660 MW機組送風(fēng)機葉片斷裂原因分析

胡慶權(quán)，張華聰，高立發(fā)

(重慶合川發(fā)電有限公司，重慶 401536)

某公司2×660 MW機組鍋爐送風(fēng)機由上海鼓風(fēng)機廠有限公司制造，為動葉可調(diào)軸流風(fēng)機。動葉可調(diào)軸流風(fēng)機主要由吸入煙風(fēng)道(進氣箱)、擴壓筒、葉輪、主軸承箱、剛撓性膜片聯(lián)軸器和操作機構(gòu)等部件組成，輔助設(shè)備包括液壓潤滑站、罩殼和消聲器等。鍋爐風(fēng)機型號為FAF21.1-10-1，風(fēng)機為單級共14片葉片。風(fēng)機效率84.47%，軸功率1 493 kW，轉(zhuǎn)速1 490 r/min，全壓5 424 Pa，流量237 m3/s。

1 事件過程

2020年1月9日08:00，4#機組負荷400 MW，A送風(fēng)機動葉開度39%左右，電流58 A左右；B送風(fēng)機動葉開度35%左右，電流53 A左右。監(jiān)盤人員發(fā)現(xiàn)B送風(fēng)機前軸承振動由1.3 mm/s升至4.3 mm/s，后軸承振動由1.6 mm/s升至5.6 mm/s。值長立即通知相關(guān)人員就地檢查，運行人員檢查發(fā)現(xiàn)B送風(fēng)機內(nèi)部有異音，就地實測最大振幅為41 μm，而外部委托單位檢查后回復(fù)，B送風(fēng)機運行正常。運行車間要求加強對B送風(fēng)機的監(jiān)視和檢查。

1月10日07:56，發(fā)現(xiàn)4#爐B送風(fēng)機振動呈增大趨勢，異音也較之前有所增加；23:20 4#爐B送風(fēng)機停運轉(zhuǎn)檢修，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)有4片動葉損壞。

1月11日10:50，動葉更換完畢后，B送風(fēng)機并入系統(tǒng)運行，與葉片斷裂前相比發(fā)現(xiàn)，在動葉開度相同的情況下，B送風(fēng)機電流高10 A左右，振動也有所增大，在3.5 mm/s左右。

1月13日00:50，監(jiān)盤人員發(fā)現(xiàn)4#爐B送風(fēng)機有“后軸瓦振動大”報警信號發(fā)出，DCS顯示振動6.5 mm/s(圖1為B送風(fēng)機故障時參數(shù))。就地檢查發(fā)現(xiàn)B送風(fēng)機內(nèi)部有明顯異音，就地振動大，監(jiān)盤人員懷疑葉片再次斷裂，立即停運B送風(fēng)機。03:00 4#爐B送風(fēng)機停運后經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)多塊葉片損壞。

圖1 B送風(fēng)機故障時參數(shù)

1月14日，B送風(fēng)機經(jīng)吊蓋檢查發(fā)現(xiàn)，14塊葉片均不同程度受損。全部葉片更換完畢并將B送風(fēng)機并入系統(tǒng)后，其運行正常。

2020年4月25日18:45，4#爐B送風(fēng)機突然振動大跳閘(圖2所示為B送風(fēng)機故障時參數(shù))，鍋爐RB動作，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)風(fēng)機1塊葉片葉柄軸斷裂被甩出，2塊葉片根部螺栓斷裂甩出， 其余葉片、風(fēng)機導(dǎo)葉及均流板均不同程度受損。

圖2 B送風(fēng)機故障時參數(shù)

2 設(shè)備損壞情況

2020年1月10日23:20，4#爐B送風(fēng)機停運后檢查發(fā)現(xiàn)，有4片動葉(送風(fēng)機共14片動葉)損壞，如圖3所示。

圖3 送風(fēng)機4片損壞動葉

2020年1月14日，B送風(fēng)機經(jīng)吊蓋檢查后發(fā)現(xiàn)，14塊葉片均不同程度受損，如圖4所示。

圖4 送風(fēng)機14片損壞動葉

2020年4月25日23:20，4#爐B送風(fēng)機停運后經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)有14片動葉損壞，風(fēng)機1塊葉片、葉柄斷裂，風(fēng)機導(dǎo)葉及均流板均不同程度受損(圖5)。4#爐B送風(fēng)機轉(zhuǎn)子返廠修后回裝，試轉(zhuǎn)正常。

圖5 風(fēng)機導(dǎo)葉及均流板不同程度受損

3 事件原因分析

3.1 第一次葉片損壞原因分析

1月9日08:00，B送風(fēng)機振動突增后，此時葉片疑似有斷裂，而現(xiàn)場人員沒有引起足夠的重視，沒有及時停運檢查，B送風(fēng)機“帶病”運行38 h，加劇了B送風(fēng)機葉片損傷。

查閱近期B送風(fēng)機振動、電流及風(fēng)壓曲線，未發(fā)現(xiàn)失速現(xiàn)象。檢修人員就地對B送風(fēng)機動葉進行開關(guān)試驗，各動葉角度基本一致，基本排除葉片斷裂為“失速”造成。

檢修人員對風(fēng)機內(nèi)部進行檢查，未發(fā)現(xiàn)異物，可以排除葉片斷裂是異物撞擊造成。

第一次停運后對所有葉片的緊固螺帽、葉柄支持軸承螺帽進行檢查，均未發(fā)現(xiàn)異常，據(jù)此判斷不是由葉片與輪殼碰磨造成葉片斷裂。

從葉片斷口位置來看(1塊葉片斷口在1/3位置，另外3塊在葉片頂部)，初步判斷原始斷口為1/3位置處葉片，此葉片或存在制造缺陷或疲勞損壞，斷裂的葉片與另外3塊葉片產(chǎn)生碰撞造成損傷。

3.2 第二次葉片損壞原因分析

B送風(fēng)機第二次停運后，現(xiàn)場人員對風(fēng)機主軸承解體進行檢查，未發(fā)現(xiàn)異常，因此可以推斷葉片斷裂不是由葉片與輪殼碰磨造成的。

第一次更換動葉時，現(xiàn)場人員對剩余葉片僅通過肉眼觀察有無損傷，沒有做無損檢測，個別葉片可能存在損傷未被發(fā)現(xiàn)。B送風(fēng)機運行時損傷的葉片斷裂，而斷裂的葉片與其他葉片產(chǎn)生碰撞(風(fēng)機輪殼下部存在明顯碰磨痕跡)，造成14片葉片均有不同程度損壞。

3.3 第三次葉片損壞原因分析

風(fēng)機損壞的原因：1塊葉片的葉柄發(fā)生斷裂，斷裂葉片及葉柄甩出，撞擊風(fēng)殼產(chǎn)生的碎片，在風(fēng)機高速旋轉(zhuǎn)運行中，沖撞其余葉片，造成其余葉片損壞。

葉柄發(fā)生斷裂的原因：從葉柄斷面看，葉柄表面存在初始缺陷，在運行中受離心力及風(fēng)機負荷變化的影響，初始缺陷逐漸擴大，當擴大到斷面的80%～90%時，葉片和葉柄發(fā)生突然斷裂并飛出 。由于該葉柄初始缺陷位置在輪轂內(nèi)部且貫穿平衡塊處，所以常規(guī)檢修時風(fēng)機不易發(fā)現(xiàn)該缺陷。

3.4 其他風(fēng)機檢查情況

4#爐B側(cè)送風(fēng)機出現(xiàn)葉片斷裂后，對A送風(fēng)機、一次風(fēng)機及引風(fēng)機葉片進行全面著色滲透檢查，未發(fā)現(xiàn)異常，檢查情況如圖6所示。

圖6 全面著色滲透檢查

3#爐風(fēng)機進行全面著色滲透檢查，發(fā)現(xiàn)3#爐B送風(fēng)機葉片出現(xiàn)異常，檢查情況如圖7所示。在兩塊葉片的1/3位置，可發(fā)現(xiàn)葉片表面裂紋。

圖7 3#爐B送風(fēng)機異常葉片

3.5 葉片損壞原因分析

4#爐B送風(fēng)機葉片的斷口位置和3#爐B送風(fēng)機葉片發(fā)現(xiàn)的缺陷，可證明此類鑄鋁葉片存在制造缺陷，運行中疲勞損壞造成斷裂，斷裂的葉片與其他葉片產(chǎn)生碰撞造成損傷。葉片多次發(fā)生斷裂，對葉柄表面存在的初始缺陷產(chǎn)生影響，使初始缺陷逐漸擴大，當缺陷逐漸擴大到斷面的80%～90%時，葉柄發(fā)生突然斷裂飛出，造成風(fēng)機葉片全部損壞。

4 采取的防范措施

通過對風(fēng)機葉片斷裂的原因進行分析，采取以下防范措施。

首先，機組運行期間，加強風(fēng)機參數(shù)監(jiān)視和就地檢查，發(fā)現(xiàn)異常及時分析處理[1]。

第二，重新選擇送風(fēng)機葉片材料和制造工藝，如采用航空鍛鋁新工藝制造葉片，采用鋼制葉片等。

第三，利用機組檢修機會對葉片監(jiān)督檢測，定期對葉片及葉柄進行探傷檢查，對發(fā)現(xiàn)的缺陷及時修復(fù)或更換葉片。風(fēng)機檢修重點進行以下項目檢查：風(fēng)機葉片積灰清理、完整度檢查；葉片根部與輪轂結(jié)合面雜物清理；葉片開關(guān)傳動檢查；葉片傳動機構(gòu)檢查等[2]。

第四，及時儲備備用葉片，在風(fēng)機葉片發(fā)生異常時能夠及時搶修，避免風(fēng)機長時間單側(cè)運行，從而影響機組負荷和安全運行。

最后，在風(fēng)機轉(zhuǎn)子及葉片損壞嚴重時返廠檢修，更換所有風(fēng)機葉片、葉柄軸 、軸承、螺栓及密封組件，并對風(fēng)機進行動平衡試驗[3]。

5 結(jié)論

風(fēng)機葉片運行工況相對惡劣，運行中有持續(xù)應(yīng)力作用，易發(fā)生疲勞損壞，對磨損嚴重或有缺陷的葉片要及時修理、更換，防微杜漸。本次660 MW機組風(fēng)機葉片斷裂原因分析和發(fā)生風(fēng)機葉片斷裂后采取措施，為加強風(fēng)機葉片修復(fù)質(zhì)量監(jiān)督及每次等級檢修中對葉片的檢查提供了寶貴的經(jīng)驗。