鍋爐風道振動研究及對策

　攀鋼發電廠機組自1993年投入運行以來，鍋爐送風機從擴壓管以后的風道異常振動，特別是異形分流通90度轉向彎頭空氣預熱器進口處風道振動特別急劇，振動幅值最高300，振動頻率高達310HZ，風道同時伴有間隙轟鳴聲；風道振動在風道管壁上產生劇烈的高頻交變應力，使風道管壁產生高周疲勞損傷，多次出現風道管壁破裂，引起風道漏風，導致鍋爐高負荷運行時風量不足，影響機組接帶負荷能力。曾出現因風道撕裂大量漏風而停機的事故；同時，振動產生的噪聲極大，經測定風機附近區域噪聲級高達10348人，高于國家工業企業噪聲衛生標準〉中對于新建電廠和改建的工業企業，廠房內噪聲等效聲強值不得超過85dBA的規定。

　　1振動原因分析由于鍋爐風道振動對生產影響極大，電廠技術人員對風道振動問進行了長期觀察分析，并經過多對比實驗發現風道內部的靜壓脈動及渦流的產生是引渦流入口風箱渦流和出入口風箱流體特性有著極其密切的關系。

　　1.1風機進氣箱風機進氣箱尾部是進氣箱的最低部，對于采用入口導葉調節的大型離心風機，很容易在進氣箱尾部產生入口錐體渦流，渦流經高壓風機破碎后，形成高頻脈沖渦流，從而在風道管壁上產生高頻振動和噪音。

　　1.2入口導葉調節器對于入口導葉調節的后彎式離心通風機，風機入口導葉片數和風機葉片數對于振動影響極大，有關資料明葉輪葉片數和入口導葉數不應相等，兩者葉片數應成奇偶數搭配或正負差1片最為恰當，其目的是使其共振頻率降至最低。而電廠風機入導葉數目設計恰恰忽視這點，風機輪轂上安裝有12片后彎式葉片，而風機入口調節器導葉也恰好為12片。

　　1.3擴壓管電廠風機風門出口設計的擴壓管不存在大的工藝問，擴壓角為10度，擴壓方向為順風向，基本滿足擴壓角為89度的設計要求，因此，擴壓管不存在較大的問。

　　1.4風道彎頭電廠規劃設計由于過多考慮場地空間因素，出口風箱往往布置得較為緊湊，很少考慮風道流體特性，這不可避免具有彎頭多，彎頭旋轉強度高，風道通流面變化多等特點，這是影響電廠風道振動的最主要因素。

　　異形分流通可以設想為兩個90彎頭背靠背焊接而成的數據模型進行分析氣流在彎頭內流動時，高速氣流在離心力的作用下，彎管外側流體的壓力比起風道振動的主要原因而靜壓脈動主要與入口錐體形成渦流；因彎管內外側存在壓力差，處于管中心的內側高，同時，氣流在彎管內外兩側將與邊界分離而氣流以主流方向軸向流動為主高速流動，而管壁附近的氣流速度較低，在內外側差壓作用下，便沿管壁從外側向內側流動，管中心則出現回流，形成雙旋渦形式的次流動，次流與主流疊加呈現以主流方向為主的螺旋狀流動，螺旋狀流動在風道管壁上附加周期性作用力，風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。彎管旋轉強度越高，氣流速度越高，管壁振動現象越大。衡量彎管旋轉強度的指標是彎管的寬度b與其曲率半徑R比值，比值越大，旋轉強度越高，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1.14，說明氣流在此處彎頭內旋轉強度較高；同時異形分流通90彎管存在中部寬1800，進出口兩端窄1600的狀況，高壓氣流在這樣突擴突縮型彎管內流動時，由于流體通流截面積變化，從而在風道風產生的風壓脈動。

　　出口風箱空預器進口90彎管的寬度與曲率半徑比尺比值更大，高達1.33，說明此彎管旋轉強度更高，螺旋狀流動引起的振動更大；此外，此90彎管后脈動效應更強烈，產生的振動更大；空預器進口風箱設計的風道形狀導流作用較小，兩臺風機的高壓氣流很容易在此處形成直接對撞后再進入空預器，這也加劇了出口風箱空預器處的振動和噪聲。

　　1.5空氣預熱器電廠鍋爐為管式空氣預熱器，煙氣在直管內流動，空氣在管外流動，由于氣體與氣體間換熱系數較小，為達到預期的換熱效果，采用較大的換熱面積。

　　因此空氣預熱器的管束較密，氣體阻力較大，對風道內高速氣體的流動產生巨大的影響，對此，進行了驗證性實驗開啟旁通空氣預熱器的次風冷卻風門，流過異形通至空氣預熱器之間空氣流量減少，風道振動相應減小；關閉旁通空氣預熱器的次風冷卻風門，流過異形通至空氣預熱器之間空氣流量增加，風道振動隨著增加。說明空氣預熱器受熱面管束阻力確實較大。

　　1.6風道管壁設計強度風道管壁厚度選擇時應考慮足夠的設計強度，防止因振動撕裂風道。電廠出口風箱是采用4的6的扁鋼框加架加固，內部用少量，60的鋼管內支撐，出口風箱在強烈振動下經常被撕裂，說明風箱管壁選用強度不夠。

　　2解決風道振動的對策為了消除入口風箱渦流對振動的影響，在入口調節風門前尾部進氣風箱處加裝分裂板。分裂板在入口風箱底部沿風機風門軸中心線加裝個分裂板，分裂板高度與軸中心線平齊，分裂板使入口風分布均勻，能消除風機入口風箱的彎頭產生的渦流，但由于分裂板與風門進口調節門軸心線平齊，當風機處于低負荷時，入口風門調節導葉方向與入口風問，因為對入口導葉調節的風機來說，當風機處于低負荷時，入口風速與調節導葉本來就不致。當高負荷時，入口導葉與分裂板平齊，能保持入口氣流進入葉片的沖擊角度，因此，對提高風機效率促進作用。

　　鋼板焊接而成風箱外側采用間距為6，mm的7，X常，對于消除入口錐體渦流采用在入口導葉和風輪采用入口導葉調節風機，入口導葉的旋轉角度不同，風機進氣通流面積不同，必然存在入口氣流與風輪葉片流向不致的現象，當風機處于中低負荷時，經過入口導葉的氣流必然會在風輪進口部形成入口錐體渦流，導致風機產生強烈的風壓脈沖，風壓脈動值可以達到250500嚴重者甚至達到1250，入口錐體渦流振動與入口導葉的旋轉角度相關，當入口導葉開度小于30時，振動是較輕微的，當入口導葉旋轉角度為50時，振動急劇增加并達到峰值，當入口導葉旋轉角度超過50時，振動又趨于正間加裝6片機翼脊鰭。機翼脊鰭2.

　　采用等間隔法安裝異形通彎頭和90彎頭處導流板，加裝導流板后，導流板將流道分隔成幾個流道，保證了氣體在各個流道內的均勻性，減少了氣體在各流道內流動脫速產生的渦流，同時，減少了流道截面變化量相對減少，相應就降低了壓力脈動量，對于改善風道振動狀況有極大的作用。

　　為了解決空預器進口彎頭后截面劇變引起的壓力波動，加強空預器進口風箱導流作用，避免兩臺風機高壓風在空預器進口風箱中部直接對撞，均在合適的位置加裝了梳形導流板，同時彎頭處導流板可以改善彎頭后的壓力脈沖現象。4為導流板安裝。在風機入口調節門后軸上安裝了6片固定式徑向脊鰭，脊鰭能極大對改善氣流進入風輪的進氣狀況，達到消除入口錐體渦流的目的。但脊鰭徑向高度對風機效率影響很大，徑向高度太高，會使風機效率降低，脊鰭徑向高度240是入口調節導葉高度的13，這樣對風機效率影響不大，脊鰭加工3.

　　對于解決異形分流通和空預器進口彎頭處渦流振動的問，采用了在異形通彎頭空預器進口彎頭空預器進氣箱等處加裝了導流板方案，在查閱了大量參考文獻資料后，采用以下公式計算彎頭導流個數。

　　其中導流板數量為1.4Xd1的整數值。

　　異形彎頭導流板數為空預器進口彎頭導流板數為由于風道截面尺寸變化對于導流板安裝間距導流板方面具有導流作用，另方面增加風道荷重，可以改善風道共振現象；整個風道荷重增加，勢必增加支吊架負重，在風箱底部采用63號槽鋼角形支撐架加固處理。

　　3結論此方案在發電廠3臺鍋爐的冷風道上實施后，鍋爐風道振動均得到明顯改善，特別是中低負荷時，基本上解決了風道振動問，完全能滿足運行要求。

　　考慮單臺風機特殊運行對風道單向推力因素，空預器進口處導流板的長度過短和數量少，因此，鍋爐在高負荷運行時，冷風道空預器進口處仍存在噪聲大和間隙的共鳴聲的問。