火力发电厂锅炉风机之一---动叶可调式轴流风机

汪勇

火力发电厂锅炉辅机设备一般分为：球磨机、引风机、送风机、排粉风机、一次风机等，引风机、送风机、排粉风机、一次风机均属风机类；风机担负着连续输送气体的任务，风机的安全运行将直接影响到锅炉的安全、可靠、经济运行，因而风机是锅炉机组的重要辅机之一。随着单机发电容量的增大，为保证机组安全可靠和经济合理的运行，对风机的结构、性能和运行调节也提出了更高更新的要求。风机按其工作原理的不同，主要有离心式风机和轴流式风机两种，离心式风机有较悠久的发展历史，具有结构简单，运行可靠、效率较高(空心机翼型后弯叶片的可达85％一92％)，制造成本较低、噪声小等优点。但随着锅炉单机容量的增长，离心风机的容量已经受到叶轮材料强度的限制，不能随锅炉容量的增加而相应增大，而轴流式风机则可以做得很大，且具有结构紧凑、体积小、质量轻、耗电低、低负荷时效率高等优点。

轴流风机与离心风机比较有以下主要特点：

1、离心式风机的气流由轴向进入叶轮，然后在叶轮的驱动下，一方面随叶轮旋转，另一方面在惯性力的作用下提高能量，沿径向离开叶轮。轴流风机的气流由轴向进入叶轮，在风机叶片的升力作用下，提高能量，沿轴向呈螺旋形地离开叶轮。

2、轴流风机如制造成动叶片可调节式，则调节效率高并可使风机在高效率区域内工作。因此，运行费用较离心风机明显降低。

3、轴流风机对风道系统风量变化的适应性优于离心风机。如风道系统的阻力计算不很准确，实际阻力大于计算阻力，或遇到煤种变化所需风机风量、风压不同，就会使机组达不到额定出力。而轴流风机可以采用动叶片调节关小或开大动叶的角度来适应风量、风压的变化，对风机的效率影响却很小。

4、轴流风机有较低的飞轮效应值(N·m2)。这是由于轴流风机允许采用较高的转速和较高的流量系数，所以在相同的风量、风压参数下轴流风机的转子较轻，即飞轮效应值较小，使得轴流风机的启动力矩大大地小于离心风机的启动力矩。一般轴流式送、引风机的启动力矩只有离心式送、引风机启动力矩的14.2％一27.8％。

5、轴流风机的转子结构要比离心式风机转子复杂。旋转部件多，制造精度要求高，叶片材料的质量要求也高。所以轴流风机运行可靠性比离心式风机稍差些。

6、轴流风机如与离心风机的性能相同，则轴流风机噪声强度比离心式风机高。因为轴流风机的叶片数往往比离心风机多两倍以上，转速也比离心风机高。

下面就以动叶可调式轴流风机为例，对其进行介绍：

一、动叶可调式轴流风机的结构特点和工作原理

动叶可调式轴流风机由进气箱、扩压器、叶轮、动叶调节机构、传动组等部分组成，如图1所示。

1、进气箱

吸入烟风道包括进气室和导流板，进气室入口端与系统连接，中间简体内是主轴承箱座出口端呈圆锥状管段收集器，目的使气流进入进气箱及收集器内加速通过导流板并使气流转向。导流板是焊接在管段与中间筒体之间，使气体通过导流板能均匀地进入叶轮，减小旋涡区与阻力，使气流流动平顺的设备。

整个进气室由两个支座与基础连接，承受风机重量。

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图1 风机示意图

1一扩压器；2一扩压器支座／滚轮；3一动叶调节机构；4一传动臂；5一支承罩； 6一叶轮壳；7一叶片；8一叶轮外壳；9一进风箱支座；10一进风箱；11一主轴承箱；12一联轴器；13一联轴器保护罩；14一电机

2、扩压器

扩压器由外锥筒，圆柱形内筒及撑板后置导叶组成，全部为焊接结构。

扩压器前部是后置导叶，用钢板弯制焊接在内筒和外壳上，后置导叶有十多片。轴流风机在扩压器前设置导叶是为了提高风机的流动效率及适应锅炉的需要将气流动能部分转换成压力能。

整个扩压器下部由4个滚轮放置在导轨上，扩压器的高低、法兰平面和叶轮外壳法兰平面的平行度，可通过调整滚轮的垫片来找正。

检修时，扩压器可推入后部烟风道，为便于叶轮拆装，扩压器后部有一个流线形的检查孔和内筒体相通。扩压器中心水平位置有一根带法兰无缝钢管从外壳通向内筒，动叶调节机构传动轴装在管内。

进气箱入口和扩压器出口端与烟风道的连接，均采用软连接。这样能清除金属连接的缺点，使风机与风烟道之间的强制力降低到最小程度，避免因风机振动而影响系统，软性连接也起到了膨胀作用，也便于检修时拆装。

3、叶轮

叶轮是风机主要部件之一，气体通过叶轮的旋转，才能获得能量，然后离开叶轮作螺旋线的轴向运动。

叶轮由动叶片、轮毂、叶柄、推力轴承、调节盘、调节臂、滑块、导环、导销、支承轴颈等组成。轮毂外形轮廓复杂，两面均有平衡槽，用于叶轮平衡校验。

风机动叶片与叶柄均用螺钉连接，需按一定力矩进行拧紧。轮毂内部装有动叶调节机构部件，可以带动动叶片和叶柄转动。

4、动叶调节机构

改变叶片的角度是通过动叶调节机构来执行的。轴流风机动叶调节机构由传动轴拉叉、平衡锤、旋转密封、液压缸等组成。工作时由伺服器推动传动臂，通过传动轴拉叉带动液压缸部件的调节阀(错油门)，调节阀动作使液压缸动作，带动叶片角度的变化。

5、传动组

传动组由主轴承箱、联轴器组成。

主轴承箱主要由主轴、箱体、轴承座、轴承盖、轴承等组成。轴承为滚动轴承，一般分为两种：一是轴承由两个推力球轴承、一个向心球轴承和一个向心无挡边滚柱轴承组成；两个推力球轴承同向布置承受风机进口方向的轴向推力，轴向推力通过16个小弹簧作用在轴承端盖上，起到了自动调节轴向推力和缓冲的作用；润滑方式为采用稀油站润滑。二是箱轴承由一个推力球轴承、一个向心球轴承和一个向心无挡边滚柱轴承组成；润滑方式为采用润滑脂润滑。

二、动叶可调式轴流风机的安装

1、风机主要部件安装顺序

1.1、垫铁布置及找平找正；

1.2、进气箱/入口锥放在基础上；

1.3、轴承组对中并安装在进气箱内；

1.4、扩散器滑轨置于基础上；

1.5、将轮毂装到主轴上；

1.6、叶轮机壳装到进气箱/入口锥上；

1.7、叶片装到轮毂上；

1.8、轮毂上的液压调节系统安装；

1.9、扩散器靠近叶轮机壳推进，然后拧紧；

1.10、调节驱动系统和伺服电机安装；

1.11、液压系统安装；

1.12、电机与风机对轮安装；

1.13、电机安装找正；

2、风机主要施工方法及工艺要求

2.1、轴承组的安装

主轴承安装在进气箱初步找正后进行。

2.1.1、为轴承组安装一临时支撑，使轴承底座延长2.5mm，该临时支撑需伸出入口锥约1.6mm；

2.1.2、将轴承组吊放置于临时支撑上，用倒链将轴承组拖入进气箱内筒中；

2.1.3、将叶轮机壳临时安装在入口锥上，通过轴承外壳底脚和轴承底座下面的4个垫片来找正轴承组，再通过调整螺钉来调整轴承组位置，调整到主轴中心与叶轮机壳中心对中为止；

2.1.4、最终调整完毕后，将轴承组拧紧到轴承底座上。

2.2、轮毂安装

轮毂和叶片都标有相关位置编号和相对于风机序列的标号，以保证转动件能正确安装。

2.2.1、精确测量轴径和轮毂内径；

2.2.2、给轴伸轴涂安装油，轮毂内孔不要涂油；

2.2.3、拆掉轮毂罩，外部导向环和调节盘；

2.2.4、吊起轮毂使之与轴水平；

2.2.5、加热轮毂内径，直到其内径超过轴端直径0.1℅；

2.2.6、使用安装工具将轮毂向轴颈方向牵拉，使轮毂套入轴颈上，安装轴上的螺母和锁定垫圈，将轮毂紧靠轴端轴颈固定。拧紧轴上螺母，冷却一段时间后重新拧紧，弯下锁定片以锁定螺母；

2.2.7、转动轮毂检查确保迷宫密封是否与轮毂相碰；

2.2.8、密封并安装叶轮机壳；

2.2.9、安装叶片，检查叶轮顶部间隙；

2.2.10、安装调节盘，将支撑轴颈装到主轴中心孔内。注意不要顺坏油封和滑套；

2.2.11、安装导向环。

2.3、机壳安装

2.3.1、在进气箱/入口锥的法兰上安两个专用导向销；

2.3.2、在进气箱/入口锥上安装叶轮机壳，在法兰结合面上装上密封材料后拧紧固定叶轮机壳的螺栓；

2.3.3、确保风机外壳与主轴同心，检查同心度时可安装一个叶片，然后在叶轮机壳内旋转叶片。

2.4、叶片安装

所有叶片都标有它在轮毂上的位置标志。

2.4.1、拆下叶轮机壳上的检修门；

2.4.2、在凹处放置特氟隆圈，特氟隆圈就位时必须是可移动的，并且接口朝向扩散器；

2.4.3、安装叶片然后拧紧螺钉；

2.4.4、拧紧时使用力矩扳手，拧紧力矩如下：

螺纹：3/8″WG 力矩15-20 Nm

螺纹：1/2″WG 力矩39-44 Nm

2.4.5、安装完后，测量叶片顶部间隙，其测量方法为：

2.4.5.1、将叶轮机壳等分8点，如图2，测量位置5处的叶片顶部间隙，将所测结果填入表1中。

图2

位置5处所测叶片顶部间隙 表1

叶片号	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
间隙
叶片号	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24
间隙

通过测量结果找出最长叶片和最短叶片，并分别标上L和S。

2.4.5.2、测量最长叶片在图1中8个位置的顶部间隙值，并将结果填入表2中。

最长叶片在8个位置的顶部间隙值 表2

位置	1	2	3	4	5	6	7	8
间隙

2.4.5.3、规定的叶轮外壳公差

最长叶片在8个位置所测的最大间隙和最小间隙的差值就是叶轮的外壳公差。

2.4.5.4、叶轮顶部最小间隙

从表2的8个值中找出最小间隙值。

2.4.5.5、叶轮顶部最大间隙

首先计算出表1中的最短叶片和最长叶片距叶轮顶部间隙值之差值，将此差值加到表2中规定的每一叶片顶部间隙上。该值即为短叶片在每一位置时的顶部间隙值。将结果填入表3中。

最短叶片在8个位置的顶部间隙值 表3

位置	1	2	3	4	5	6	7	8
间隙

从表3的8个值中找出最大间隙值，该值就是叶轮顶部最大间隙。

2.4.5.6、所有叶轮顶部间隙的平均值为：

最长叶片的平均间隙值+最短叶片的平均间隙值

2

2.5、安装扩散器

2.5.1、给扩散器安上滑座后将扩散器吊装到滑轨上；

2.5.2、将扩散器推近叶轮机壳，在垫片和扩散器支脚之间加垫片以调整扩散器高度。调整扩散器相对于叶轮机壳法兰的位置使他们平行且能轻易将扩散器穿上导向销。

2.5.3、在扩散器法兰内面放置密封材料后拧紧扩散器紧固螺栓。

2.5.4、检查叶片尖端距离是否改变。

2.6、液压缸安装及对中

2.6.1、把液压缸安装于支撑轴颈上，拧紧螺钉；

2.6.2、安装轮毂盖，并拧紧螺钉；

2.6.3、安装支撑盖于液压缸上；

2.6.4、用3-4个螺钉把支撑盖固定到轮毂盖上，轻轻拧紧螺钉，使支撑盖和液压缸能够轻微地径向移动；

2.6.5、调整液压缸和支撑盖使其最大偏心度不超过0.05mm；

2.6.6、小心的将柱阀压入阀体。

2.7、旋转油封安装

2.7.1、将旋转油封安装在柱阀上；

2.7.2、通过扩散器上的百分表测量油封端盖取得的数值来确定对中。

2.8、联轴器安装、找正

2.8.1、将主电机安装到电机座上并在主轴和电机轴间安装联轴器，电机根据联轴器来调对中；

2.8.2、检查联轴器的轴向和径偏差

2.8.2.1、将百分表放在风机端的联轴器轮毂上，在中间轴上取几个固定点取值，测量轴向和径向向偏差，如图3；

百分表

百分表

图3

2.8.2.2、将联轴器转动90º，然后在同一点测量数值。在4个位置重复上述过程，直到对中值误差在厂家或技术文件所规定的范围内为止。

3、风机安装的质量标准

序号	检验指标		允许值
1	主轴承水平最大偏差（相对水平轴）		0.2mm/m
2	叶片顶部间隙		2.3-3.8m
3	叶片顶部间隙的最大公差		1.2mm
4	液压缸对中（圆周方向取4点读数）公差		0.05mm
5	旋转油封对中（圆周方向取4点读数）公差		0.05mm
6	联轴器找正	圆周跳动差值	0.05mm
		端面跳动差值	0.05mm
7	电机轴水平度		0.10mm
8	主轴中心标高偏差		±10mm

三、风机的带系统试运

辅机设备在安装完成之后，均需对设备进行试运，风机也不例外。而风机试运会产生强大的风压，非常用的危险，因此，风机需在相关系统完成之后带系统试运。

1、风机的启动停用

1.1、风机启动前应具备的条件

1.1.1、与风机有关的各风、烟系统，设备完整、检修工作结束、检修入员已撤离现场。各风门、挡板经校验正常、位置符合要求。

1.1.2、风机及与之有关的润滑油系统、冷却系统、液压油系统、自动及程序控制系统、保护及联锁装置以及各仪表均符合启动前的要求。

1.1.3、风机试转前，已做电动机单机试转，并确认旋转方向符合要求。

2、风机的启动

2.1、为保证设备的安全，风机应在最小负载下启动。应先将动叶片调到“0”位。待风机启动正常，电流降至空载值后，再调节动叶，一步步升速（升速时每次加载5%，待这次稳定之后，才能加载下一次），保持炉膛负压正常和风量符合要求。

2.2、风机启动正常后应对风机的运行工况由各专业人员进行全面检查，其中包括：电动机及机械部分的振动、轴承温度、电流、风量、风压、电动机绕组和铁芯温度，转动部分有无碰壳或金属摩擦声以及各附属设备及系统的运行情况等。

3．风机的停用

锅炉的风机一般均采用两台风机并联运行的方式。锅炉正常运行中，当并联运行的两台风机因故需停运一台时，应先将机组的负荷减至50％，开启有关的连通风门并将需停用风机的负荷逐步转移至另一台风机上去，待该风机的负荷已降至最低时，便可停用该风机。

风机停用时应检查与之有关的各联动设备动作情况应正常，各附属设备和系统，应按有关规定进行相应的停用。

4、风机故障与故障排除

由于风机运行正常与否关系到整台机组的正常运行，因此当风机出现故障时及时的找到故障原因和排除故障尤为重要，这也就必须掌握影响风机可靠性的因素，也就是故障分类和造成的原因。

4.1、风机主要故障有：转子不平衡，造成震动；叶片产生裂纹和断裂；叶片磨损；轴承损坏；电机故障；油站故障，调节油压不稳定，影响风机的调节性能等。

4.2、在查找风机故障原因时一般根据其故障情况由最后一次检修记录和现场风机运行条件是否满足这两个方面入手。

但造成风机产生故障的原因是多方面的，其主要原因有：产品结构设计不合理，叶片的铸造与焊接强度不够；保护装置失灵；启动运行没有按照规程操作；无定期检修和检修不良；安装时轴系不水平和联结不好；执行机构安装误差大，导致操作不准确；风机选型和系统设计也有为重要。

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