百萬機組二次風門延遲故障原因分析及對策

韓 鵬

（國能（連江）港電有限公司，福建福州 350512）

0 引言

國能（連江）港電有限公司1 號鍋爐為東方鍋爐廠生產(chǎn)，配套二次風擋板門共計20 套，擋板門本體部分由蘭州長信生產(chǎn)，電動執(zhí)行機構為德國EMG 生產(chǎn)，執(zhí)行機構與風門的連接由東方鍋爐廠負責設計供貨，現(xiàn)場進行施工。

2021 年10 月，二次風擋板門調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)所有二次風擋板門均存在10%～20%不等的空行程問題，無法滿足機組自動控制的要求。

1 二次風擋板門空行程現(xiàn)象

1.1 現(xiàn)場調(diào)試情況

通過對現(xiàn)場二次風擋板門的多少試驗，20 套二次風擋板門的現(xiàn)場基本一致，具體表現(xiàn)有3 個：

（1）從0%位置開啟的過程中，二次風擋板門驅(qū)動軸有肉眼可見的變形偏移，當執(zhí)行機構指示到達一定開度（約15%）時，驅(qū)動軸才開始轉(zhuǎn)動，帶動擋板門其他葉片旋轉(zhuǎn)。

（2）從100%位置關閉的過程中，存在同樣的驅(qū)動軸變形，驅(qū)動軸方向與開啟時變形方向相反。

（3）二次風擋板門在越過空行程后連續(xù)不改變方向，后續(xù)不存在空行程；但是在任何位置只要改變開關方向，均在初始動作時存在空行程情況。

1.2 現(xiàn)場處理情況

由于二次風擋板門到貨時間較長，外觀存在一定的生銹，故先考慮力矩過大因素。選取A 層左側(cè)的二次風擋板門進行除銹清理。

解體二次風擋板門連桿，對軸承進行清理，清理后7 個葉片軸均可以單人進行轉(zhuǎn)動。清理后進行組合調(diào)試，空行程范圍有一定縮?。s11%），但是上述現(xiàn)象依然存在。

根據(jù)廠家分析，對轉(zhuǎn)軸的剛性進行加固，主要是采用增加軸套支撐的方式（圖1）。面板和槽鋼為加固件。對B 層右側(cè)風門進行加固后，試驗過程中驅(qū)動軸無變形，但是執(zhí)行機構底座出現(xiàn)變形。

圖1 風門驅(qū)動軸加固結(jié)構

2 二次風擋板門空行程原因分析

在多次試驗中觀察，二次風擋板門在動作初期，受到一個與有效力矩不平行的力。動作時驅(qū)動軸發(fā)生變形，受力與有效力矩平行后，二次風擋板門驅(qū)動軸才開始轉(zhuǎn)動，帶動其他葉片動作。

從現(xiàn)象及后續(xù)處理情況來看，軸變形發(fā)生在驅(qū)動軸上，驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動后，其他連接的葉片軸均可以正常轉(zhuǎn)動，所以如果卡澀導致力矩過高的話，那么主要卡澀點應該在驅(qū)動軸上。由處理情況來看，各葉片軸處理自由轉(zhuǎn)動后，現(xiàn)象依然存在，說明卡澀對軸變形有一定的影響，但是不是造成空行程的主要因素。

2.1 受力分析

二次風擋板門共7 組葉片，每組葉片有2 段擋板，外部有軸承，內(nèi)部具有3 個自潤滑軸套，采用石墨盤根密封。驅(qū)動裝置為電動執(zhí)行機構，采用側(cè)面布置，電動執(zhí)行機構生根在二次風道壁上（圖2）。

圖2 二次風門結(jié)構

二次風門根據(jù)傳動的形式，理論上（排除安裝誤差）作用于驅(qū)動軸的力F 可以分解為一個有效力F1和一個無效作用力F2（圖3）。

在實際安裝過程中，由于安裝精度的因素，存在執(zhí)行機構拐臂和驅(qū)動軸拐臂存在不平行的情況等，驅(qū)動轉(zhuǎn)軸受到的力要比圖3 復雜得多。

圖3 驅(qū)動軸受力分解圖

2.2 空行程原因

由于采用拐臂連接的方式傳動力矩，連接軸兩端的萬向球軸承由于結(jié)構的因素，存在一定的空行程，這是不可避免的，但是這個空行程量比較小。

1 號鍋爐二次風擋板在開關過程中明顯存在驅(qū)動軸的變形或者執(zhí)行機構底座的變形，所以本次二次風擋板門空行程的主要由驅(qū)動軸的變形或者執(zhí)行機構底座的變形所導致。

2.3 驅(qū)動軸（執(zhí)行機構）變形原因

通過現(xiàn)場的觀察及對結(jié)構的深入分析，造成驅(qū)動軸變形的主要原因有以下3 個。

（1）如圖3a）所示，驅(qū)動軸拐臂懸空軸過長，無支撐點，轉(zhuǎn)軸的直徑為50 mm，剛度嚴重不足。

（2）驅(qū)動軸拐臂與執(zhí)行機構拐臂安裝過程中存在輕微的不平行，在力的傳遞過程中存在偏轉(zhuǎn)力。

（3）執(zhí)行機構支撐點在風道壁上，風道壁厚8 mm 左右，支撐剛度嚴重不足。

通過調(diào)研，執(zhí)行機構側(cè)向布置的二次風擋板門基本采用氣動執(zhí)行機構，由于氣動執(zhí)行機構的直驅(qū)特性，其驅(qū)動軸上的受力情況相對簡單，無此變形現(xiàn)象。

所以，驅(qū)動軸（執(zhí)行機構）變形、存在空行程的主要原因是執(zhí)行機構與風門的連接設計安裝存在一定缺陷，導致存在無效的偏轉(zhuǎn)力作用于驅(qū)動軸，再加上軸的剛度不足，從而導致變形，形成空行程。

3 二次風擋板門改造措施及方案

通過對現(xiàn)場試驗情況及結(jié)構的分析，與二次風門生產(chǎn)廠家、國內(nèi)其他電廠專業(yè)人員討論，結(jié)合現(xiàn)場其他部位擋板門驅(qū)動方式布置情況，提出以下3 種改造方案。

3.1 方案1：電動頭直接驅(qū)動方案

本方案主要特點是采用電動頭直接驅(qū)動，不存在傳動桿傳動，驅(qū)動軸受到的力是直接的有效力，無無效力矩存在，且直接驅(qū)動方式無萬向球軸承的存在，故結(jié)構上的空行程基本不存在（圖4）。

圖4 電動頭直接驅(qū)動結(jié)構

改造內(nèi)容：按圖1 的機構進行驅(qū)動軸的加固，在加固板上設置安裝執(zhí)行機構的固定位置，執(zhí)行機構采用側(cè)裝方式，加工與執(zhí)行機構配套的花鍵軸套，一端與執(zhí)行機構輸出軸連接，一端與驅(qū)動軸連接，安裝過程必須保證執(zhí)行機構輸出軸與驅(qū)動軸同心度。

本方案的缺點是現(xiàn)場需要重新采購執(zhí)行機構，執(zhí)行機構布線需要重新布置，安裝時必須保證同心度。

本方案是解決二次風擋板門空行程的性能最優(yōu)方案?，F(xiàn)場引風機、送風機、一次風機等大型風門均采用本方案連接方式。風門廠家（蘭州長信）其配套電動頭出廠的風門連接結(jié)構也是采用本方案。

3.2 方案2：雙拐臂驅(qū)動方案

本方案的特點是采用雙拐臂，雙向受力，抵消無效力矩。本方案改造量最小，無需更換執(zhí)行機構及位置，只需重新加工驅(qū)動拐臂和電動頭輸出拐臂，增加連接桿和球軸承即可（圖5、圖6）。

圖5 雙拐臂驅(qū)動方案結(jié)構

本方案結(jié)構雖然消除了理想狀態(tài)下的無效力矩，但是依然無法消除安裝過程中存在的偏差力矩。此方案的改造最少、成本最低，所以可以作為本次故障消除的最經(jīng)濟方案，但是無法保證效果。

本改造方案必須對電動執(zhí)行機構的底座剛度進行加強，加強方案為從風門本體斜撐槽鋼至電動頭底板，對電動頭底板進行加強（圖7）。

圖7 電動頭底板加固結(jié)構

3.3 方案3：垂直連接驅(qū)動方案

本方案特點是采用電動頭上（下）布置于風門本體上，通過垂直向上（向下）拉動轉(zhuǎn)動軸來實現(xiàn)驅(qū)動的方案，本方案可以改善執(zhí)行機構剛度問題，但是對于傳動軸的受力無改善作用，此方案也為常規(guī)擋板門的配置方案（圖8）。

圖8 垂直連接驅(qū)動方案結(jié)構

本方案的缺點是需要對執(zhí)行機構進行移位，電纜需要從新布線，但是其無需進行執(zhí)行機構更換。

4 改造方案對比

以上3 種改造方案各有利弊，在改造工作量、性能、投資、改善情況等方面進行對比（表1）。

表1 3 種方案的對比情況

通過對3 種方案的對比，結(jié)合現(xiàn)場實際情況及工期進度要求，建議可以1 號鍋爐優(yōu)先考慮對現(xiàn)場進行方案2 改造，根據(jù)結(jié)果再考慮下一步方案，而2 號鍋爐采用方案1 進行優(yōu)化。