伺服閥孔壁與雙面齒條間滑動面有拉槽，導致雙面齒條滑動時阻力較大。

（2）反饋軸上齒輪與雙面齒條上齒牙嚙合不好，反饋軸承受力過大。

（3）反饋桿彎曲，反饋軸承受力過大。

（4）反饋軸與連桿法蘭同心度不好，反饋軸承受力過大。

（5）反饋連桿卡澀，動作遲滯，反饋軸承受力過大。

（6）內風筒封閉不嚴煙氣竄入，輸入軸、反饋軸及端蓋銹蝕，其轉動時阻力增加，反饋軸承受力過大。

3.2 防范措施

機械反饋是通過雙面齒條上的上齒牙與反饋頭內反饋齒輪嚙合，帶動反饋軸與反饋連桿及固定在其上的葉片開度指針旋轉，起到顯示動葉實際位置的作用，但其又是造成反饋軸承失效的主要原因之一，故有部分電廠將機械反饋取消。下面從保留和取消機械反饋兩個方面分別闡述防止反饋軸承失效的措施。

3.2.1 液壓缸保留機械反饋

（1）液壓缸檢修環節：①檢查伺服閥孔壁與雙面齒條間的滑動面無拉槽、凹凸臺階，兩者滑動配合良好；②通過在反饋頭與伺服閥連接面上加減墊片調整雙面齒條上部齒牙與反饋軸上齒輪嚙合間隙；③檢查反饋桿彎曲度＜0.02/100 mm。

（2）液壓缸安裝環節：①液壓缸找正誤差≤0.03 mm；②反饋軸與反饋連桿法蘭同心度≤0.3 mm；③檢查反饋連桿支撐軸承及密封完好，連桿轉動靈活無卡澀。

（3）機組停備環節：①每天至少將葉片開關動作一次，防止反饋軸承銹蝕卡滯；②機組停備時間較長時，可將伺服閥端部端蓋打開，檢查反饋軸承完好情況。

3.2.2 液壓缸取消機械反饋

液壓缸機械反饋在液壓調節系統中功能為在機殼外顯示動葉的機械位置，便于技術人員了解動葉的實際開度。由于其是反饋軸承失效的主要原因之一，現有部分電廠已將其拆除，將原連接面用堵板封堵，并拆除反饋連接桿，將機殼外動葉開度指針固定在輸入軸上[2]。

4 結束語

雙級動調軸流風機的液壓調節系統是風機的重要部位，直接關系到風機的安全穩定運行，通過對液壓缸反饋軸承失效的機理分析及癥狀判別，對準確判斷動葉調節失控故障提供一定幫助，同時為杜絕此類故障提出改進思路，為進一步提高設備可靠性有著積極的借鑒意義。