变频调速技术对静叶可调轴流风机结构设计的影响(3)

3、联轴器

膜片联轴器由两个半联轴节、螺栓和膜片组装而成，它具有良好的补偿轴向、径向和角位移的能力。风机变频调速运行中，由于风机转速的频繁变化，无形中增加了对螺栓附加的剪切应力。同时，在实际的变频运行过程中，电机的轴向窜动量也明显增大，联轴器的轴向窜动量也增大，增加螺栓轴向受力。在运行过程中膜片联轴器分别受到扭矩与轴线偏斜引起的弯矩、螺栓与膜片质量不均引起的离心力和膜片轴向位移引起的弹性推力等力的作用。扭矩使螺栓产生剪切应力传递给膜片，弯矩使螺栓产生拉伸和压缩应力，运行时的离心力会产生巨大的剪切应力，使膜片受力不均，而轴每转一周应力循环就会交变一次，则离心力使螺栓产生剪应力，且随转速而变化。实践表明，膜片联轴器的主要失效方式是膜片和螺栓在交变循环和复合应力作用下的疲劳断裂（见图4）。

三、风机结构的改进处理

(1)对风机的叶轮进行加强和优化，叶片焊接方式按照高标准执行和检查，并对叶轮内部结构进行刚性及辐板加固处理，以提高叶轮整体的刚度和强度。

  (2)对风机的传扭中间轴的扭振频率、强度等进行提高和加强，以满足变频要求。

  (3)选择联轴器时，提高其疲劳安全系数。

  (4)校核转动部件自然频率，严格控制并提高其固有频率，最大限度地防止转速调节过程中出现频率重叠，防止共振。

(5)风机壳体的中间支撑段采用加强型支腿，前导叶叶片增加厚度进行加强设计，支撑轴承座的法兰加装加强筋板，整体提高定子部分的强度及刚度。

四、在变频改造和运行中应注意的事项

(1)静叶可调轴流风机经改造由定转速成为变频工况，其轴系和叶轮强度应先交给风机生产厂家进行校核确认风机的强度裕量是否能满足要求。新设计的静调风机若为变频运行，则在设计前就应提出要求。

(2)原静叶可调轴流风机的振动测点多分布在叶轮外壳装配中段的中分面位置，在定转速运行时该测点能较准确地反映轴系振动，但是在变速时，由于前导叶处气流激振，易在原测点处产生假共振现象，为解决此问题应将振动测点尽量靠近后导叶装配的原法兰。若风机出现共振，则应采取措施避开在该转速运行（如提高转速，使用导叶辅助运行等）。

  (3)风机进出口管段的布置要合理。风机在调速的过程中是无级调速，理论上气流的频率和叶轮叶片的频率重合不可避免，但是如果管段布置合理，气流的扰动小，脉动幅值足够小而不会对叶轮叶片造成大的疲劳损坏。

  (4)风机在运行的过程中，对风机的运行速度应缓慢调节，避免急剧的启动和制动（可设置较长的启动和制动时间）。

  (5)若变频器具备输出波形功能，应经常检查变频器电压、电流输出波形是否失真，确保变频器正常运行。

(6)在每次检修过程中，建议检查膜片联轴器的螺栓是否有塑性变形、传扭中间轴的法兰盘与轴管焊接处是否有裂纹、叶片根部与轮毂的焊接附近是否有裂纹。
五、结论

我厂按上述方法，对多家火电厂的静叶可调轴流风机加装变频调速装置后进行了转子部分改造，并对其进行了长期密切观察，至今未再出现上述风机损伤的问题，因此，此优化方案是可行的。