鍋爐風(fēng)道振動(dòng)研究及對(duì)策

　攀鋼發(fā)電廠機(jī)組自1993年投入運(yùn)行以來，鍋爐送風(fēng)機(jī)從擴(kuò)壓管以后的風(fēng)道異常振動(dòng)，特別是異形分流通90度轉(zhuǎn)向彎頭空氣預(yù)熱器進(jìn)口處風(fēng)道振動(dòng)特別急劇，振動(dòng)幅值最高300，振動(dòng)頻率高達(dá)310HZ，風(fēng)道同時(shí)伴有間隙轟鳴聲；風(fēng)道振動(dòng)在風(fēng)道管壁上產(chǎn)生劇烈的高頻交變應(yīng)力，使風(fēng)道管壁產(chǎn)生高周疲勞損傷，多次出現(xiàn)風(fēng)道管壁破裂，引起風(fēng)道漏風(fēng)，導(dǎo)致鍋爐高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)風(fēng)量不足，影響機(jī)組接帶負(fù)荷能力。曾出現(xiàn)因風(fēng)道撕裂大量漏風(fēng)而停機(jī)的事故；同時(shí)，振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲極大，經(jīng)測(cè)定風(fēng)機(jī)附近區(qū)域噪聲級(jí)高達(dá)10348人，高于國(guó)家工業(yè)企業(yè)噪聲衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)〉中對(duì)于新建電廠和改建的工業(yè)企業(yè)，廠房?jī)?nèi)噪聲等效聲強(qiáng)值不得超過85dBA的規(guī)定。

　　1振動(dòng)原因分析由于鍋爐風(fēng)道振動(dòng)對(duì)生產(chǎn)影響極大，電廠技術(shù)人員對(duì)風(fēng)道振動(dòng)問進(jìn)行了長(zhǎng)期觀察分析，并經(jīng)過多對(duì)比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)風(fēng)道內(nèi)部的靜壓脈動(dòng)及渦流的產(chǎn)生是引渦流入口風(fēng)箱渦流和出入口風(fēng)箱流體特性有著極其密切的關(guān)系。

　　1.1風(fēng)機(jī)進(jìn)氣箱風(fēng)機(jī)進(jìn)氣箱尾部是進(jìn)氣箱的最低部，對(duì)于采用入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)的大型離心風(fēng)機(jī)，很容易在進(jìn)氣箱尾部產(chǎn)生入口錐體渦流，渦流經(jīng)高壓風(fēng)機(jī)破碎后，形成高頻脈沖渦流，從而在風(fēng)道管壁上產(chǎn)生高頻振動(dòng)和噪音。

　　1.2入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)器對(duì)于入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)的后彎式離心通風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)入口導(dǎo)葉片數(shù)和風(fēng)機(jī)葉片數(shù)對(duì)于振動(dòng)影響極大，有關(guān)資料明葉輪葉片數(shù)和入口導(dǎo)葉數(shù)不應(yīng)相等，兩者葉片數(shù)應(yīng)成奇偶數(shù)搭配或正負(fù)差1片最為恰當(dāng)，其目的是使其共振頻率降至最低。而電廠風(fēng)機(jī)入導(dǎo)葉數(shù)目設(shè)計(jì)恰恰忽視這點(diǎn)，風(fēng)機(jī)輪轂上安裝有12片后彎式葉片，而風(fēng)機(jī)入口調(diào)節(jié)器導(dǎo)葉也恰好為12片。

　　1.3擴(kuò)壓管電廠風(fēng)機(jī)風(fēng)門出口設(shè)計(jì)的擴(kuò)壓管不存在大的工藝問，擴(kuò)壓角為10度，擴(kuò)壓方向?yàn)轫橈L(fēng)向，基本滿足擴(kuò)壓角為89度的設(shè)計(jì)要求，因此，擴(kuò)壓管不存在較大的問。

　　1.4風(fēng)道彎頭電廠規(guī)劃設(shè)計(jì)由于過多考慮場(chǎng)地空間因素，出口風(fēng)箱往往布置得較為緊湊，很少考慮風(fēng)道流體特性，這不可避免具有彎頭多，彎頭旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度高，風(fēng)道通流面變化多等特點(diǎn)，這是影響電廠風(fēng)道振動(dòng)的最主要因素。

　　異形分流通可以設(shè)想為兩個(gè)90彎頭背靠背焊接而成的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行分析氣流在彎頭內(nèi)流動(dòng)時(shí)，高速氣流在離心力的作用下，彎管外側(cè)流體的壓力比起風(fēng)道振動(dòng)的主要原因而靜壓脈動(dòng)主要與入口錐體形成渦流；因彎管內(nèi)外側(cè)存在壓力差，處于管中心的內(nèi)側(cè)高，同時(shí)，氣流在彎管內(nèi)外兩側(cè)將與邊界分離而氣流以主流方向軸向流動(dòng)為主高速流動(dòng)，而管壁附近的氣流速度較低，在內(nèi)外側(cè)差壓作用下，便沿管壁從外側(cè)向內(nèi)側(cè)流動(dòng)，管中心則出現(xiàn)回流，形成雙旋渦形式的次流動(dòng)，次流與主流疊加呈現(xiàn)以主流方向?yàn)橹鞯穆菪隣盍鲃?dòng)，螺旋狀流動(dòng)在風(fēng)道管壁上附加周期性作用力，風(fēng)道水平管壁在周期性附加力自身重力金屬彈性力的綜合作用下形成沿管壁平衡位置為中心的彈性振動(dòng)。彎管旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度越高，氣流速度越高，管壁振動(dòng)現(xiàn)象越大。衡量彎管旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度的指標(biāo)是彎管的寬度b與其曲率半徑R比值，比值越大，旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度越高，氣流越容易脫速，渦流損失越大。異形分流通90彎管的寬度與曲率半徑比值高達(dá)1.14，說明氣流在此處彎頭內(nèi)旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度較高；同時(shí)異形分流通90彎管存在中部寬1800，進(jìn)出口兩端窄1600的狀況，高壓氣流在這樣突擴(kuò)突縮型彎管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，由于流體通流截面積變化，從而在風(fēng)道風(fēng)產(chǎn)生的風(fēng)壓脈動(dòng)。

　　出口風(fēng)箱空預(yù)器進(jìn)口90彎管的寬度與曲率半徑比尺比值更大，高達(dá)1.33，說明此彎管旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度更高，螺旋狀流動(dòng)引起的振動(dòng)更大；此外，此90彎管后脈動(dòng)效應(yīng)更強(qiáng)烈，產(chǎn)生的振動(dòng)更大；空預(yù)器進(jìn)口風(fēng)箱設(shè)計(jì)的風(fēng)道形狀導(dǎo)流作用較小，兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的高壓氣流很容易在此處形成直接對(duì)撞后再進(jìn)入空預(yù)器，這也加劇了出口風(fēng)箱空預(yù)器處的振動(dòng)和噪聲。

　　1.5空氣預(yù)熱器電廠鍋爐為管式空氣預(yù)熱器，煙氣在直管內(nèi)流動(dòng)，空氣在管外流動(dòng)，由于氣體與氣體間換熱系數(shù)較小，為達(dá)到預(yù)期的換熱效果，采用較大的換熱面積。

　　因此空氣預(yù)熱器的管束較密，氣體阻力較大，對(duì)風(fēng)道內(nèi)高速氣體的流動(dòng)產(chǎn)生巨大的影響，對(duì)此，進(jìn)行了驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)開啟旁通空氣預(yù)熱器的次風(fēng)冷卻風(fēng)門，流過異形通至空氣預(yù)熱器之間空氣流量減少，風(fēng)道振動(dòng)相應(yīng)減小；關(guān)閉旁通空氣預(yù)熱器的次風(fēng)冷卻風(fēng)門，流過異形通至空氣預(yù)熱器之間空氣流量增加，風(fēng)道振動(dòng)隨著增加。說明空氣預(yù)熱器受熱面管束阻力確實(shí)較大。

　　1.6風(fēng)道管壁設(shè)計(jì)強(qiáng)度風(fēng)道管壁厚度選擇時(shí)應(yīng)考慮足夠的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，防止因振動(dòng)撕裂風(fēng)道。電廠出口風(fēng)箱是采用4的6的扁鋼框加架加固，內(nèi)部用少量，60的鋼管內(nèi)支撐，出口風(fēng)箱在強(qiáng)烈振動(dòng)下經(jīng)常被撕裂，說明風(fēng)箱管壁選用強(qiáng)度不夠。

　　2解決風(fēng)道振動(dòng)的對(duì)策為了消除入口風(fēng)箱渦流對(duì)振動(dòng)的影響，在入口調(diào)節(jié)風(fēng)門前尾部進(jìn)氣風(fēng)箱處加裝分裂板。分裂板在入口風(fēng)箱底部沿風(fēng)機(jī)風(fēng)門軸中心線加裝個(gè)分裂板，分裂板高度與軸中心線平齊，分裂板使入口風(fēng)分布均勻，能消除風(fēng)機(jī)入口風(fēng)箱的彎頭產(chǎn)生的渦流，但由于分裂板與風(fēng)門進(jìn)口調(diào)節(jié)門軸心線平齊，當(dāng)風(fēng)機(jī)處于低負(fù)荷時(shí)，入口風(fēng)門調(diào)節(jié)導(dǎo)葉方向與入口風(fēng)問，因?yàn)閷?duì)入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)的風(fēng)機(jī)來說，當(dāng)風(fēng)機(jī)處于低負(fù)荷時(shí)，入口風(fēng)速與調(diào)節(jié)導(dǎo)葉本來就不致。當(dāng)高負(fù)荷時(shí)，入口導(dǎo)葉與分裂板平齊，能保持入口氣流進(jìn)入葉片的沖擊角度，因此，對(duì)提高風(fēng)機(jī)效率促進(jìn)作用。

　　鋼板焊接而成風(fēng)箱外側(cè)采用間距為6，mm的7，X常，對(duì)于消除入口錐體渦流采用在入口導(dǎo)葉和風(fēng)輪采用入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)，入口導(dǎo)葉的旋轉(zhuǎn)角度不同，風(fēng)機(jī)進(jìn)氣通流面積不同，必然存在入口氣流與風(fēng)輪葉片流向不致的現(xiàn)象，當(dāng)風(fēng)機(jī)處于中低負(fù)荷時(shí)，經(jīng)過入口導(dǎo)葉的氣流必然會(huì)在風(fēng)輪進(jìn)口部形成入口錐體渦流，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)產(chǎn)生強(qiáng)烈的風(fēng)壓脈沖，風(fēng)壓脈動(dòng)值可以達(dá)到250500嚴(yán)重者甚至達(dá)到1250，入口錐體渦流振動(dòng)與入口導(dǎo)葉的旋轉(zhuǎn)角度相關(guān)，當(dāng)入口導(dǎo)葉開度小于30時(shí)，振動(dòng)是較輕微的，當(dāng)入口導(dǎo)葉旋轉(zhuǎn)角度為50時(shí)，振動(dòng)急劇增加并達(dá)到峰值，當(dāng)入口導(dǎo)葉旋轉(zhuǎn)角度超過50時(shí)，振動(dòng)又趨于正間加裝6片機(jī)翼脊鰭。機(jī)翼脊鰭2.

　　采用等間隔法安裝異形通彎頭和90彎頭處導(dǎo)流板，加裝導(dǎo)流板后，導(dǎo)流板將流道分隔成幾個(gè)流道，保證了氣體在各個(gè)流道內(nèi)的均勻性，減少了氣體在各流道內(nèi)流動(dòng)脫速產(chǎn)生的渦流，同時(shí)，減少了流道截面變化量相對(duì)減少，相應(yīng)就降低了壓力脈動(dòng)量，對(duì)于改善風(fēng)道振動(dòng)狀況有極大的作用。

　　為了解決空預(yù)器進(jìn)口彎頭后截面劇變引起的壓力波動(dòng)，加強(qiáng)空預(yù)器進(jìn)口風(fēng)箱導(dǎo)流作用，避免兩臺(tái)風(fēng)機(jī)高壓風(fēng)在空預(yù)器進(jìn)口風(fēng)箱中部直接對(duì)撞，均在合適的位置加裝了梳形導(dǎo)流板，同時(shí)彎頭處導(dǎo)流板可以改善彎頭后的壓力脈沖現(xiàn)象。4為導(dǎo)流板安裝。在風(fēng)機(jī)入口調(diào)節(jié)門后軸上安裝了6片固定式徑向脊鰭，脊鰭能極大對(duì)改善氣流進(jìn)入風(fēng)輪的進(jìn)氣狀況，達(dá)到消除入口錐體渦流的目的。但脊鰭徑向高度對(duì)風(fēng)機(jī)效率影響很大，徑向高度太高，會(huì)使風(fēng)機(jī)效率降低，脊鰭徑向高度240是入口調(diào)節(jié)導(dǎo)葉高度的13，這樣對(duì)風(fēng)機(jī)效率影響不大，脊鰭加工3.

　　對(duì)于解決異形分流通和空預(yù)器進(jìn)口彎頭處渦流振動(dòng)的問，采用了在異形通彎頭空預(yù)器進(jìn)口彎頭空預(yù)器進(jìn)氣箱等處加裝了導(dǎo)流板方案，在查閱了大量參考文獻(xiàn)資料后，采用以下公式計(jì)算彎頭導(dǎo)流個(gè)數(shù)。

　　其中導(dǎo)流板數(shù)量為1.4Xd1的整數(shù)值。

　　異形彎頭導(dǎo)流板數(shù)為空預(yù)器進(jìn)口彎頭導(dǎo)流板數(shù)為由于風(fēng)道截面尺寸變化對(duì)于導(dǎo)流板安裝間距導(dǎo)流板方面具有導(dǎo)流作用，另方面增加風(fēng)道荷重，可以改善風(fēng)道共振現(xiàn)象；整個(gè)風(fēng)道荷重增加，勢(shì)必增加支吊架負(fù)重，在風(fēng)箱底部采用63號(hào)槽鋼角形支撐架加固處理。

　　3結(jié)論此方案在發(fā)電廠3臺(tái)鍋爐的冷風(fēng)道上實(shí)施后，鍋爐風(fēng)道振動(dòng)均得到明顯改善，特別是中低負(fù)荷時(shí)，基本上解決了風(fēng)道振動(dòng)問，完全能滿足運(yùn)行要求。

　　考慮單臺(tái)風(fēng)機(jī)特殊運(yùn)行對(duì)風(fēng)道單向推力因素，空預(yù)器進(jìn)口處導(dǎo)流板的長(zhǎng)度過短和數(shù)量少，因此，鍋爐在高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，冷風(fēng)道空預(yù)器進(jìn)口處仍存在噪聲大和間隙的共鳴聲的問。