天鐵7#風(fēng)機動葉片斷裂原因分析與改進(jìn)

文建宇

（天津天鐵冶金集團有限公司動力廠，河北涉縣056404）

1 引言

天鐵7#風(fēng)機承擔(dān)著高爐供風(fēng)任務(wù)，該機組于2001年7月投產(chǎn)。2009年12月起經(jīng)常出現(xiàn)機組喘振和部分動靜葉片損壞及軸瓦振動時常出現(xiàn)波動的現(xiàn)象，造成機組運行不正常。經(jīng)過對上述事故原因分析研究后，于2011年5月對該機組進(jìn)行了優(yōu)化改造。通過調(diào)整動葉片與隔葉塊之間的接觸面積、優(yōu)化動葉片裝配效果的鑒定等改造措施，保障了動葉片正常工作，確保了機組的運行安全。

2 動葉片斷裂原因分析

天鐵7#風(fēng)機轉(zhuǎn)子由主軸、動葉片、隔葉塊、葉片鎖緊裝置等組成。轉(zhuǎn)子是鼓風(fēng)機最重要的部件，通過轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)來提高氣體壓力。轉(zhuǎn)子上裝有多級動葉，各級動葉片沿圓周方向裝在轉(zhuǎn)轂的T型葉根槽內(nèi)，每一級內(nèi)兩個動葉片之間用隔葉塊定位，每級最后安裝的兩個動葉片之間用鎖緊隔葉塊定位并鎖緊。轉(zhuǎn)子部分動葉片斷裂，原因只有兩個：轉(zhuǎn)子不斷變形，頂間隙不斷減小而碰磨缸體；轉(zhuǎn)子動葉片未被隔葉塊壓緊或鎖緊，在離心力作用下不斷被甩出，頂間隙不斷減小而碰磨缸體。圍繞上述兩點原因，用各種技術(shù)檢測手段加以分析。斷裂的轉(zhuǎn)子動葉片見圖1。

圖1 斷裂的轉(zhuǎn)子動葉片

2.1 對轉(zhuǎn)子打表檢查

轉(zhuǎn)子各件組裝和熱裝后，由于誤差的積累和微小的變形造成了整體轉(zhuǎn)子的形位誤差比單件時的形位誤差有較大的變化，必須對轉(zhuǎn)子進(jìn)行全面的圓跳動檢查，即打表檢查，一般用V型架支撐在旋轉(zhuǎn)軸頸上進(jìn)行打表。此次檢查的目的驗證轉(zhuǎn)子是否有彎曲，彎曲的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動后由于甩轉(zhuǎn)可能會使動葉片碰磨缸體而斷裂。轉(zhuǎn)子打表數(shù)據(jù)見表1。

表1 轉(zhuǎn)子打表數(shù)據(jù)

分析表1的打表數(shù)據(jù)，說明轉(zhuǎn)子圓跳動的實際情況合格，沒有出現(xiàn)變形情況。

2.2 對動葉片高度進(jìn)行測量

制造廠家在轉(zhuǎn)子出廠前在車床上對動葉片進(jìn)行圓周車削，所有的動葉片葉頂高度保持一致。對轉(zhuǎn)子第3級和第7級動葉片高度差進(jìn)行抽樣打表檢測，發(fā)現(xiàn)第3級動葉片高度差最大為0.40 mm，7級動葉高度差0.2 mm?？梢?，葉片斷裂的直接原因是動葉片甩出長高與缸體碰磨造成。

2.3 對安裝質(zhì)量進(jìn)行檢查，主要檢查動葉片和隔葉塊接觸情況

轉(zhuǎn)子動葉片是通過隔葉塊壓緊動葉片葉根以及與動葉片葉根側(cè)面的面接觸而固定在轉(zhuǎn)子輪槽中，動葉片底部通過墊隙條紫銅絲墊實，防止松動。通過目測和用0.05 mm塞尺測量部分動葉片與隔葉塊之間的間隙，發(fā)現(xiàn)第3級、4級、7級動葉片與隔葉塊側(cè)面接觸面積少或有間隙?？芍?，葉片甩出長高的根本原因是隔葉塊與動葉片葉根側(cè)面接觸面積少，隔葉塊未壓緊動葉片葉根而甩出。

2.4 動葉片的無損檢測

葉片斷裂前有一個疲勞裂紋的增大階段，通常采用著色探傷或磁粉探傷的方法進(jìn)行裂紋檢驗。我們對容易出現(xiàn)裂紋的所有葉片葉身及葉根過渡區(qū)進(jìn)行磁粉探傷檢查，沒有發(fā)現(xiàn)葉片裂紋缺陷?？梢?，葉片本身不存在材料質(zhì)量缺陷。

通過上面的技術(shù)分析，葉片斷裂的直接原因為動葉片甩出，動葉片頂間隙不斷減小，最終動葉片頂部碰磨缸體而斷裂。根本原因為動葉片的安裝質(zhì)量不佳，轉(zhuǎn)子高速運轉(zhuǎn)時離心力把動葉片甩出。

3 改造措施

3.1 動葉片的裝配措施

3.1.1 轉(zhuǎn)子輪槽的打磨與吹掃

首先應(yīng)將輪槽內(nèi)毛刺、傷痕修理光滑，然后用細(xì)砂紙擦亮，用壓縮空氣吹清后，用二硫化鉬粉涂擦葉片槽，并把粉末吹凈。

3.1.2 動葉片的安裝接觸面積的保證

對每級排好序的新葉片和繼續(xù)使用的舊葉片葉根部倒角情況仔細(xì)復(fù)查一遍，在倒角合格的葉片葉根T型腳及平面上涂一薄層紅粉，將葉片試裝進(jìn)輪槽，用塞尺檢查葉根與輪槽及葉根與隔葉塊側(cè)面的接觸情況。若用0.05 mm塞尺片塞不進(jìn)，則說明接觸良好；若個別葉片進(jìn)出汽邊尖角處用0.05 mm塞尺塞入，深度小于10 mm，則認(rèn)為該葉片葉根接觸合格。同時拆出試裝葉片檢查紅粉印痕，接觸應(yīng)均勻，接觸面積占總面積的75%以上。達(dá)不到上述兩項要求者應(yīng)進(jìn)行刮研。

3.1.3 節(jié)距的保證

葉頂處測量葉片節(jié)距與設(shè)計圖紙對照，誤差小于0.5 mm。當(dāng)節(jié)距偏大時，可在備品中挑選較薄的隔葉塊或?qū)⒑穸妊斜?；?jié)距偏小時，可挑選厚度較厚的隔葉塊進(jìn)行調(diào)整。

3.1.4 墊隙條紫銅絲的安裝

設(shè)計時葉根底部用墊隙條紫銅絲，按設(shè)計要求隨葉片的組裝及時裝入墊隙條。在正式安裝葉片前要更換新墊隙條紫銅絲。

3.2 動葉片裝配效果鑒定措施

整級動葉片更換結(jié)束后，為了掌握葉片的換裝質(zhì)量和確保葉片葉頂間隙，應(yīng)進(jìn)行下列測試和檢查工作。

3.2.1 測量葉片的振動頻率

葉片的裝配質(zhì)量對葉片振動的固有頻率有直接影響。當(dāng)葉片固有頻率與周期性擾動頻率相一致時，會使葉片發(fā)生共振而折斷。因此，葉片振動頻率必須避開共振區(qū)域，通過測量葉片的頻率可以鑒定葉片的換裝質(zhì)量和確定葉片是否會發(fā)生共振而斷裂。按圖紙要求對第1級動葉片測靜頻，應(yīng)不小于375 MHz，實際測量結(jié)果符合圖紙要求。

3.2.2 測量動葉片間隙，使?jié)M足圖紙要求

在轉(zhuǎn)子第一次做高速之前，測量和記錄動葉片與缸體的間隙，并逐級對動葉片進(jìn)行車削，確保間隙滿足圖紙要求。做完高速后發(fā)現(xiàn)葉片間隙變小甚至為零，說明動葉片還有甩出的現(xiàn)象。按間隙要求再次對動葉片進(jìn)行車削，轉(zhuǎn)子做第二次高速動平衡，最后做完第三次高速動平衡后，動葉片才沒有被甩出，間隙符合圖紙要求。

3.2.3 轉(zhuǎn)子校動平衡

由于制造裝配上的誤差或設(shè)計上的不對稱性造成轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布沿軸線不均勻，轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動時就要產(chǎn)生不相等的離心力，使旋轉(zhuǎn)機械產(chǎn)生振動，振動大到一定值時，就會產(chǎn)生故障，可見轉(zhuǎn)子必須進(jìn)行動平衡試驗。轉(zhuǎn)子經(jīng)過更換葉片后，應(yīng)作高速動平衡和超速實驗。

最終轉(zhuǎn)子做了三次超速動平衡試驗，除了使殘余不平衡量達(dá)到范圍內(nèi)，主要目的在于轉(zhuǎn)子通過多次工作轉(zhuǎn)速或超速運轉(zhuǎn)，把動葉片甩出到極限，在生產(chǎn)時就不至于再次被甩出。這也是保證安裝質(zhì)量的最后一道保險。

4 結(jié)束語

天鐵7#風(fēng)機機組改造完畢后，性能滿足生產(chǎn)要求，各項運行參數(shù)控制在正常范圍內(nèi)，保障了動葉片正常工作，確保了機組的運行安全。同時，對今后風(fēng)機的正常運行積累了經(jīng)驗。

[1]《火力發(fā)電職業(yè)技能培訓(xùn)教材》編委會.汽輪機設(shè)備檢修[M].北京:中國電力出版社，2005.

[2]蘇晉生，劉衛(wèi)東.汽輪機設(shè)備檢修技術(shù)問答[M].北京:中國電力出版社，2004.