靜葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)葉片磨損和斷裂案例分析

楊小剛

（山東電力建設(shè)第一工程公司，濟(jì)南 250100）

0 引言

某涉外6×600MW燃煤機(jī)組的每臺(tái)鍋爐蒸發(fā)量為2069 t／h，配備G158／343型靜葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)。在首臺(tái)機(jī)組調(diào)試運(yùn)行過程中發(fā)生引風(fēng)機(jī)葉片磨損和斷裂問題，對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行造成了威脅，為此，對(duì)引風(fēng)機(jī)葉片磨損和斷裂的原因進(jìn)行分析，探討相應(yīng)的預(yù)防措施。

G158／343型引風(fēng)機(jī)葉輪直徑為3 430mm，設(shè)計(jì)葉片材質(zhì)為Q390鋼，葉片根部厚30mm，葉片進(jìn)氣邊的迎風(fēng)面和背風(fēng)面均涂有耐磨合金。引風(fēng)機(jī)容量的調(diào)節(jié)借助進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)裝置，進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)裝置通過電動(dòng)執(zhí)行器調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)進(jìn)口靜葉角度，當(dāng)電動(dòng)執(zhí)行器動(dòng)作時(shí)，位置環(huán)跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，通過曲柄連桿使與之連接的進(jìn)口導(dǎo)葉改變角度，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。

1 葉片磨損和斷裂情況

該項(xiàng)目首臺(tái)機(jī)組于2013年8月4日開始點(diǎn)火運(yùn)行，8月18日因引風(fēng)機(jī)油站內(nèi)潤滑油被打空導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)緊急停機(jī)。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，引風(fēng)機(jī)葉輪后的導(dǎo)流板迎風(fēng)面磨損非常嚴(yán)重，部分焊縫被磨損開裂，葉輪葉片的耐磨層也有部分被磨損，并且穿過導(dǎo)流罩的油管路被氣流沖刷破裂，導(dǎo)致潤滑油全部被打空。項(xiàng)目業(yè)主對(duì)引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉片進(jìn)行防腐、防磨試驗(yàn)性處理后重新啟動(dòng)機(jī)組，10月7日，A側(cè)引風(fēng)機(jī)突然出現(xiàn)大幅振動(dòng)導(dǎo)致其跳閘，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，A側(cè)引風(fēng)機(jī)葉輪的1片動(dòng)葉片已經(jīng)斷裂。葉片磨損和斷裂情況如圖1所示。

2 葉片磨損和斷裂的原因分析［1-2］

經(jīng)過了解該項(xiàng)目首臺(tái)機(jī)組的調(diào)試運(yùn)行情況發(fā)現(xiàn)，在前期調(diào)試階段，由于電袋除塵器不具備投用條件，導(dǎo)致在燃燒調(diào)試階段以及斷油后純煤燃燒的一段時(shí)間里，除塵器都沒有正常投入運(yùn)行，這個(gè)階段煙氣的含塵量非常高且含有大顆粒，對(duì)引風(fēng)機(jī)的磨損非常嚴(yán)重，這是引風(fēng)機(jī)發(fā)生磨損的主要原因。同時(shí)，對(duì)磨損部位進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)煙氣的氣流分布不均衡，導(dǎo)致含塵顆粒沖刷引風(fēng)機(jī)的部位也不均衡，因此，煙氣流動(dòng)分布不平衡是造成磨損的另一個(gè)原因。

針對(duì)引風(fēng)機(jī)葉片斷裂問題，通過對(duì)其葉片材質(zhì)、硬度、滲透檢測(cè)、增加涂層后影響、斷裂處特性的分析，查找引風(fēng)機(jī)葉片斷裂的真正原因。

2.1 葉片化學(xué)成分分析

圖1 葉片磨損和斷裂情況

對(duì)斷裂的引風(fēng)機(jī)葉片進(jìn)行取樣，并委托專業(yè)實(shí)驗(yàn)室對(duì)其金屬化學(xué)成分進(jìn)行分析，檢測(cè)結(jié)果滿足GB／T 1591—2008《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》對(duì)Q390鋼化學(xué)成分的要求。

2.2 葉片金屬硬度分析

在斷裂的引風(fēng)機(jī)葉片上取4個(gè)測(cè)點(diǎn)，靠近焊縫側(cè)的編號(hào)為2和4，遠(yuǎn)離焊縫側(cè)的編號(hào)為1和3。對(duì)這4點(diǎn)進(jìn)行硬度檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表1。同時(shí)，為了便于對(duì)比，對(duì)未斷裂的葉片根部（靠近焊縫側(cè)）及端部（遠(yuǎn)離焊縫側(cè)）也進(jìn)行了硬度測(cè)試（測(cè)試3次取平均值），檢測(cè)結(jié)果分別為130，140HB。

表1 葉片金屬硬度測(cè)試值 HB

葉片的材質(zhì)為Q390鋼，標(biāo)準(zhǔn)GB／T 1591—2008《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》中規(guī)定的Q390鋼抗拉強(qiáng)度為490～650MPa，標(biāo)準(zhǔn) GB／T 1172—1999《黑色金屬硬度及強(qiáng)度換算值》中規(guī)定Q390鋼的硬度范圍為130～185HB。從上述實(shí)際測(cè)量數(shù)值來看，葉片的金屬硬度滿足要求。

2.3 葉片滲透檢驗(yàn)分析

對(duì)葉片斷裂處進(jìn)行滲透檢測(cè)，檢測(cè)部位取斷裂葉片的橫斷面及距斷裂處大約50mm范圍內(nèi)（里、外2面），檢測(cè)均未發(fā)現(xiàn)有大的裂紋等危險(xiǎn)性缺陷痕跡，如圖2所示。

2.4 葉片增加耐磨涂層的影響分析

經(jīng)了解，項(xiàng)目業(yè)主在葉片迎風(fēng)表面增加了1層耐磨層，如圖3中附著在葉片上的黑色材料，在引風(fēng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于耐磨層與母材產(chǎn)生應(yīng)力或二者之間的熔融溫度不夠造成耐磨層脫落，脫落的耐磨層可能對(duì)葉片造成傷害，同時(shí)，葉片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生巨大的外力矩致使葉片根部最薄弱處（角焊縫上部約10mm處）斷裂，葉輪旋轉(zhuǎn)的離心力使葉片斷裂處繼續(xù)撕裂，增大葉輪的不平衡，最終造成葉輪振動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘停機(jī)。

圖2 葉片滲透檢驗(yàn)

2.5 葉片疲勞破壞的分析［3-5］

引風(fēng)機(jī)葉片斷裂特性分析如圖3所示，經(jīng)過對(duì)斷面觀察分析發(fā)現(xiàn)，殘留區(qū)域斷口較為平齊，存在幾處撕裂臺(tái)階，斷面宏觀上呈現(xiàn)脆性斷裂特征，其中AB段具備疲勞破壞的典型特征，AB段受方向、大小周期性變化的力的作用，葉片薄弱部位產(chǎn)生應(yīng)力集中后導(dǎo)致葉片產(chǎn)生了微裂紋，損傷不斷累積，最終導(dǎo)致葉片突然斷裂。BC段在AB段瞬間疲勞斷裂后，在離心力作用下發(fā)生強(qiáng)力撕裂。

圖3 葉片斷裂處

AB段局部放大如圖4所示，箭頭線下方非常光滑，為疲勞裂紋的策源地及擴(kuò)展區(qū)；箭頭線上方非常粗糙，為AB段最后斷裂區(qū)。從圖4可以看出，在裂紋擴(kuò)展部分，斷口在反復(fù)荷載頻繁作用下，表面光滑且愈近裂紋源愈光滑（D區(qū)），而瞬間斷裂的裂口比較粗糙并呈顆粒狀，具有脆性斷裂的特征（E區(qū)）。

圖4 葉片斷裂AB段局部放大圖

經(jīng)過上述分析可知，造成引風(fēng)機(jī)葉片斷裂的主要原因是葉片受到外力擊打后出現(xiàn)疲勞破壞。

3 結(jié)束語

通過分析葉片磨損和斷裂的原因可知，要防止葉片磨損和斷裂，需采取以下相應(yīng)措施。

（1）在引風(fēng)機(jī)安裝和檢修后一定要清理干凈內(nèi)部雜物，確認(rèn)進(jìn)風(fēng)口上游在運(yùn)行期間不會(huì)有任何部件脫落。

（2）改善機(jī)組的運(yùn)行環(huán)境，并且在燃油系統(tǒng)退出的情況下及時(shí)投入除塵器，避免煙氣中含塵量過高而對(duì)引風(fēng)機(jī)造成磨損。

（3）在調(diào)試初期，應(yīng)根據(jù)實(shí)際測(cè)量的氣流分布情況及時(shí)調(diào)整導(dǎo)流板，使氣流的分布達(dá)到最佳狀態(tài)。

（4）在引風(fēng)機(jī)設(shè)備制造過程中，對(duì)葉片材質(zhì)及焊接工藝進(jìn)行嚴(yán)格控制，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

（5）引風(fēng)機(jī)葉片可采用貼陶瓷或鈦合金工藝，增強(qiáng)葉片的防磨特性。

通過機(jī)組運(yùn)行實(shí)踐，引風(fēng)機(jī)的磨損大大減輕，同時(shí)也避免了因外力致使葉片斷裂的事故，確保了引風(fēng)機(jī)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

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