FAF、PAF型轴流式风机液压调节装置失效分析探讨.doc

FAF、PAF 型轴流式风机液压调节装置失效分析探讨夏修河（安徽淮南平圩电力检修工程有限责任公司 安徽 淮南 232089）【摘 要】动叶可调整式轴流风机在运行中能改变风机叶片的角度，从而达到调节风量大小的目的，它具有良好的调节性能，现已在大型锅炉上广泛应用，液压调节装置是动叶可调整式轴流风机最重要的附件之一，对动叶可调式送、一次风机液压调节装置失效的原因分析，采取相应处理措施，取得了良好的效果。【关键词】动叶可调式轴流风机 液压调节装置 失效 预防措施1 前言平圩发电有限责任公司（以下称平电公司）总装机容量2400MW，期工程2600MW 是国产首台600MW 机组，安装了由哈尔滨锅炉厂引进美国CE 公司技术，进行设计、制造的HG2008/186-M 型炉，锅炉为亚临界中间再热强制循环单炉膛汽包炉，每台锅炉各配套2 台FAF、PAF 型动叶可调式轴流式风机都是由上海鼓风机厂引进德国TLT 公司技术制造，于89 年11 月和92 年12 月相及投产以来，曾多次因液压调节装置失效，机组被迫单系统运行或停机消缺，给电网的安全运行造成严重影响，通过正确分析，在机组的检修和日常维护中采取有效地预防措施，为机组的安全经济运行提供了保障。2 设备概述2.1 动叶可调式轴流风机的简介平电公司FAF、PAF型动叶可调式送、一次风机是将介质从进口轴向进入叶轮，由于叶轮的旋转叶片对介质作功，使介质能量升高，然后流入导叶。此后介质流过扩压筒及整流体，经扩压器后进一步将动能转换为压力能（升压）,介质沿风机轴向出口达到输送介质的目的, 风机的旋转方向为顺气流方向看逆时针。送、一次风机主要部件由动静两部分组成：静止部分由进气室、导叶，叶轮机壳、扩压器、集流器、主轴承箱等组成。转动部分由叶轮、液压调节装置，主轴、轴承、刚挠性联轴器和中间轴等部件组成。其结构如下图1所示，具体特性参数见表1。全国火电600MW 级机组能效对标及竞赛第十五届年会论文集 锅炉篇256图1 送、一次风机结构示意图表1 动叶可调式送、一次风机特性参数名 称 送风机 一次风机 备 注风机型号 FAF2813.31 PAF18-10-2风机直径（） 2818 1778轮毂直径（） 1334 1000叶轮级数/布置情况 单级/卧式布置 双级/卧式布置叶片数量（片） 16 32叶片材料 ZL104-T6 ZL104-T6液压缸内径/行程（） 336/100 336/50叶片与机过壳间隙（） 2.8+0.7 1.8+0.5 叶片在关闭位置叶片调整范围 -25 +20 -25+20流 量(m/s) 293 71-116压升(N/) 3875 662-1084风机转速(rpm) 985 1480风机功率(KW) 1336 1472.3电机型号 Ysfw LD-CS-M电机额定电流（A）/电压（V） 363/3000 123/10000额定转速(rpm) 991 1488电机额定功率(KW) 1600 1800调节叶片用电动执行器型号 SM5160电动执行器输出力矩（N/m） 2032.2 FAF、PAF 型动叶可调式轴流式风机液压调节装置的结构从液压调节装置从结构上看（如图2 所示），可分为三大部分，一为控制头，它不随转子转动，二为液压缸及叶柄组件调节机构，它随转子旋转，三为外部电动执行机构等。液压调节装置有叶片、全国火电600MW 级机组能效对标及竞赛第十五届年会论文集 锅炉篇257叶柄、调节杆、推盘、液压缸活塞、调节缸体、活塞轴、控制阀、反馈杆组件（包括齿条及反馈轴承）、控制轴、指示轴、输入、输出连杆及电动执行器等组成。图2 液压调节装置示意图液压缸活塞轴的轴线上加工了不同深度的5 个孔，中心孔安装反馈杆组件，此反馈杆一端加固定于液压缸缸体上，另一端通过反馈轴承与反馈齿条连接。这样，反馈齿条做轴向往返移动，反馈齿条带动输出轴（指示轴），输出轴与一传动连杆弹性连接，通过机壳上关节轴承传递到机壳上显示出叶片角度的大小，同时又可通过电动执行器将电信号引到控制室作为叶片角度的开度指示。另一方面，反馈齿条又带动传动控制阀（错油门）齿条的齿轮，使控制阀复位。而液压缸活塞轴轴线上的其它4 个孔，是使调节缸体做轴向往返运动的供油回路。液压缸固定在转子的罩壳上，并将液压缸头部短轴插入风机主轴孔内随转子一同转动的（一次风机是插入风机主空心轴的两极叶片的调节芯轴内），轴的一端装液压缸缸体和活塞（活塞是固定在轴上），另一端装控制头，它和轴靠轴承连接，在两轴承间被分割两个压力油室，该轴和风机同步转动，而控制头则不转动，油室的中间和两端与轴间的间隙都是靠铜制的齿形密封环密封，需轴与控制阀壳靠“O”型密封圈密封，从而保证了液压油的泄漏，控制阀装在控制头的另一侧，压力油和回油管道通过控制阀与两个压力油室连接，控制阀的阀芯与转动齿条铰接，传动齿条穿过滑块的中心与装配在滑块上的小齿轮啮合，小齿轮同轴的大齿轮与反馈齿套相啮合，在电动执行器连接的控制轴上偏心安装金属杆，嵌入到滑块的槽道中。3 液压调节装置失效的原因分析3.1 液压调节装置反馈轴承损坏。由于此轴承为双列向心推力球轴承，能承受一定的轴向、径向载荷，同时又与风机同等转速下长周期运行，是靠控制头内的漏油来起到润滑，轴承会产生磨损和锈蚀等情况，在运行中造成轴承卡涩、损坏有以下几种因素。3.1.1 液压油油质不合格（或乳化），油中含有水份和杂质，它对整个调节机构影响很大，加剧轴承磨损失效。3.1.2 输出轴的反馈齿轮与反馈齿套间隙过小，输出轴的反馈齿轮给反馈齿套作用力过大，在调节全国火电600MW 级机组能效对标及竞赛第十五届年会论文集 锅炉篇258过程中，反馈齿套轴向移动困难，反馈轴承受轴向载荷过大，致使反馈轴承损坏。3.1.3 反馈轴承与转子同等转速长周期运行，致使轴承的滚珠、滚道及保持架磨损，在检修期间又没有定期更换此轴承，造成轴承的破碎失效。3.1.4 机壳外部输出轴指示杆处支撑的关节轴承卡涩，会使反馈轴承受轴向载荷过大，造成轴承破碎损坏。3.1.5 液压缸（336/50）安装到风机上，因位置的原因必须将反馈齿轮拆卸换向，而反馈齿轮盖上的四个螺栓和四个弹簧垫圈的位子装错，碰到控制头内的拨叉，造成反馈轴卡死，使反馈轴承损坏。3.2 液压调节装置反馈杆断裂及锁紧螺母损坏。反馈杆及锁紧螺母其结构（如图3 所示），反馈杆的直径为810 ，一端固定在液压缸缸体的插入风机主轴孔的短轴上，另一端通过反馈轴承将反馈齿条用开槽螺母相连成一整体，开槽螺母是用开口销锁定。造成反馈杆及锁紧螺母损坏由以下几种原因。图3 反馈杆组件示意图3.2.1 由于机壳外部输出轴指示杆的关节轴承卡涩，液压调节装置的调节时反馈杆及锁紧螺母轴向载荷过大；反馈杆装配轴承处有一轴肩，轴肩处圆滑过渡不佳，容易形成应力集中，在检修中没有定期更换，长期运行疲劳过渡，造成反馈轴轴肩处发断裂；同时由于反馈杆和锁紧螺母尺寸较小，为M8M101.5 细牙螺母，锁紧螺母的开口销的断裂脱落后，在轴向载荷的作用下，致使锁紧螺母滑扣脱落现象。3.2.2 由于叶片及轮毂内的叶柄、平衡锤、调节杆、滑块，推盘大修时调换的零件几何尺寸，形位尺寸不符合图纸要求或装配不良，局部卡住，磨擦力太大。液压缸调节受限，造成反馈杆拉断或锁紧螺母滑扣脱落现象。3.2.3 叶片顶部与机壳处和叶片根部与叶轮轮毂积灰结垢，使叶片与机壳和叶片根部与叶轮轮毂间的间隙小于规定尺寸，转子在转动或叶片角度调节时，叶片与机壳、叶片与轮毂产生摩擦，液压缸调节受阻，造成反馈杆拉断或锁紧螺母滑扣现象。3.3 液压调节装置弹性簧片断裂。液压缸控制头处的弹性联轴器的4 只弹性簧片是由4 只M6 螺栓对称反方向紧固，调节杆外部机体上只有一只能调心的关节轴承做作为支撑点，其结构如图4 所示。全国火电600MW 级机组能效对标及竞赛第十五届年会论文集 锅炉篇259图4 弹性联轴器及簧片示意图3.3.1 输入端的调节杆与控制头的输入轴同心度超出规定范围，在液压系统调节时就会使弹性簧片断裂。3.3.2 控制头的输出轴与指示杆中心偏差较大或机体外部关节轴承卡涩，在液压系统调节时就会使弹性簧片断裂，造成风机运行时机体外部指示无法就地监控。3.3.3 固定液压控制头防扭转的保险偏铁的螺栓由于振动松脱，使液压控制头偏移，造成输入（输出）轴与调节杆（指示杆）同心度超出规定范围，致使弹性簧片断裂。3.3.4 由于在检修中没有对弹性簧片和联结柱销的定期检查更换，弹性簧片的固定螺孔及联结柱销磨损，导致间隙过大或断裂，液压系统调节时会形成空行程，造成叶片角度开、关不一致或调节失效。3.4 液压调节装置输入、输出轴调节、指示杆的过渡夹块损坏。为了方便液压系统的调节杆及指示杆的拆装，故在机壳体内的调节杆及指示杆中间各用一夹块过渡，每只夹块用4 只M12 内六角螺栓紧固，其结构如图5 所示。图5 夹块示意图在更换液压缸、液压控制头中心的校验及机壳外部关节轴承检修，都需要将此夹块用扁錾胀开，使调节杆、指示杆与液压控制头拆除或脱离，由于经常往复此工作，同时又没对此夹块进行无损检验，在一定的时间内使夹块中间的开口处，疲劳过渡发生断裂，致使液压调节系统失效。3.5 液压调节装置电的动执行器的损坏。电动执行器是液压调节系统的一个重要部件，它是将力矩传递给调节杆，由调节杆带动液压控制头输入轴，促使控制阀的进、回油量，来控制叶片角度的开全国火电600MW 级机组能效对标及竞赛第十五届年会论文集 锅炉篇260关大小。液压调节装置的电动执行器安装在风机外部的机壳上，由于风机机壳在运行中不断地会产生振动，一是加剧了电动执行器内部传动齿轮的磨损损坏；二是使电动执行器内的行程限位杆松动失灵，致使液压调节装置调节失效。3.6 液压调节装置的输入、输出轴机壳外部支撑轴承卡涩失效。液压控制头的输入、输出的调节杆、指示杆是由壳体外部的关节轴承做为支撑点，属于滚动轴承类。轴承在露天的环境中会经受雨水淋洗，水分及灰尘通过侧面的碟型簧片处进入关节轴承内，关节轴承表面油脂流失，同时又没有按规定对其轴承定期加油脂润滑，造成关节轴承的生锈卡涩。3.7 液压调节装置的液压缸的失效。液压缸的功能是将压力能转换成机械能，以带动工作部件运动，在整个液压调节系统中，调节杆通过控制头的输入轴和液压缸的控制阀连接，将力矩传给液压缸，带动液压缸动作；液压缸及其附件的失效有如下表现。3.7.1 液压缸体及控制头内各密封件，没有定期更换老化失效，造成液压缸体及控制头内泄漏增大，漏油量增加，致使液压缸的推力不够，不仅影响电动执行器行程导致动叶开度失真，动叶开关受限，内外角度不同，造成液压调节装置调节失效。3.7.2 液压油是液压系统传递能量的工作介质，液压油中含有水份和杂质，杂质存积在控制头的控制阀的滑块的槽道中，造成滑块的卡涩，导致液压调节装置调节失效。3.7.3 转子主轴上的铜轴套的内径与液压缸的主轴外径配合公差最大间隙为0.07 ，最小间隙为0.02 ，若间隙过大，超出其范围，转子在旋转中液压缸缸体就会发生晃动，导致液压缸在很短的时间内损坏。3.8 液压调节装置动叶叶柄轴承的失效。风_机叶柄轴承损坏主要是指磨损和锈蚀情况，一是动叶叶柄轴承在一个或多个大修周期没有进行解体检查，由于叶柄轴承组件上的密封圈经过长期运行后发生损坏、磨损、破裂、老化等现象；二是在检修过程中，检修人员在安装密封圈时操作失误，没有正确执行检修规程，密封圈安装位置不正确，使密封圈切断；叶柄轴承组件密封失效，在离心力的作用下，叶柄轴承内润滑脂被甩到出，使轴承表面的润滑脂干涸，引起轴承滚动体和滚道磨损，轴承卡涩，造成液压调节装置调节失效。3.9 液压调节装置的液压油站的压力安全阀的失效。液压系统的压力安全阀的作用是控制油压，当油压超过规定的值时，压力安全阀动作溢流，从而保证液压装置供油压力在容许的范围。压力安全阀失效会有以下故障：3.9.1 液压油系统在长周期运行，液压油会使阀门的密封面发生冲蚀，密封不严，造成压力安全阀内漏。3.9.2 压力安全阀内弹簧断裂和失效，液压油超过规定油压，压力安全阀动作，液压油溢流后，在压力恢复到规定的压力时，阀芯不能返回密封状态，导致压力安全阀内漏或无法调整。3.9.3 系统运行中滤网破裂，液压油中的含有杂质残留，杂质残留物冲入阀门时，被卡在密封面上，造成阀门无法复位泄漏。3.9.4 由于液压油长期运行，压力安全阀阀芯的滑道处结垢，压力安全阀开关卡涩，会造成压力过高不能正常动作或动作后不能有效关闭。全国火电600MW 级机组能效对标及竞赛第十五届年会论文集 锅炉篇2614 液压调节装置的处理及预防措施平电公司针对以上轴流式风机液压调节装置所发生的调节失效现象，进行原因分析，找出了原因所在，采取了以下防范措施：4.1 液压缸及反馈组件失效的检查及处理。4.1.1 利用每次检修或消缺时间，打开液压控制头后侧盖板，目视检查反馈轴承保持架及滚动体，确保反馈轴承的滚动体及保持架完好。4.1.2 在更换液压缸后一定要检查输出轴的反馈齿轮与反馈齿套间隙在标准范围内，如间隙过小，应在输出轴的反馈齿轮壳体的中分面上加垫调整，直到调整合格。4.1.3 每二年定期更换液压缸整体，对拆下的液压缸返厂解体检修更换其反馈轴承、反馈杆、锁紧螺母、开口销，以及各密封件等，控制阀组件部分根椐磨损情况进行更换。4.1.4 在调换液压缸控制头的输出轴的反馈齿轮盖位置时，注意反馈齿轮盖上的螺栓和弹簧垫圈不要装错位置，一定按照检修规程执行。4.1.5 利用每次检修及消缺时间，定期检查控制头上各密封点，消除其泄漏点，保持油压减少泄漏。4.2 液压油系统的检查及处理4.2.1 为了确保液压油油质，严格执行油质标准，定期进行液压油化验，通过化验油中的水份和机械杂质含量判断劣化趋势，来更换或净化过滤液压油，在更换液压油前必须保证液压油箱洁净和液压油油质的合格，同时在液压油系统检修中一定要严格按照检修工艺标准，运行期间根据液压油系统进口滤网的压差情况，定期更换滤网，压差保证在规定范围内，从而保证液压油油质的品质。4.2.2 利用检修时间，对液压油系统的压力安全阀进行解体检修，消除压力安全阀的故障或更换压力安全阀，同时将此压力安全阀的定值调整到规定的范围内。4.3 叶片间隙及转子轮毂内叶柄系统检查及处理4.3.1 提高检修工艺质量，防止叶片及轮毂内的叶柄，曲柄，滑块，推盘及转子主轴内的铜套检修，因更换备件的尺寸偏差或装配不良，造成的卡涩，保证更换的备件尺寸及装配在规定的范围内。4.3.2 利用检修或消缺期间，对叶片根部、顶部与轮毂、壳体处灰垢进行清理，保证间隙应在规定的范围内。4.3.3 定期对风机叶柄轴承组件进行解体检查，更换其叶柄轴承及密封件，严格执行检修规程，确保其密封效果。4.4 液压调节装置弹性联轴器及输入、输出调节杆组件检查及处理4.4.1 定期检查弹性簧片的固定螺孔及联结柱销磨损、变形，应保证在标准范围内，否则进行更换处理。4.4.2 对控制头采取有效的固定措施，确保控制头的同心度和控制头与调节、指示杆的同心度在规定范围之内。4.4.3 定期对输入、输出轴调节、指示杆过渡夹块进行无损检验，确保过渡夹块无裂纹现象。4.4.4 利用检修期间对输入、输出轴调节、指示杆与机壳支撑外部的轴承组件进行解体检修，更换全国火电600MW 级机组能效对标及竞赛第十五届年会论文集 锅炉篇262调节、指示杆轴、损坏的轴承和碟型弹簧，确保轴承的轴向间隙附合范围要求，其轴承组件应转动灵活，无轴向窜动现象，同时还要利用加油孔定期对其轴承进行加润滑脂润滑。4.5 液压调节装置的电动执行器失效的移位处理。将电动执行器与机壳脱离，在地面上用水泥浇涛一平台，在平台上制做安装电动执行器钢结构基础，将电动执行器安装在此基础上；原安装电动执行器基础底板不变，在原底板上安装过渡支撑组