离心式一次风机叶片损坏的分析

2017-11-04张小锋瞿丽莉赵广勋

山东工业技术 2017年21期

张小锋+瞿丽莉+赵广勋

摘要：某电厂离心式一次风机在正常运行中突然跳闸，经现场检查、历史数据对比分析、断口外观检查、硬度分析等方式，判断风机叶片损坏是由于前盘与叶片焊接工艺执行不当，使得叶片在焊缝处产生裂纹，随着时间延长裂纹失稳而发生快速断裂。又因为故障风机出口门故障无法关严，导致一次风泄漏，一次风压低于临界值，炉内粉量骤减，炉膛压力低保护动作。

关键词：离心式；一次风机；叶片损坏；出口门故障；诊断分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.21.025

0 前言

一次风机是为煤粉锅炉送粉提供动力的重要辅机，一次风机故障对于煤粉锅炉安全运行威胁也最大。在电站锅炉三大辅机故障机组快速减负荷事件中，一次风机RB出现故障，即一次风压低于送粉临界值，导致锅炉全炉膛燃料丧失的事故较多，因此保证一次风机本体可靠性，保证一次风机相关辅助设备的可靠性，保证一次风RB功能的完整性可靠性对锅炉安全运行意义重大。风机叶片断裂原因很多，有因为风机频繁失速产生的应变力断裂的[1]；长时间气流脉动下叶片产生共振，叶片疲劳断裂[2]；工艺缺口导致的应力集中断裂[3]，叶片冶金质量低造成的断裂[4]等等，文章对某电厂一次风机的故障进行了分析，可以为同类事件提供借鉴。

1 系统及事件简介

某厂机组容量350MW，配置有两台离心式一次风机，该风机叶轮为基建期间配置，未进行过更换。该风机未进行变频改造。风机系统主要构件：入口消音器、入口风箱、入口调节挡板、集流器、转子（叶轮两侧各一个轴承座）、机壳、出口挡板门。

事件发生前，机组负荷一直在300MW稳定运行，事件发生时，B一次风机电机速断保护动作造成风机跳闸，RB保护动作，一次风压快速降至2.60kPa。炉膛压力最低降至-2721Pa，锅炉MFT动作，首出原因“炉膛压力低低”。

2 现场检查情况

检查发现B一次风机机壳变形，风机地脚螺栓松动，风机驱动端轴承座损坏，叶轮前盘局部断裂，连同两只叶片脱落，叶轮变形，见图1和图2，风机出口挡板门损坏。一次风机电机返厂检测电机主轴弯曲0.07mm/m，电机冷却风扇变形，其它无异常。

叶轮材质复核：现场采用手持式合金分析仪（XL3t800型），对前盘、叶片及焊缝进行了材质复核，前盘与叶片的材质均为16Mn，焊缝成分与前盘和叶片材质基本相同。

叶轮断裂区硬度检测：现场对前盘、叶片、焊缝及初始断裂区进行了硬度检测，硬度平均值分别为：前盘180HBHLD，叶片191HBHLD，焊缝160HBHLD，初始断裂区断面131HBHLD。

3 风机运行情况

（1）跳闸前，B一次风机驱动端轴承座振动值0.8mm/s，轴承温度47.5℃；非驱动端轴承座振动值1.8mm/s（轴承振动报警值4.6 mm/s），轴承温度55.15℃，轴承振动及轴承温度均无异常波动；风机电流约111A，无异常波动；风机入口调节门开度75.4%；风机出口风压约12.88kPa；风机各运行参数稳定，风机运行正常。

（2）炉膛负压在-100Pa～-40Pa波动。

（3）B一次风机跳闸前，轴承座振动值一直稳定无异常，但在风机跳闸瞬间，风机驱动端轴承座振动值变为坏点，非驱动端轴承座振动值突升至20 mm/s（满量程）。

4 历史检修情况

检查3年前机组大修一次风机检修台账及文件包，大修中对一次风机叶轮进行了清理打磨、宏观检查，未发现叶轮裂纹、变形、磨损等缺陷；台账有叶轮探伤抽检记录。

5 原因分析

5.1 机组跳闸原因分析

B一次风机叶轮损坏，风机转动受阻，导致电机速断保护动作，风机跳闸，RB保护动作，锅炉自动执行C磨煤机切除等一系列操作，但因B一次风机出口挡板损坏关闭不严，一次风由B一次风机入口处泄漏，导致一次风压迅速降低，引发A、B磨煤机对应燃烧器送粉能力不足，燃料量急剧突然减少导致锅炉燃烧不稳，炉膛压力迅速降低后达到锅炉MFT保护动作值。

5.2 风机叶轮损坏的原因分析

（1）查阅B一次风机跳闸前轴承温度、风机振动值、出口风压、电机电流、风机入口挡板开度等，各运行参数稳定，无异常；现场检查风机消音器至风机入口风道完好，检查风机内部无异物，说明事件发生前风机运行是正常的、风机叶轮的损坏不是因突发的不稳定工况影响及外来异物的打击而发生。

（2）叶轮残片的形貌分析：宏观检查，叶轮前盘外沿与叶片焊缝附近的断面较为平整，裂纹由前盘外沿向里扩展，初始断裂区长度约82mm，断面存在明显的锈蚀现象，其它断裂位置存在明显的撕裂形貌，可判定断裂源区位于前盘与叶片焊缝附近的最外沿。

（3）叶轮的前盘、叶片、焊缝及初始裂纹区断面硬度检测结果分析：焊缝硬度低于母材硬度，特别是初始断裂区的硬度值远低于母材硬度（为母材硬度的68.5%），不符合要求。

（4）叶轮前盘开裂处受力分析：从风机叶轮结构来看，在气流的作用下，叶轮前盘外沿承受的气动力最大，由于气流为波动的，此处会存在较大的交变应力；从叶片与前盘的布置結构与气流流动方向分析，前盘承受的应力为拉应力，且外沿与叶片焊缝处的交变拉应力是最大的。另外，由于叶片比前盘略低，前盘与叶片焊缝处存在结构变化，如果此处无圆滑过度、焊缝咬边（对A一次风机探伤发现存在焊缝咬边现象）等焊接缺陷会存在应力集中。

综合以上分析认为，前盘与叶片焊接工艺执行不当，使得焊缝处前盘外沿的强度大幅降低，一次风机运行中，此处存在较大的交变拉应力，在结构变化（或缺陷处）易存在应力集中且强度较低的部位首先产生裂纹，随着运行时间的延长，裂纹不断扩展，当裂纹长度超过临界值，失稳而发生快速断裂，从而造成前盘断裂。

6 预防措施

（1）修复B一次风机本体，建议方案：更换地脚螺栓；风机叶轮轮毂利旧，制作叶轮；更换风机主轴；更换风机电机侧轴承座、轴承；更换联轴器；电机主轴校直，其他部位修复。

（2）对其他一次风机叶轮焊缝进行全面检查、着色探伤（发现局部有咬边现象，未发现其它异常，对咬边进行了研磨圆滑过渡）。择机全面检查、探伤其他机组一次风机叶轮焊缝及其热影响区。

（3）将“离心式风机的叶轮检查、探伤”均要列入今后机组大、小修标准检修项目，金属监督项目。

（4）加强入厂验收：验收项目要包括叶轮宏观检查、探伤，对板材及焊缝进行材质复核；对板材、焊缝及热影响区进行硬度抽检。

（5）使用不同的最优的检测手段对风机进行静态检测，现场检测和动态监测[5]。

参考文献：

[1]王展池.锅炉一次风机叶轮损坏事故分析[J].电力安全技术，2011，13（07）：31-33.

[2]孙锯江.CFB锅炉一次风机叶轮前盘损坏原因分析[J]. 锅炉技术，2010，41（01）：52-55.

[3]郭兴贵，刘峰，李俠.锅炉一次风机叶片断裂的分析与研究[J]. 华北电力技术，2005（08）：8-13.

[4]郑国，李涛，牛海峰等.600MW机组风机叶片断裂分析[J].黑龙江电力技术，1999，21（02）：40-41.