離心式一次風機葉片損壞的分析

張小鋒+瞿麗莉+趙廣勛

摘 要：某電廠離心式一次風機在正常運行中突然跳閘，經(jīng)現(xiàn)場檢查、歷史數(shù)據(jù)對比分析、斷口外觀檢查、硬度分析等方式，判斷風機葉片損壞是由于前盤與葉片焊接工藝執(zhí)行不當，使得葉片在焊縫處產(chǎn)生裂紋，隨著時間延長裂紋失穩(wěn)而發(fā)生快速斷裂。又因為故障風機出口門故障無法關(guān)嚴，導致一次風泄漏，一次風壓低于臨界值，爐內(nèi)粉量驟減，爐膛壓力低保護動作。

關(guān)鍵詞：離心式；一次風機；葉片損壞；出口門故障；診斷分析

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

0 前言

一次風機是為煤粉鍋爐送粉提供動力的重要輔機，一次風機故障對于煤粉鍋爐安全運行威脅也最大。在電站鍋爐三大輔機故障機組快速減負荷事件中，一次風機RB出現(xiàn)故障，即一次風壓低于送粉臨界值，導致鍋爐全爐膛燃料喪失的事故較多，因此保證一次風機本體可靠性，保證一次風機相關(guān)輔助設備的可靠性，保證一次風RB功能的完整性可靠性對鍋爐安全運行意義重大。風機葉片斷裂原因很多，有因為風機頻繁失速產(chǎn)生的應變力斷裂的[1]；長時間氣流脈動下葉片產(chǎn)生共振，葉片疲勞斷裂[2]；工藝缺口導致的應力集中斷裂[3]，葉片冶金質(zhì)量低造成的斷裂[4]等等，文章對某電廠一次風機的故障進行了分析，可以為同類事件提供借鑒。

1 系統(tǒng)及事件簡介

某廠機組容量350MW，配置有兩臺離心式一次風機，該風機葉輪為基建期間配置，未進行過更換。該風機未進行變頻改造。風機系統(tǒng)主要構(gòu)件：入口消音器、入口風箱、入口調(diào)節(jié)擋板、集流器、轉(zhuǎn)子（葉輪兩側(cè)各一個軸承座）、機殼、出口擋板門。

事件發(fā)生前，機組負荷一直在300MW穩(wěn)定運行，事件發(fā)生時，B一次風機電機速斷保護動作造成風機跳閘，RB保護動作，一次風壓快速降至2.60kPa。爐膛壓力最低降至-2721Pa，鍋爐MFT動作，首出原因“爐膛壓力低低”。

2 現(xiàn)場檢查情況

檢查發(fā)現(xiàn)B一次風機機殼變形，風機地腳螺栓松動，風機驅(qū)動端軸承座損壞，葉輪前盤局部斷裂，連同兩只葉片脫落，葉輪變形，見圖1和圖2，風機出口擋板門損壞。一次風機電機返廠檢測電機主軸彎曲0.07mm/m，電機冷卻風扇變形，其它無異常。

葉輪材質(zhì)復核：現(xiàn)場采用手持式合金分析儀（XL3t800型），對前盤、葉片及焊縫進行了材質(zhì)復核，前盤與葉片的材質(zhì)均為16Mn，焊縫成分與前盤和葉片材質(zhì)基本相同。

葉輪斷裂區(qū)硬度檢測：現(xiàn)場對前盤、葉片、焊縫及初始斷裂區(qū)進行了硬度檢測，硬度平均值分別為：前盤180HBHLD，葉片191HBHLD，焊縫160HBHLD，初始斷裂區(qū)斷面131HBHLD。

3 風機運行情況

（1）跳閘前，B一次風機驅(qū)動端軸承座振動值0.8mm/s，軸承溫度47.5℃；非驅(qū)動端軸承座振動值1.8mm/s（軸承振動報警值4.6 mm/s），軸承溫度55.15℃，軸承振動及軸承溫度均無異常波動；風機電流約111A，無異常波動；風機入口調(diào)節(jié)門開度75.4%；風機出口風壓約12.88kPa；風機各運行參數(shù)穩(wěn)定，風機運行正常。

（2）爐膛負壓在-100Pa～-40Pa波動。

（3）B一次風機跳閘前，軸承座振動值一直穩(wěn)定無異常，但在風機跳閘瞬間，風機驅(qū)動端軸承座振動值變?yōu)閴狞c，非驅(qū)動端軸承座振動值突升至20 mm/s（滿量程）。

4 歷史檢修情況

檢查3年前機組大修一次風機檢修臺賬及文件包，大修中對一次風機葉輪進行了清理打磨、宏觀檢查，未發(fā)現(xiàn)葉輪裂紋、變形、磨損等缺陷；臺賬有葉輪探傷抽檢記錄。

5 原因分析

5.1 機組跳閘原因分析

B一次風機葉輪損壞，風機轉(zhuǎn)動受阻，導致電機速斷保護動作，風機跳閘，RB保護動作，鍋爐自動執(zhí)行C磨煤機切除等一系列操作，但因B一次風機出口擋板損壞關(guān)閉不嚴，一次風由B一次風機入口處泄漏，導致一次風壓迅速降低，引發(fā)A、B磨煤機對應燃燒器送粉能力不足，燃料量急劇突然減少導致鍋爐燃燒不穩(wěn)，爐膛壓力迅速降低后達到鍋爐MFT保護動作值。

5.2 風機葉輪損壞的原因分析

（1）查閱B一次風機跳閘前軸承溫度、風機振動值、出口風壓、電機電流、風機入口擋板開度等，各運行參數(shù)穩(wěn)定，無異常；現(xiàn)場檢查風機消音器至風機入口風道完好，檢查風機內(nèi)部無異物，說明事件發(fā)生前風機運行是正常的、風機葉輪的損壞不是因突發(fā)的不穩(wěn)定工況影響及外來異物的打擊而發(fā)生。

（2）葉輪殘片的形貌分析：宏觀檢查，葉輪前盤外沿與葉片焊縫附近的斷面較為平整，裂紋由前盤外沿向里擴展，初始斷裂區(qū)長度約82mm，斷面存在明顯的銹蝕現(xiàn)象，其它斷裂位置存在明顯的撕裂形貌，可判定斷裂源區(qū)位于前盤與葉片焊縫附近的最外沿。

（3）葉輪的前盤、葉片、焊縫及初始裂紋區(qū)斷面硬度檢測結(jié)果分析：焊縫硬度低于母材硬度，特別是初始斷裂區(qū)的硬度值遠低于母材硬度（為母材硬度的68.5%），不符合要求。

（4）葉輪前盤開裂處受力分析：從風機葉輪結(jié)構(gòu)來看，在氣流的作用下，葉輪前盤外沿承受的氣動力最大，由于氣流為波動的，此處會存在較大的交變應力；從葉片與前盤的布置結(jié)構(gòu)與氣流流動方向分析，前盤承受的應力為拉應力，且外沿與葉片焊縫處的交變拉應力是最大的。另外，由于葉片比前盤略低，前盤與葉片焊縫處存在結(jié)構(gòu)變化，如果此處無圓滑過度、焊縫咬邊（對A一次風機探傷發(fā)現(xiàn)存在焊縫咬邊現(xiàn)象）等焊接缺陷會存在應力集中。

綜合以上分析認為，前盤與葉片焊接工藝執(zhí)行不當，使得焊縫處前盤外沿的強度大幅降低，一次風機運行中，此處存在較大的交變拉應力，在結(jié)構(gòu)變化（或缺陷處）易存在應力集中且強度較低的部位首先產(chǎn)生裂紋，隨著運行時間的延長，裂紋不斷擴展，當裂紋長度超過臨界值，失穩(wěn)而發(fā)生快速斷裂，從而造成前盤斷裂。

6 預防措施

（1）修復B一次風機本體，建議方案：更換地腳螺栓；風機葉輪輪轂利舊，制作葉輪；更換風機主軸；更換風機電機側(cè)軸承座、軸承；更換聯(lián)軸器；電機主軸校直，其他部位修復。

（2）對其他一次風機葉輪焊縫進行全面檢查、著色探傷（發(fā)現(xiàn)局部有咬邊現(xiàn)象，未發(fā)現(xiàn)其它異常，對咬邊進行了研磨圓滑過渡）。擇機全面檢查、探傷其他機組一次風機葉輪焊縫及其熱影響區(qū)。

（3）將“離心式風機的葉輪檢查、探傷”均要列入今后機組大、小修標準檢修項目，金屬監(jiān)督項目。

（4）加強入廠驗收：驗收項目要包括葉輪宏觀檢查、探傷，對板材及焊縫進行材質(zhì)復核；對板材、焊縫及熱影響區(qū)進行硬度抽檢。

（5）使用不同的最優(yōu)的檢測手段對風機進行靜態(tài)檢測，現(xiàn)場檢測和動態(tài)監(jiān)測[5]。

參考文獻：

[1]王展池.鍋爐一次風機葉輪損壞事故分析[J].電力安全技術(shù)，2011，13（07）：31-33.

[2]孫鋸江.CFB鍋爐一次風機葉輪前盤損壞原因分析[J]. 鍋爐技術(shù)，2010，41（01）：52-55.

[3]郭興貴，劉峰，李俠.鍋爐一次風機葉片斷裂的分析與研究[J]. 華北電力技術(shù)，2005（08）：8-13.

[4]鄭國，李濤，牛海峰等.600MW機組風機葉片斷裂分析[J].黑龍江電力技術(shù)，1999，21（02）：40-41.

[5]劉雙，胡斌，賀鑄等.風機葉片缺陷的無損檢測方法比較與評價[J]. 無損檢測，2015，37（03）：47-51.

作者簡介：張小鋒（1973-），男，陜西合陽人，工學學士，工程師，主要研究方向：大型火電機組生產(chǎn)管理研究。endprint