奉清秀
（成都电力机械厂）
摘要：本文对电站轴流风机常见的几种故障进行了介绍，对其产生的原因进行了分析，并在分析的基础上提出了相应的对策和措施，对轴流风机的故障及对策研究具有一定的参考意义。
关键字：电站轴流风机；常见故障；对策
引言
轴流风机是电站常用的风机类型，其流体风向与轴向一致，具有流量大、结构简单、工况稳定的特点，加上性价比高、对运行环境适应性强。在电站的实际使用中，由于运行条件恶劣，造成轴流风机特别是引风机的故障率较高，给电站的生产和运营带来了一定程度的影响。因此，如何快速准确地判断风机的故障原因，并进行针对性的处理，保障电站连续安全运行，成为当前研究的热门问题。
一、风机振动的原因及对策
风机振动是轴流风机最常见的故障，这种故障容易引发轴承和叶片等部件的损坏，导致紧固螺栓松动、风机机壳和风道损坏等潜在隐患，必须进行及时有效地处理。
1.1 风机振动的产生原因
理论上讲，只要风机开始工作，就不可避免地产生振动，振动产生的原因可分为三个方面：一是机械方面的振动。转子不平衡、系统安装误差、动静部件的碰撞和摩擦等都可能造成振动，另外轴承间隙不当和风机运行中的共振也可能造成振动的产生；二是工作介质造成的振动。这种振动一方面是由于气流的激振力造成，另一方面也可能是气流对叶片的冲击和腐蚀造成，气流中粉尘浓度不均造成转子受力不稳定，可能使转子受力不平衡。这种振动的产生是随机的，有些是风机其它故障引起的衍生故障；三是润滑系统造成的振动。这是因为风机的供油系统老化或者运转不畅，造成轴承的振动，进而导致油膜涡动和油膜震荡引起振动。
1.2 风机振动的特点
轴流风机由于放置时受力不平衡，即使设计的平衡精度很高，也一定会产生不平衡的受力量，在轴旋转时产生的离心力会使轴心按某一方向变化。轴的固有频率在设计和加工制作完成后就已经形成，当风机的外部作用力的频率与其固有频率相同或接近时就会发生共振现象，这种现象在风机的启动和停止过程中经常出现，并且会在某一个转速时达到剧烈的共振顶点，随着转速的提高或降低，振动会逐渐减小。
1.3 几种典型的风机振动及其对策
1.3.1 叶片磨损引起的振动
叶片磨损经常出现在高灰分大颗粒的飞灰环境中，含有大颗粒的风流长期的碰撞会使风机叶片严重磨损，随着叶片磨损程度的上升，风机的力平衡遭到破坏，风机的振动缓慢增强。目前对于叶片磨损常采用的处理方法是在易磨部位进行堆焊，尤其是轴流风机使用喷焊、激光重熔处理更为有效，再加上国家对环保要求的提高，除尘效果提升，叶片的磨损也逐渐减缓，只要在正常投运和维护条件下，叶片的运行寿命也会提高。
1.3.2 叶片倾角大或倾角误差大而引起振动
在风机的安装和运行过程中，经常由于安装误差或者长期运行导致叶片的倾角增大，不但导致风机的功耗增大，而且会引起风机振幅的增加。同一台风机中叶片倾角相差不应偏大，具体数值以轴流风机检修规程和风机厂家要求为准，否则会造成风机的动平衡被破坏而引起风机振动。所以在检修和维护过程中，如果出现叶片倾角的偏差引起的振动问题，应按风机流量的不同适当调整叶片倾角以达到降低风机振动的目的。
1.3.3 风道系统振动导致风机的振动
风机进出口管道布置不合理，可能导致风机气流紊乱，或者产生气流脉动共振现象，从而引起风机振动。因此，按相关规范合理设计的前后管道布置也是保证风机流场均匀的前提，风机进、出口管道长度、扩张角度、挡板门位置、相邻设备位置都有一定的要求，在受场地限制不满足相关要求的情况下，系统设计会直接影响风机效率和出力，计算系统阻力时也就应该加入相应的系统效应损失。避免两台风机出口直接对冲，到平行阶段汇合，出口圆弧形弯管优于直角弯管，合理布置导流板都可以减小气动损失、振动和噪音。
二、风机失速的原因及对策
2.1失速的产生原因
风机运行时叶片叶型固定不变，也即叶片弦长是不变的，假设风机工作时的介质密度也不变，则风机的升力系数与冲角关系也是不变的，在一定的转速和安装角情况下，风机所受的压力仅与升力系数和冲角相关。随着系统阻力增大，通过风机的风量减小，也即气流速度减小，假设叶轮的周向速度不变，则冲角会相应增大，当冲角达到最大值时，如果风量继续减小，则叶片背面的气流的流动工况开始恶化，叶片的受力平衡会受到破坏，导致升力系数突然下降，同时阻力系数急剧上升，风机出现失速。冲角越大，失速现象越严重。风机运行不稳定时，叶轮内将产生若干个旋转失速区，叶片每次进入失速区都会受到激振力的作用，导致风机风量、风压及配套电机电流降低，风机振动值增加。
2.2 风机失速故障的判断
在风机系统运行稳定的情况下，如果出现以下的状况，则基本判定风机出现失速故障：1）风机运行过程中电流和压力呈现跳跃性地大幅度变化；2）并联运行的风机在未进行开度调节时，某一台风机的电流、压力明显低于正常值；3）风机并联时，在没有进行开度调节时，电流异常，且针对电流小的风机进行开度调节后，其出力仍然没有明显提升。
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2.3 风机失速的对策
处理失速的对策根本原理是减小气流和叶片之间的气流冲角，进而减小或者消除叶片尾部涡流，恢复气流正常的绕流状态。具体在处理失速时，应按如下步骤进行处理：首先查看风机设备是否存在局部阻力明显不同于额定数值的情况，各挡板的开度全部打开、暖风器、空预器等气流的前置处理器械堵塞等都可能造成失速；另外要查看控制参数是否异常，过高的氧量和增压风机过高的进口负压等也可能造成失速；然后尽量迅速降低机组负荷，减小风机的运行开度，直至风机恢复正常；最后，若以上步骤仍不能及时消除风机失速状态，则需停机检查。在失速预防上，注意做好以下几点：一是留足失速裕度。在风机的选型设计时，严格按照标准进行失速安全裕度的计算，确保所选工况点在风机性能曲线上的位置均远离失速区，达到大于1.3的要求，使风机运行平稳。二是要有稳定可靠的监测措施。通过及时的检查维护，确保失速报警监测装置随时处于稳定可靠状态，为失速的判断和处理提供准确依据；三是良好的安装状态。在风机的安装过程中，注意确保风机各部位的一致性、同步性，避免安装不到位而导致失速。
三、喘振的产生原因及对策
3.1 喘振的产生原因及其危害
喘振的产生和失速有一定的联系，喘振是轴流风机在非设计工况下工作，叶片发生突变型旋转失速，如果此时与风机联合工作的管网系统容量相对较大，整个风机管网的气流就可能出现周期性振荡，这种现象即为风机喘振。从深层次分析，喘振的产生同样是因为电站轴流风机的特性曲线是具有驼峰的，轴流风机可能因为系统某个部位发生变化而进入非稳定区域工作而产生喘振。风机喘振时，风机的流量呈周期性、大幅度变化，这种剧烈的正负波动会发生气流的猛烈撞击，加剧风机的振动，同时风机的工作噪声急剧增大。
3.2 风机喘振的对策
风机运行中失速主要是由于风道阻力突然增大，同时风机的叶开度过大造成的。失速的产生会进一步导致喘振的发生，在对喘振处理时应从喘振和失速的关系上进行重点考虑，应从以下几个具体方面来处理:(1)一旦发生风机失速造成喘振，应尽快降低机组负荷，同时降低风机叶片开度。在对喘振风机调整的同时应关小未失速风机的叶片开度，使并联运行的2台风机的叶片开度和电流尽量接近，可有效解决喘振现象。在对并联运行的2台风机进行叶片开度调整时，为避免风量和风压不平衡，应注意同步调整其增减风量。加强对风机状态的监测，如果风机出现失速导致喘振时，应及时进入手动控制模式进行风量和电流的调整。(2)加装失速保护装置。加装失速保护装置可以有效预防喘振的发生，其工作原理是：在风机叶轮端脉动最频繁且剧烈的地方安装保护装置，其输出信号至DCS，在DCS内预先设定一个报警值，当实际值超过此设定值时，DCS提供报警信号，并配置振动监测装置，实时监测风机振动情况，如果出现振动值超过风机跳闸值，即可判断风机引发喘振，在风机喘振造成风机破坏前，停机保护。(3)在检修和维护的过程中，注意检查风道的通畅情况。轴流风机发生喘振通常伴随管路特性曲线改变。可能的原因有前置通风装置如暖风器、空气预热器等堵塞，调节板调节不当等。可通过关小叶片开度，增设导流装置等方法，对失速的气流进行整流，降低叶片进入失速区的概率。
四、风机叶片断裂的原因及对策
叶片断裂时风机的常见故障之一，这种故障不但对正常的生产造成影响，而且容易出现安全问题，危机人身和器械的安全，所以应重点进行防范。
4.1 风机叶片断裂的原因
一是叶片受力失衡。轴流风机正常运行时一方面因为叶轮旋转受到径向离心力的作用，这个力相对固定，转速不变时受力大小也不变，属于静应力，另一个方面由于气流流经叶片产生的压差，这个力随着负荷大小的变化而变化，属于动应力，这种力会导致叶片弯曲；二是轴流风机工况的影响。在运行时，如果风机长期处于失速状态，叶片流道内便存在失速区，造成叶片前后压力不一致，最终导致叶片的断裂；三是叶片的老化及腐蚀的影响。随着叶片的运行时间越来越长，叶片不可避免的受到腐蚀，这些叶片表面的腐蚀坑会成为局部的断裂源，加上长期的高速旋转，会放大这种腐蚀坑的影响，加剧叶片金属的疲劳程度，降低叶片的寿命，最终导致叶片断裂；四是叶片质量存在问题也可能导致叶片断裂。
4.2 叶片断裂的对策
叶片断裂的对策主要体现在预防断裂发生上，主要应注意以下几个方面：一是风机的运行操作人员要按照风机的操作规范进行开车与停车，熟悉轴流风机的特性和指标，尽量避免风机在运行中进入失速和喘振区，降低叶片受力不均匀情况出现的概率和次数，提高叶片的寿命；二是提高进气的品质。通过提升空气预热器的密封效果，采用搪瓷波纹板代替空气预热器的低温受热面，可减轻叶片的腐蚀、积灰，降低叶片断裂的概率；三是改进风机的叶型设计。可以使用耐磨、耐腐蚀性更强的、质量更好的合金或者复合材料，提高叶片的刚性和耐腐蚀性能，提高叶片的安全裕度；四是加强对轴流风机叶片的检查和维护。在长时间的运行后，要及时对叶片进行全面探伤检查，争取尽早发现问题并进行处理。
五、结束语
本文通过对电站轴流风机典型的几种故障进行分析，提出了相应的对策，对轴流风机的故障分析和研究具有一定的参考价值，相信随着该领域研究的深入，轴流风机的故障判断会越来越可靠和便捷，故障的对策会越来越成熟和完善。
参考文献
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[2] 王云池.动叶可调轴流式风机叶片断裂的原因分析[J].广东电力，2003，6(2):25-27.
作者简介
奉清秀：女，1979年6月出生，汉族，籍贯，四川省遂宁市，职称，工程师，学历，本科，专业，电力工程技术。工作单位，成都电力机械厂。
论文作者:奉清秀
论文发表刊物:《电力设备》2016年第7期
论文发表时间:2016/7/4
标签：风机论文; 叶片论文; 轴流论文; 气流论文; 对策论文; 原因论文; 故障论文; 《电力设备》2016年第7期论文;