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，經現場檢查、歷史數據對比分析、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行不當，使得葉片在焊縫處產生裂紋，隨著時間延長裂紋失穩而發生快速斷裂。又因為故障風機出口門故障無法關嚴，導致一次風泄漏，一次風壓低于臨界值，爐內粉量驟減，爐膛壓力低保護動作。

關鍵詞：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生的應變力斷裂的[1]；長時間氣流脈動下葉片產生共振，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。風機系統主要構件：入口消音器、入口風箱、入口調節擋板、集流器、轉子（葉輪兩側各一個軸承座）、機殼、出口擋板門。

事件發生前，機組負荷一直在300MW穩定運行，事件發生時，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 現場檢查情況

檢查發現B一次風機機殼變形，風機地腳螺栓松動，風機驅動端軸承座損壞，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。

葉輪材質復核：現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復核，前盤與葉片的材質均為16Mn，焊縫成分與前盤和葉片材質基本相同。

葉輪斷裂區硬度檢測：現場對前盤、葉片、焊縫及初始斷裂區進行了硬度檢測，硬度平均值分別為：前盤180HBHLD，葉片191HBHLD，焊縫160HBHLD，初始斷裂區斷面131HBHLD。

3 風機運行情況

（1）跳閘前，B一次風機驅動端軸承座振動值0.8mm/s，軸承溫度47.5℃；非驅動端軸承座振動值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；風機入口調節門開度75.4%；風機出口風壓約12.88kPa；風機各運行參數穩定，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定無異常，但在風機跳閘瞬間，風機驅動端軸承座振動值變為壞點，非驅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，未發現葉輪裂紋、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，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，各運行參數穩定，無異常；現場檢查風機消音器至風機入口風道完好，檢查風機內部無異物，說明事件發生前風機運行是正常的、風機葉輪的損壞不是因突發的不穩定工況影響及外來異物的打擊而發生。

（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，初始斷裂區長度約82mm，斷面存在明顯的銹蝕現象，其它斷裂位置存在明顯的撕裂形貌，可判定斷裂源區位于前盤與葉片焊縫附近的最外沿。

（3）葉輪的前盤、葉片、焊縫及初始裂紋區斷面硬度檢測結果分析：焊縫硬度低于母材硬度，特別是初始斷裂區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：從風機葉輪結構來看，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構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構變化，如果此處無圓滑過度、焊縫咬邊（對A一次風機探傷發現存在焊縫咬邊現象）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，在結構變化（或缺陷處）易存在應力集中且強度較低的部位首先產生裂紋，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，失穩而發生快速斷裂，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；更換風機電機側軸承座、軸承；更換聯軸器；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（發現局部有咬邊現象，未發現其它異常，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。

（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復核；對板材、焊縫及熱影響區進行硬度抽檢。

（5）使用不同的最優的檢測手段對風機進行靜態檢測，現場檢測和動態監測[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，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，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，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，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：大型火電機組生產管理研究。endprint