JPH1089286A

JPH1089286A - 動翼可変ピッチ軸流ファンのサージング防止方法

Info

Publication number: JPH1089286A
Application number: JP24282896A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Miyazaki; 寛宮▲崎▼
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1996-09-13
Filing date: 1996-09-13
Publication date: 1998-04-07

Abstract

(57)【要約】【課題】サージングラインの経時変化、圧力変動幅、
計画運転曲線に対する余裕、等を十分に加味し、不必要
に警報を発することなくかつ安全性を十分に保持した状
態で警報を発することができる動翼可変ピッチ軸流ファ
ンのサージング防止方法を提供する。【解決手段】新設時のサージングライン１３から圧力
が６％〜１０％低い位置にサージング補助ライン１４を
設定し、更に５０ｍｍＡｑ以上低い位置に監視上限ライ
ン１５を設定し、最大連続負荷点ＭＣＲのガス流量以下
の範囲で必要な負荷圧力の１３０％以上の位置に監視下
限ライン１６を設定し、監視上限ライン１５と監視下限
ライン１６との間にサージング監視ライン１７を設定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、動翼可変ピッチ軸
流ファンのサージング防止方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３に例示するように、火力発電所にお
けるボイラは、ボイラ本体１、空気予熱器（ＧＡＨ）、
脱硝装置２、電気集塵機（ＥＰ）、脱硫装置３、等から
なり、押込通風機（ＦＤＦ）で加圧供給した空気を空気
予熱器（ＧＡＨ）で加熱してボイラ本体１に供給し、燃
焼後の排ガスを脱硝装置２で脱硝し、空気予熱器（ＧＡ
Ｈ）で冷却熱交換して電気集塵機（ＥＰ）に供給して除
塵し、誘引通風機（ＩＤＦ）で空気を誘引し、脱硫昇圧
通風機（ＢＵＦ）で昇圧して脱硫装置３に供給し脱硫し
てスタック４から排気するようになっている。なお、図
３でＳＡＨは、蒸気／空気加熱器である。この図に示す
ように、火力発電所におけるボイラには、押込通風機
（ＦＤＦ），誘引通風機（ＩＤＦ），脱硫昇圧通風機
（ＢＵＦ），一次通風機（ＰＡＦ）（図示せず）等の種
々の動翼可変ピッチ軸流通風機（ファン）が用いられ
る。

【０００３】図４は、ボイラに主に適用される動翼可変
ピッチ軸流ファンの構成図である。動翼可変ピッチ軸流
ファンは、ハブ５ａに取り付けられた動翼５，ケーシン
グ６ａに固定された静翼６，回転軸７，等からなり、回
転軸７を外部から電動機等で所定の回転速度（例えば６
００〜１８００ｒｐｍ）で回転させて、動翼５を回転さ
せ、空気を昇圧してケーシング６ａ内を軸方向に送風す
るようになっている。また、図示しない可変ピッチ機構
を有し、動翼５の迎え角を変化させて、圧力Ｐ，風量Ｑ
を調整できるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図５は、動翼可変ピッ
チ軸流ファンの模式的特性図であり、縦軸は圧力Ｐ，横
軸は風量Ｑを示している。また、この図における各線は
動翼迎え角（動翼角）を一定にした場合のＰ−Ｑ特性を
示している。軸流ファンでは、動翼角を一定にして圧力
Ｐを増加させると風量Ｑが減少し、ある圧力以上でサー
ジングが発生する。図５のライン８はサージングが発生
するサージングラインであり、サージングが発生する
と、ファンが異常振動して翼を損傷させるおそれがある
ため、通常、サージングラインから十分余裕がある条件
で運転し、サージングラインに近づいた場合に適当な警
報を発するようにサージング監視ライン９が設定されて
いる。

【０００５】しかし、軸流ファンのサージングライン８
は、一定ではなく、通常新設後に徐々に劣化する。ま
た、空気予熱器ＧＡＨは通常、ユングストローム形の再
生式予熱器が用いられ、回転するロータ等の熱歪によ
り、新設後、徐々にリーク量が増大する。更に、ボイラ
本体１への空気導入部にはエアレジスタが設置されてお
り、このベーンの角度によってもドラフトが変化する。
更にまた、軸流ファン自体の劣化によって、Ｐ−Ｑ特性
が変化する。

【０００６】従って、上述したサージング監視ライン９
の設定は困難であり、従来、運転員或いは設計者の経験
に基づいて任意に行われていた。そのため、従来は、
サージングラインの経時変化、圧力変動幅、計画運
転曲線に対する余裕、等を十分考慮できず、従って、余
裕が有りすぎて不必要に警報を発したり、逆に余裕がほ
とんどなく安全性に欠ける状態でやっと警報が発せられ
る等の問題点があった。

【０００７】本発明は上述した問題点を解決するために
創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、サ
ージングラインの経時変化、圧力変動幅、計画運転曲線
に対する余裕、等を十分に加味し、不必要に警報を発す
ることなくかつ安全性を十分に保持した状態で警報を発
することができる動翼可変ピッチ軸流ファンのサージン
グ防止方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願発明の発明者は、空
気予熱器におけるリーク量及び圧力損失の経時変化、こ
れに伴うサージングラインの変化、及び軸流ファンのＰ
−Ｑ特性の経時変化等を追跡調査した。本発明はかかる
新規の知見に基づくものである。すなわち本発明によれ
ば、新設時のサージングラインから圧力が６％〜１０％
低い位置にサージング補助ラインを設定し、更に５０ｍ
ｍＡｑ以上低い位置に監視上限ラインを設定し、最大連
続負荷時のガス流量以下の範囲で必要な負荷圧力の１３
０％以上の位置に監視下限ラインを設定し、監視上限ラ
インと監視下限ラインとの間にサージング監視ラインを
設定する、ことを特徴とする動翼可変ピッチ軸流ファン
のサージング防止方法が提供される。

【０００９】発明者による調査結果から、新設軸流ファ
ンのサージングラインは、新設時の約７％まで短期間で
劣化する。これは、動翼可変ピッチ軸流ファンの場合、
動翼の表面が吸込み大気中のダスト又は排気ガス中のダ
ストによって汚れ、性能が劣化するものである。一方、
空気／ガス系統の圧力上昇は、空気予熱器（ＧＡＨ）の
エレメントの汚れ，部分詰まりによるドラフトロスの上
昇，煙風道内にダストが堆積し同様にドラフトロスが増
加するがＰ−Ｑ特性における圧力上昇は３０％以下であ
る。

【００１０】従って、本発明の方法による、新設時のサ
ージングラインから圧力が６％〜１０％低いサージング
補助ラインは、実機による性能劣化確認データに基づく
もので、計測時の圧力変動幅（１０〜２０ｍｍＡｑ）を
考慮して、サージング補助ラインより５０ｍｍＡｑ以上
低い位置に監視上限ラインを設定すれば、不必要に警報
を発することなくかつ安全性を十分に保持した状態で警
報を発することができる。

【００１１】また、空気／ガス系統の経時的なドラフト
ロスの増加を考慮して、最大連続負荷時のガス流量以下
の範囲で必要な負荷圧力の１３０％以上の位置に監視下
限ラインを設定し、前記監視上限ラインがこの監視下限
ラインより常に上に位置するように、予め軸流ファンを
設計／選定しておくことにより、監視上限ラインと監視
下限ラインとの間にサージング監視ラインを設定するこ
とにより、安全な運転管理ができ、かつ、実際のサージ
ング現象を回避し重要なＦＤＦ，ＩＤＦ，ＢＵＦ，ＰＡ
Ｆの破損を防ぐことができる。

【００１２】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
サージング監視ラインを、ファン最大使用圧力より圧力
が高い位置に設定する。この構成により、ファン最大使
用圧力（ファン計画仕様点）からも余裕のあるサージン
グ監視ラインを設定でき、ファンを最大使用圧力まで安
定して安全に運転することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通
する部分には同一の符号を付して使用する。図１は、本
願発明の発明者が調査したファン特性の経時変化を示す
図であり、（Ａ）は空気予熱器におけるリーク量の経時
変化、（Ｂ）は空気予熱器における圧力損失の経時変
化、（Ｃ）は実機運転による動翼可変ピッチ軸流ファン
の動翼の汚れに伴うサージングラインの変化を示してい
る。これらの調査結果から、空気予熱器（ＧＡＨ）のリ
ーク量は毎年の定期点検により６〜１５％以下の範囲に
調整することができ（図１Ａ参照）、空気予熱器のドラ
フトも、１１０〜１５０ｍｍＡｑの範囲で調整すること
ができる（図１Ｂ参照）。新設軸流ファンのサージング
ライン８は、１年の運転実績では新設時の約６．６％ま
で短期間で劣化する（図１Ｃ）が、他の影響を考慮して
も、約６％〜１０％の劣化を見込んでおけば、多数の運
転実績上から安全である。また、ボイラプラントの空気
／ガス系統の経時的な圧力上昇は３０％以下であり、計
測時の圧力変動幅は１０〜２０ｍｍＡｑ程度である。本
発明はかかる新規の知見に基づくものである。

【００１４】図２は、本発明の方法を適用した軸流ファ
ンのＰ−Ｑ特性図である。この図において、ライン１１
は、運転抵抗曲線であり、この運転抵抗曲線１１は、発
電所の１００％負荷点Ａ、ボイラの最大連続負荷点ＭＣ
Ｒ、ファン計画仕様点Ｃを通る。すなわち、ボイラの負
荷変化に応じて軸流ファンに要求される風量Ｑ（横軸）
と圧力Ｐ（縦軸）は、運転抵抗曲線１１で示すことがで
きる。

【００１５】図２において、ライン１２は、動翼迎え角
（動翼角）を一定にした場合のＰ−Ｑ特性であり、動翼
角を一定にして圧力Ｐを増加させると風量Ｑが減少す
る。すなわち、動翼角を一定にして運転する通常の運転
時には、圧力Ｐと風量Ｑは、ライン１２上を変化する。
なお、各ライン１２の下部に示した数字は、動翼の迎え
角の値である。

【００１６】図２において、１３は、新設時のサージン
グラインである。ファンに要求される負荷（圧力と風
量）に応じて、動翼角を一定のまま圧力Ｐを増加させる
と、運転点はサージングライン１３に近づき、これを越
えると、サージングが発生して翼を損傷させるおそれが
ある。このサージングライン１３は、前述のように新設
後の経時変化に伴う動翼の表面の汚れにより変化する。

【００１７】本発明の方法によれば、新設時のサージン
グライン１３から圧力が６％〜１０％低い位置にサージ
ング補助ライン１４を設定し、更に５０ｍｍＡｑ以上低
い位置に監視上限ライン１５を設定する。サージング補
助ライン１４は、前述した実績による経時劣化（約６．
６％）を考慮したものであり、定期検査を行って動翼表
面を清掃している限りで、この監視上限ライン１５以下
にサージングライン１３が劣化することはない。また、
計測時の圧力変動幅は１０〜２０ｍｍＡｑ程度であるた
め、監視上限ライン１５をサージング補助ライン１４か
ら更に５０ｍｍＡｑ以上低い位置に設定することによ
り、計測時の圧力変動を考慮しても、サージングライン
１３が監視上限ライン１５より低くなることはない。従
って、この監視上限ライン１５に、或いはこれより低い
位置にサージング監視ライン１７を設定し、これをサー
ジング監視用ｆ（ｘ）としておくことにより、現実のサ
ージングラインに近づいた場合に適当な警報を発するこ
とができる。

【００１８】本発明の方法によれば、更に、最大連続負
荷点ＭＣＲのガス流量以下の範囲で必要な負荷圧力の１
３０％以上の位置に監視下限ライン１６を設定し、監視
上限ライン１５と監視下限ライン１６との間にサージン
グ監視ライン１７を設定する。この方法により、空気／
ガス系統のドラフトロスの上昇をも考慮して、安全な運
転管理が出来て、実際のサージング現象を回避し重要な
ＦＤＦ，ＩＤＦ，ＢＵＦ，ＰＡＦの破損を防止できる。

【００１９】更に、前記サージング監視ライン１７を、
ファン最大使用圧力点Ｃより圧力が高い位置に設定する
ことが好ましい。この構成により、ファン最大使用圧力
（ファン計画仕様点Ｃ）からも余裕のあるサージング監
視ラインを設定でき、ファンを最大使用圧力まで安定し
て安全に運転することができる。

【００２０】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。

【００２１】

【発明の効果】上述したように、本発明の動翼可変ピッ
チ軸流ファンのサージング防止方法は、サージングライ
ンの経時変化、圧力変動幅、計画運転曲線に対する余
裕、等を十分に加味し、不必要に警報を発することなく
かつ安全性を十分に保持した状態で警報を発することが
できる、等の優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】ファン特性の経時変化を示す図である。

【図２】本発明の方法を適用したＰ−Ｑ特性図である。

【図３】火力発電所における軸流ファンの使用例であ
る。

【図４】動翼可変ピッチ軸流ファンの構成図である。

【図５】動翼可変ピッチ軸流ファンの模式的特性図であ
る。

【符号の説明】１ボイラ本体２脱硝装置３脱硫装置４スタック５動翼５ａハブ６静翼６ａケーシング７回転軸８サージングライン９サージング監視ライン１１運転抵抗曲線１２動翼角一定ライン１３新設サージングライン１４サージング補助ライン１５監視上限ライン１６監視下限ライン１７サージング監視ラインＡ発電所の１００％負荷点Ｃファン計画仕様点ＥＰ電気集塵機ＧＡＨ空気予熱器ＭＣＲボイラの最大連続負荷点

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】新設時のサージングラインから圧力が６
％〜１０％低い位置にサージング補助ラインを設定し、
更に５０ｍｍＡｑ以上低い位置に監視上限ラインを設定
し、最大連続負荷時のガス流量以下の範囲で必要な負荷
圧力の１３０％以上の位置に監視下限ラインを設定し、
監視上限ラインと監視下限ラインとの間にサージング監
視ラインを設定する、ことを特徴とする動翼可変ピッチ
軸流ファンのサージング防止方法。
【請求項２】前記サージング監視ラインを、ファン最
大使用圧力より圧力が高い位置に設定する、ことを特徴
とする請求項１に記載の動翼可変ピッチ軸流ファンのサ
ージング防止方法。