火电厂轴流风机机械故障原因分析及处理措施

摘要
火力发电目前仍然是我国发电行业的基础，但在火力发电的过程中，由于其系统复杂，设备耦合紧密以及设备在高温、高压、高速转动的状态下运行，火电厂设备的故障率一直处于较高的状态。

因此分析火电厂设备故障诊断可以有效的为电厂减少故障的发生和损失。

轴流风机作为火电厂中广泛使用的引风机，具有很高的研究价值，因此文章针对火电厂中的轴流式引风机进行故障诊断研究。

关键词：故障诊断，轴流风机，动叶
1 引言
大型发电企业的设备和系统十分复杂，并且非常关键，需要监测的参数很多。

这些参数的变化比较频繁，参数之间的耦合性比较强，从单个参数的变化很难第一时间分辨出设备运行状态是否异常，而很多第三方的分析工具又要求很强的专业性，这无疑给机组的稳定运行及设备状态和性能分析等工作带来了很大的困难。

设备检修和维护质量不良所可能引发的电厂非计划停运带来的电量损失、设备修复费用、燃油消耗、设备使用寿命损耗等都会给企业造成经济上的巨大损失。

2 轴流式引风机分析及故障整理
轴流风机主要由叶轮、机壳、电动机等零部件组成，支架采用型钢与机壳风筒连接。

当叶轮旋转时，气体从进风口轴向进入叶轮，受到叶轮上叶片的推挤而使气体的能量升高，然后流入导叶。

导叶将偏转气流变为轴向流动，同时将气体导入扩压管，进一步将气体动能转换为压力能，最后引入工作管路。

轴流式风机叶片的工作方式与飞机的机翼类似。

但是，后者是将升力向上作用于机翼上并支撑飞机的重量，而轴流式风机则固定位置并使空气移动。

轴流式风机的横截面一般为翼剖面。

叶片可以固定位置，也可以围绕其纵轴
旋转。

叶片与气流的角度或者叶片间距可以不可调或可调。

改变叶片角度或间距是轴流式风机的主要优势之一。

小叶片间距角度产生较低的流量，而增加间距则可产生较高的流量。

先进的轴流式风机能够在风机运转时改变叶片间距（这与直升机旋翼颇为相似），从而相应地改变流量。

这称为动叶可调（VP）轴流式风机。

动叶可调轴流式引风机一般包括进气箱、机壳、转子、扩压器、联轴器及其保护罩、调节装置及执行机构、液压及润滑供油装置和测量仪表、风机出口膨胀节、进口配对法兰、出口配对法兰。

3 设备相关参数
本文所选轴流式引风机为某电厂一号机组 A 引风机，型号为SAF26.3- 17-2 动叶可调轴流式引风机。

该电厂每一机组配备A、B 两台动叶可调轴流式引风机并联使用，确保满足实际生产需要。

由于在2016 年该电厂进行了脱硫改造，许多设备的参数都较出厂时有较大变化，因此需要对脱硫改造后该引风机的参数进行整理分析以供建模使用。

该电厂在线监测系统中风机运行结构示意图如图3-1 所示。

轴流式引风机
图3-1 风机运行结构图
火电厂的引风机一般安装在锅炉尾端，作用是将锅炉的烟气抽出，维持锅炉负压，烟气经过空预器——电除尘后进入到引风机，引风机将其送入到脱硫系统之后再排入烟囱。

在对轴流式引风机进行建模之前，需要对风机本身的运行机理、相关参数以及相应故障进行整理，其部分参数在之后的机理模型建模之中会作为参数直接使用或作为辅助参数计算后使用，而故障整理是故障诊断模型建模中必不可少的前期工作。

因此需要对该风机的相关参数进行汇总整理。

其机械参数如表3-1 所示。

表3-1 轴流式引风机机械参数表
该风机使用336/100液压缸，根据实际情况调整油压，但不得超过最大允许油压3.5MPa；风机机壳内径和叶片外径间的间隙符合JB/T4362-1999标准，其值为3.95mm~5.26mm。

其风机起动力矩如表3-2所示。

表3-2 风机起动力矩表
其风机运行参数如表3-3 所示。

表3-3 风机运行参数表
其风机技术规范如表3-4 所示
表3-4 风机技术规范表
4 轴流式引风机故障原因及处理
在电厂实际生产过程中遇到的故障以及故障原因有许多种，与之对应的处理方法也有许多，在电厂的运行规程中会将各个设备可能遇到的部分故障种类、原因以及相应的处理方法汇总，通过这些故障信息有助于对轴流式引风机的故障进行具体分析，同时也有助于下一步对检修工单进行整理汇总从而对实际生产过程中可能出现的故障进行补充。

以下是某电厂一期运行规程中轴流式引风机相关的故障分析。

4.1引风机振动
引风机振动的原因：
①联轴器磨损或对轮中心偏差大；
②叶片磨损或积灰；
③轴承间隙大或轴承损坏；
④地脚螺丝或轴承螺丝松动；
⑤动静部分摩擦。

引风机振动的处理：
①发现风机振动增大，及时降低机组负荷，降低引风机出力，派人到就地检查是否有碰磨声音同时通知检修人员进行检查处理；
②若振动突然增大达到报警值或停机值时，应立即停止该风机运行，并通知检修。

避免振动大叶片脱落、断裂扩大事故。

4.2轴承温度过高
轴承温度过高原因
①转子严重不平衡，轴承地脚螺丝松动；
②轴承损坏；
③轴承与轴间隙过小；
④轴承润滑油质不合格；
⑤轴承润滑油流量低
⑥冷却风机跳闸或滤网堵塞出力下降。

轴承温度过高的运行处理
①检查液压油箱油位、油质和润滑油流量情况，如果油质明显变黑或油位低时应联系换油或加油，并取样化验。

润滑油流量低时，联系检修调节增大润滑
油流量；
②如轴承油温高，应检查冷油器冷却水是否投入或水温高，如冷却水投入正常，应检查冷油器端差是否曾增大，联系对冷油器进行切换和清洗；
③如轴承温度上升幅度大于5℃/min，运行中轴承处存在异音应汇报值长及时停止风机进行检查。

4.3风机动叶调节失灵
风机动叶调节失灵原因
①液压油压力低
②风机动叶旋转密封漏油
③自动控制失灵；
④执行器故障；
⑤叶柄轴承磨损
风机动叶调节失灵的处理
①发现风机动叶调节失灵时，稳定机组负荷，将引风机动叶控制切至手动，派人到就地对引风机液压系统进行检查；
②如液压油压力低于0.8MPa 时应检查液压油滤网差压是否增大，并切换液压油滤网检查液压油压力是否上升。

如油压恢复，应联系检修清理滤网。

如油压仍低，应联系检修调高控制油压。

③如液压油压力正常，检查动叶执行器是否正常。

远方改变动叶控制指令，就地检查执行器是否动作，反馈与指令是否存在偏差。

如反馈与指令偏差大或就地执行器不动作，及时联系检修处理。

4.4引风机失速
引风机失速的现象
①引风机出现失速报警，振动增大甚至报警；
②引风机电流下降；
③炉膛负压突然出现正压；
④引风机入口出现正压。

2) 引风机失速的原因
①出口门误关；
②两台风机出力偏差大；
③空预器堵塞严重导致引风机入口流量突降。

3) 引风机的失速处理
①当发现风机失速时，要立即降低机组负荷并手动将失速风机的动叶快速关小，直到失速消失为止；
②同时严密监视另一台风机的电流变化，必要时可根据运行风机的电流适当关小其动叶，以防止超电流；
③在引风机失速消失后应调整风机动叶，逐步将两台风机出力调平；
④为了防止风机因长时间失速、喘振运行对叶片造成损坏，如果 4 分钟之内失速不能消除时，必须立即停止风机运行。

通过电厂运行规程中的引风机故障资料可以看出，在电厂实际生产过程中，较为常见也较为严重的故障主要分别是引风机振动、轴承温度过高、风机动叶调节失灵以及引风机失速四种，这四种故障所对应的故障原因以及处理方案也有多种情况需要确认。

因此通过建立故障诊断预警系统可以更加精准高效的帮助电厂工作人员诊断出设备的具体故障，对维护电厂高效稳定运行具有重要意义。

5 轴流式引风机故障数据整理
在对轴流式引风机进行故障诊断的模型构建之前，需要先确认需要诊断出的故障种类，因此对该电厂的缺陷记录和检修工单进行抽取整理，利用SQL将该电厂1-4机组中与引风机设备相关的故障记录从SAP数据库中抽取出来，共得到2002年12月22日至2018年10月4日共680条故障记录，整理部分如表3-5所示。

表3-5 引风机故障记录表
表3-5 引风机故障记录表（续）
其中测点编码为电厂实时监测系统给每个测点布置的编码信息，发现时间为电厂专工或相关检修人员发现故障的时间，确认时间为当该故障确认检修完毕的时间，缺陷内容为相应故障的具体描述。

可以看出在电厂早期，由于管理原因与人员疏漏，缺陷清单和检修工单中的发现时间和确认时间只精确到天，并没有精确到发现故障以及解决故障的具体时间。

随着电厂管理的规范化、相关人员培训以管理的严格化以及电厂对设备故障记录的重视化，目前的缺陷清单和检修工单记录已经要求精确到分钟级，但由于目前缺陷清单和检修工单还是人为记录，因此依旧存在着记录缺失、记录错误等现象。

因此，当电厂设备故障诊断预警系统搭建好之后，每当故障发生，便会由计算机实时记录故障发生的时间以及测点，从而保证每条故障的记录都真实可靠。

对该电厂轴流式引风机曾经发生过的故障进行汇总整理，将其中无法通过建模进行故障诊断的故障排除，如标识牌缺失，摄像头脱离等等。

将所有与引风机相关且可用于故障诊断的故障整理得到共计119 种，并将其分类汇总，得到的汇总结果如下所示。

电机故障
①电机故障,电机电加热器接地报警；
②电机故障,电量统计不准；
③电机故障,电机轴承箱润滑油流量低频繁发报警；
④电机故障,电机冷却水入口压力表不准；
⑤电机故障,冷却风机电机烧损；
⑥电机故障,电机振动大；
⑦电机故障,冷却水流量低；
⑧电机故障,油温波动；
⑨电机故障,温度异常；
⑩电机故障,异音；
11 电机故障,油站滤网差压高；
12 电机故障,油位低；
13 电机故障,油压异常；
14 电机故障,小机泵体上壁温度测点变星号；
15 电机故障,其他。

风机入口故障
①风机入口故障,入口烟气挡板开反馈消失；
②风机入口故障,入口挡板、出口挡板关不到位；
③风机入口故障,固定端轴承振动；
④风机入口故障,入口压力测点偏差大；
⑤风机入口故障,入口导叶指令与反馈偏差大；
⑥风机入口故障,入口导叶在50%左右时信号不对；
⑦风机入口故障,入口静叶卡涩；
⑧风机入口故障,入口烟气压力异常；
⑨风机入口故障,小机泵体上壁温度测点变星号；
⑩风机入口故障,其他。

风机出口故障
①风机出口故障,出口挡板开不到位；
②风机出口故障,出口挡板无开反馈；
③风机出口故障,出口挡板电动无法关闭；
④风机出口故障,油压和流量低；
⑤风机出口故障,混合烟道压力侧面与上面偏差大；
⑥风机出口故障,烟气温度异常；
⑦风机出口故障,烟气压力异常；
⑧风机出口故障,风机振动异常；
⑨风机出口故障,出口烟气含量不正常；
⑩风机出口故障,出口压力故障；
11 风机出口故障,小机泵体上壁温度测点变星号；
12 风机出口故障,其他。

轴承故障
①轴承故障,温度异常；
②轴承故障,润滑油压低；
③轴承故障,异音；
④轴承故障,冷却水流量低；
⑤轴承故障,驱动侧轴承冷却用轴流风机声音不正常，有震动；
⑥轴承故障,轴承冷却轴流风机故障，不运转；
⑦轴承故障,引风机电机轴承温度有摆动现象；
⑧轴承故障,驱动端轴承处有异音；
⑨轴承故障,驱动端轴承温度测点异常波动；
⑩轴承故障,油位偏低；
11 轴承故障,轴承温度波动大；
12 轴承故障,轴承振动点报警；
13 轴承故障,驱动端轴承油位低；
14 轴承故障,非驱动端轴承振动大；
15 轴承故障,温度波动大；
16 轴承故障,轴承非驱动端油位低；
17 轴承故障,驱动端和非驱动端轴承油位低；
18 轴承故障,非驱动端轴承油位低；
19 轴承故障,驱动端轴承轴向振动大；
20 轴承故障,轴承振动大；
21 轴承故障,小机泵体上壁温度测点变星号；
22 轴承故障,其他。

冷却风机故障
①冷却风机故障,驱动端轴承处加装的冷却风机启动后不吹风（反转）；
②冷却风机故障,轴承故障；
③冷却风机故障,轴承冷却风机电机烧损；
④冷却风机故障,小机泵体上壁温度测点变星号；
⑤冷却风机故障,其他。

控制信号故障
①控制信号故障,导叶反馈与指令偏差大；
②控制信号故障,轴流风机不转；
③控制信号故障,入口调节档板机械指示比引风机小；
④控制信号故障,静叶在20 至40 间犯卡；
⑤控制信号故障,引风机指令与反馈偏差大；
⑥控制信号故障,风机调节特性差，造成负压波动；
⑦控制信号故障,引风机入口导叶卡涩；
⑧控制信号故障,入口静叶开大时犯卡；
⑨控制信号故障,由高速切至低速运行时未成功；
⑩控制信号故障,油泵停止后马上又联启；
11 控制信号故障,液力耦合器辅助油泵不起压；
12 控制信号故障,入口调节挡板卡涩；
13 控制信号故障,冷却风机故障跳闸；
14 控制信号故障,小机泵体上壁温度测点变星号；
15 控制信号故障,其他。

信号故障
①信号故障,喘振压力测点显示异常；
②信号故障,温度异常；
③信号故障,入口导叶信号不对；
④信号故障,油站滤网差压高；
⑤信号故障,出口烟气含量不正常；
⑥信号故障,小机泵体上壁温度测点变星号；
⑦信号故障, 电压指示不准；
⑧信号故障,其他。

润滑故障
①润滑故障,润滑油压低；
②润滑故障,右侧润滑油滤网差压高；
③润滑故障,小机润滑油压低；
④润滑故障,A\B 油泵并列运行时润滑油压下降；
⑤润滑故障,其他。

叶片故障
①叶片故障,静叶有异音；
②叶片故障,静叶异常；
③叶片故障,小机泵体上壁温度测点变星号；
④叶片故障,其他。

振动故障
①振动故障,X 向振动大；
②振动故障,Y 向振动大；
③振动故障,振动值异常波动；
④振动故障,驱动端X 方向振动值频繁波动；
⑤振动故障,驱动端Y 相振动超低限报警；
⑥振动故障,风机振动异常；
⑦振动故障,其他。

油站故障
①油站故障,油温波动；
②油站故障,温度异常；
③油站故障,油站滤网差压高；
④油站故障,油压异常；
⑤油站故障,小机泵体上壁温度测点变星号；
⑥油站故障,其他。

噪声故障
①噪声故障,驱动端有异音；
②噪声故障,非驱动端异音；
③噪声故障,联轴器有异响；
④噪声故障,液压缸有异响
⑤噪声故障,其他。

其他故障
①其他,温度异常
②其他,偏心
③其他,滤网差压高
④其他,小机泵体上壁温度测点变星号
⑤其他,其他。

整理出的上述故障类型均可通过故障诊断模型进行故障诊断，通过对现有故障进行整理分类，方便之后选取其中相应故障进行建模，也有助于之后机理模型与故障诊断模型的结合，从而构建故障诊断预警系统。

总结
本文对某电厂1号机组A引风机的相关参数进行了整理汇总，同时结合该电厂的运行规程，对轴流式引风机实际生产过程中较为常见及严重的故障及其对应的原因、处理方法进行了归纳总结。

之后结合电厂实际生产过程中的缺陷清单以及检修工单，将该电厂自2002年起发生过的引风机相关故障整理出来，对每个故障进行分析，判断其是否可用于故障诊断模型的构建。

最终，在进行大量的资料搜集，查阅，处理、分析以及与电厂汽机部门的专工讨论之后，将可用于故障诊断的119种引风机故障汇总整理并分类。

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