風(fēng)機是火力發(fā)電廠中的關(guān)鍵輔機，軸流風(fēng)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(fēng)機非凡是動葉可調(diào)軸流風(fēng)機的可靠性差，頻頻發(fā)生故障，導(dǎo)致電廠非計劃停機或減負(fù)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(diào)軸流風(fēng)機斷葉片事故，也有在同一電廠反復(fù)多次發(fā)生，嚴(yán)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(fēng)機運行的可靠性顯得十分必要和迫切。

1　電站風(fēng)機可靠性概念

電站風(fēng)機可靠性統(tǒng)計的狀態(tài)劃分如下：

送引風(fēng)機運行可靠性可用以下兩個重要參數(shù)說明。

式中　tSH——運行小時數(shù)，指風(fēng)機處于運行狀態(tài)的小時數(shù)；

　 　tUOH——非計劃停運小時數(shù)，指風(fēng)機處于非計劃停運狀態(tài)的小時數(shù)，亦稱事故停運小時數(shù)。

90年代以前，我國大型電站鍋爐風(fēng)機引起的非計劃停機和非計劃降負(fù)荷較頻繁，據(jù)統(tǒng)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(fēng)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(fēng)機制造廠設(shè)備質(zhì)量提高較快，針對我國電廠的實際情況，引進外國先進技術(shù)，使電站風(fēng)機非凡是動葉可調(diào)軸流風(fēng)機的可靠性不斷地得到提高。例如：1997年某鼓風(fēng)機廠對其利用引進技術(shù)生產(chǎn)的、在15套300 MW火電機組中使用的28臺動葉可調(diào)軸流式送風(fēng)機和24臺動葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機進行可靠性分析，發(fā)現(xiàn)其運行率已達99%。其他廠家的產(chǎn)品的可靠性也有較大的提高。

2　影響軸流風(fēng)機可靠性的因素

2.1　電站風(fēng)機事故分類

第1類事故：風(fēng)機故障引起火電機組退出運行。

第2類事故：風(fēng)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(fēng)機僅有某一臺退出運行。

第3類事故：風(fēng)機損壞不嚴(yán)重，不需要送、引風(fēng)機退出運行進行維修。

第1、2類事故直接影響風(fēng)機運行可靠性，第3類則是潛在的影響因素。

2.2　軸流風(fēng)機主要故障

a）轉(zhuǎn)子故障。如轉(zhuǎn)子不平衡、轉(zhuǎn)子振動等，最嚴(yán)重的甚至發(fā)生葉輪飛車事故。

b）葉片產(chǎn)生裂紋或斷裂。在送、引風(fēng)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(fēng)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(fēng)機磨損。這是燃煤電站引風(fēng)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(yán)重時燒壞電機。

f）油站漏油，調(diào)節(jié)油壓不穩(wěn)定。既影響風(fēng)機的調(diào)節(jié)性能也威脅風(fēng)機的安全。

2.3　軸流風(fēng)機發(fā)生故障的原因

2.3.1　產(chǎn)品設(shè)計和制造方面

a）結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，強度設(shè)計中未充分考慮動荷載。

b）氣動設(shè)計不完善。對氣動特性、膨脹不明。

c）葉片強度安全系數(shù)不夠，葉片材質(zhì)差。

d）葉片鑄造質(zhì)量差。

e）焊接、裝配質(zhì)量差。如葉片螺栓脫落打壞葉片等。

f）控制油站質(zhì)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(fēng)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(fēng)機特性要求進行啟動并車，風(fēng)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(dǎo)致風(fēng)機入口含塵濃度高。

d）兩臺風(fēng)機并列運行時，兩者工作點差異較大。

e）軸流風(fēng)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(lián)接不好，導(dǎo)致風(fēng)機振動大、軸承、聯(lián)軸器易損壞。

b）執(zhí)行機構(gòu)安裝誤差大，就地指示值與控制室反饋值不一致，導(dǎo)致操作不準(zhǔn)確。

2.3.4　風(fēng)機選型與工程設(shè)計方面

風(fēng)機選型不當(dāng)造成風(fēng)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(fēng)機管路工程特性不合理，均可造成風(fēng)機轉(zhuǎn)子有關(guān)部件的疲憊與損壞。

3　提高軸流風(fēng)機可靠性的措施

3.1　選型

電站鍋爐風(fēng)機的型式一般有離心式、靜葉可調(diào)軸流和動葉可調(diào)軸流風(fēng)機，應(yīng)根據(jù)具體使用場合，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較確定風(fēng)機型式。3種風(fēng)機的比較見表1。

表1　3種風(fēng)機的比較

項目離心式靜調(diào)軸流動調(diào)軸流結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度低中高對介質(zhì)含塵量的適應(yīng)性好中差可比運行效率低中高可比設(shè)備價格低中高可靠性高中低
選擇軸流風(fēng)機時，設(shè)計點應(yīng)落在效率最高、并在此基礎(chǔ)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(fēng)機仍可在最高效率區(qū)內(nèi)運行。

對于燃煤鍋爐，由于動葉可調(diào)軸流風(fēng)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(zhuǎn)速。

3.2　并聯(lián)設(shè)計與運行

在選擇動葉可調(diào)軸流風(fēng)機的參數(shù)時，除了按有關(guān)規(guī)程規(guī)定給出裕度外，還要依據(jù)電廠實際情況，不僅考慮最大保證工況點、MCR工況、100%負(fù)荷工況，還要考慮點火工況以及風(fēng)機安全并車工況。后兩種工況往往被人忽視而給風(fēng)機的調(diào)試與運行帶來困難。故應(yīng)非凡注重動葉可調(diào)軸流風(fēng)機的并聯(lián)設(shè)計與運行。

兩臺風(fēng)機并聯(lián)運行在C點，但每臺風(fēng)機運行在各自特性曲線的A點上。當(dāng)?shù)?臺風(fēng)機保持同樣葉片角度運行時，運行點將移到B點，第2臺風(fēng)機要啟動并入時，關(guān)閉出口門啟動，葉片角度調(diào)至最小。打開隔離門后，第2臺風(fēng)機將在D點運行，逐漸開大其角度，并調(diào)小第1臺風(fēng)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(fēng)機并聯(lián)，再同時調(diào)節(jié)兩臺風(fēng)機到所需的參數(shù)。

可以看出，當(dāng)?shù)?臺風(fēng)機運行點壓力高于第2臺風(fēng)機失速線的最低點S的壓力時，第2臺風(fēng)機啟動將發(fā)生喘振，這時需降低第1臺風(fēng)機出力，使B點位于S點之下再啟動第2臺風(fēng)機。

3.3　其他設(shè)計措施

假如可以降低風(fēng)機負(fù)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(fēng)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(fēng)機出力下降受到限制的情況下，有兩個方法解決并聯(lián)運行問題。一是選擇風(fēng)機時計算好單臺風(fēng)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(shè)計點位于特性曲線更下端，以致壓頭較高風(fēng)機效率較低。二是可以在軸流風(fēng)機風(fēng)道上加一個旁路再循環(huán)門，啟動該風(fēng)機時，先關(guān)閉出口門，打開循環(huán)門。待第2臺風(fēng)機越過失速線后打開出口門，關(guān)閉循環(huán)門，這樣做的缺點是增加了初投資，增加了送風(fēng)倒回泄漏的可能性。

在設(shè)計風(fēng)機進出口連接管道時，要力求避免產(chǎn)生渦流的可能性，某些轉(zhuǎn)彎處還應(yīng)采取加裝導(dǎo)流板的措施。

3.4　調(diào)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(yán)重時，風(fēng)機因長時間處于失速邊緣或失速區(qū)內(nèi)運行而導(dǎo)致斷葉片事故的發(fā)生。

b）對于燃煤電站，不能讓引風(fēng)機長期在超標(biāo)煙塵中受磨。解決軸流風(fēng)機磨損問題的關(guān)鍵是降低風(fēng)機入口含塵濃度和灰粒尺寸。為此，應(yīng)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(fēng)機葉片的磨損。

d）確保風(fēng)機喘振保護正常投入。

4　結(jié)束語

軸流風(fēng)機非凡是動葉可調(diào)軸流風(fēng)機現(xiàn)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(guān)重要。我國電站風(fēng)機可靠性與先進國家差距正在縮小。要提高風(fēng)機運行可靠性，除了須提高風(fēng)機本身設(shè)計、制造質(zhì)量外，設(shè)計選型、運行及維護方式也至關(guān)重要。

摘　要：目的　提高風(fēng)機葉片的壽命。方法　為改變?nèi)~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(chǎn)實際,負(fù)壓風(fēng)機生產(chǎn)廠家。結(jié)果　葉片壽命提高 4 倍左右，保證了風(fēng)機在一個大修期內(nèi)不會因磨損而造成停機。結(jié)論　作者研究得出的堆焊技術(shù)，經(jīng)生產(chǎn)實際檢驗，是切實可行的，可以推廣至同類應(yīng)用場合。
關(guān)鍵詞：風(fēng)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(fēng)機(統(tǒng)稱風(fēng)機)是鍋爐機組中的重要組成設(shè)備。排粉機用于輸送煤粉；引風(fēng)機用來抽吸煙氣，使其經(jīng)煙囪排煙。太原一電廠 1#～8# 鍋爐機組的風(fēng)機葉輪，在工作過程中，因轉(zhuǎn)速高(1 480 r/min 以上)，且承受一定的風(fēng)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(xiàn)象，導(dǎo)致葉輪壽命下降，需要停機檢修。這會造成相應(yīng)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(yīng)費用，更為嚴(yán)重的是停機會影響發(fā)電量，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失及社會影響。

如何提高風(fēng)機葉片的壽命(最起碼在鍋爐的一個大修期內(nèi)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(jù)風(fēng)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(yīng)用于生產(chǎn)實際，取得了令人滿意的效果。

1　風(fēng)機葉輪結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求

鍋爐機組的風(fēng)機規(guī)格一般不統(tǒng)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(jié)構(gòu)示意圖。

對葉輪的技術(shù)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(jīng)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(guān)的現(xiàn)象。要提高葉輪的壽命，必須對葉片表面進行強化，使其能經(jīng)受住磨損。

2.1　磨損原因分析

作者現(xiàn)場考察了已磨損葉片的表面狀況，發(fā)現(xiàn)磨損最嚴(yán)重的部位已成豁口狀(局部磨穿)，稍嚴(yán)重部位已磨成薄刃狀,玻璃鋼負(fù)壓風(fēng)機，其他部位的表面磨成一道道微細(xì)溝槽,車間降溫。根據(jù)現(xiàn)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(fēng)壓作用下，對高速運轉(zhuǎn)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(fēng)機的使用工況及現(xiàn)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(dǎo)致試件變形嚴(yán)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(chǎn)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(fù)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(chǎn)的堆焊材料進行了對比試驗，結(jié)果如表 1 所示。

表 1　堆焊材料對比試驗
序號生產(chǎn)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

從表 1 可以看出，1# 材料堆焊后表面硬度高，但焊接工藝性能差，堆焊層表面呈“積瘤狀”、 不平滑；為避免在葉輪使用過程中，在“積瘤”處“掛灰”，破壞葉輪動平衡，故不采用。2# 材料堆焊后，雖然表面成型較平滑，但其硬度較低，因其耐磨性較差，故也不采用。3# 材料無論在表面成型，還是在表面硬度方面均較好，故選其為堆焊材料。

3　堆焊工藝及結(jié)果

3.1　堆焊工藝

工藝是影響堆焊質(zhì)量的重要因素。根據(jù)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(shù)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(shù)對各組試件堆焊，然后比較各組的硬度值結(jié)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(zhì)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(jié)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

作者認(rèn)為：采用第 3 試件組的工藝規(guī)范效果最好。

為減少母材熔化量，應(yīng)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(dǎo)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(chǎn)生焊接應(yīng)力，導(dǎo)致焊接變形等，故還需采取適當(dāng)工藝措施，才能把葉輪變形控制在公差范圍內(nèi)[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(zhuǎn)動葉輪，在對稱葉片相應(yīng)位置，堆焊另一粉塊，順序如圖 2 所示。如此循環(huán)往復(fù)，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(yīng)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(yīng)力變小。這與降低稀釋率的要求是一致的。

3.2　結(jié)　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(shù)要求范圍內(nèi)，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(fēng)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(nèi)，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(jīng)濟效益和社會效益。

4　結(jié)　論

經(jīng)實際生產(chǎn)考驗，該堆焊技術(shù)是切實可行的，可以大大提高風(fēng)機葉片的使用壽命，該技術(shù)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(xué)院 材料工程系，山西 太原 030051）
曹海燕（太原理工大學(xué)，山西 太原 030024）
張保富（太原一電廠，山西 太原 030024）

參考文獻：
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鋒速達是水簾生產(chǎn)廠家|環(huán)�？照{(diào)生產(chǎn)廠家|屋頂風(fēng)機廠家|，鋒速達承接規(guī)劃：豬場降溫|車間降溫|廠房降溫|豬場通風(fēng)|車間通風(fēng)|廠房通風(fēng)|屋頂排風(fēng)機|屋頂排熱|廠房通風(fēng)降溫|車間通風(fēng)降溫|通風(fēng)換氣排熱降溫工程|屋頂風(fēng)機安裝|負(fù)壓風(fēng)機安裝|水簾安裝|環(huán)�？照{(diào)安裝|通風(fēng)設(shè)備安裝|通風(fēng)降溫設(shè)備|通風(fēng)系統(tǒng)安裝案例|通風(fēng)降溫系統(tǒng)|屋頂通風(fēng)機|屋頂排風(fēng)系統(tǒng)
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