230t-h循环流化床锅炉一次风机叶片断裂的分析与改造

230t h230t h 循环流化床锅炉一次风机叶片断裂的分析与改造循环流化床锅炉一次风机叶片断裂的分析与改造 摘要 本文以吉林省宇光能源股份有限公司长春高新热电分公 司 6 号炉一次风机叶片断裂事故为例 从循环流化床锅炉一次风 机的运行状况 性能参数 结构特点 受力状况等方面着手分析 叶片产生断裂的原因和力的作用机理 提出了防止此类事件再次 发生的方法和手段 为循环流化床锅炉设备的运行和维护提供依 据 关键词 一次风机 循环流化床 锅炉 叶片 断裂 吉林省宇光能源股份有限公司长春高新热电厂三期机组为两台 25mw 汽轮发电机组 锅炉为太原锅炉厂设计制造的两台 230t h 高 温高压 单汽包横置式循环流化床锅炉 6 号 7 号锅炉分别配置 一台离心式一次风机 风机厂家为鞍山风机二厂 型号是 qag 9no16 5f 风机主要特性参数见表 1 6 号炉一次风机自 2010 年 10 月份投产以来 一直运行平稳 振 动幅值一般都在 0 03 mm 以下 2011 年 11 月 5 日 运行副司炉在 巡检中发现一次风机的振动幅值从 0 05 mm 一直呈上升的趋势 最后达到 0 10 mm 振动速度达 6 8 mm s 停机检查发现靠自由 端的叶片焊口处有约 20 mm 长的断裂 随后 又对 7 号炉一次风 机叶片进行检查 发现 7 号炉一次风机焊缝处也有轻微裂纹 振 动稍有增加 裂纹的形状 位置和 6 号炉一次风机很相似 虽然 未影响生产 但也必须及时处理 经停机检查发现 前盘与叶片 进口端处的裂纹为继发性裂纹 因该叶片的弯曲变形 造成叶片 间流道变小 甚至堵塞 引起失衡 振动加大 且叶片表面光滑 没有被撞击的痕迹 1 影响风机运行的不利因素 1 由于风机各叶片间存在安装误差 安装角不完全相同 通过 风机的气流流场不均匀 造成风机叶片受力不均 也造成风机运 行工况的不稳定 这样长时间的处于不稳定运行状态是导致叶片 焊缝处疲劳变形的重要原因之一 2 进出风机的风在叶片前后存在压差 在其他条件相同的情况 下 其压差的大小决定于冲角 即进口气流相对速度的方向与叶 片安装角之差 的大小 在临界冲角值以内 压差大致与叶片的 冲角成正比 在长期压差的作用下 叶片焊缝处很容易产生变形 断裂 3 转速高 叶片宽 叶片工作应力高 叶轮的比转速小 ns 28 属于高压头风 为保证流动效率 降低噪音 叶片前 盘外径 d3 1860 mm 是叶片外缘直径 d2 1650 mm 的 1 13 倍 前叶片流道较短 流动中的气流分离现象在所难免 因此 被迫 采用较宽的叶片以降低气流速度 风机在 1450 r mi 的高转速下 由于叶片的加宽 导致叶片工作应力相应上升 局部受力增大 4 叶片设计厚度值太薄 叶片的厚度为 4mm 相对于较高的风 压 处于全压状态时 较高的转速造成的离心力较大 当气流不 稳定时 由于流固耦合使风机与气流两不同介质之间的相互作用 固体会在流体载荷作用下会产生变形 使叶片疲劳损坏 从而造 成叶片断裂 2 叶片运行工况及强度分析 1 叶片设计参数与实际工作参数的对比分析风机按最大连续出 力运行时 dcs 盘显示档板开度约为 60 65 设计风量为 48 17 m3 s 实际风量为 35 m3 s 为额定风量的 72 66 其设计值均 可以满足达到最大连续出力时的工作值 表明叶片因不稳定旋转 而导致风机进入旋转失速区的可能性很小 2 叶片应力数学计算 由文献 3 得到旋转叶片的运动方程为 mc v b t dv qc qp 1 式中 mc 叶片总质量矩阵 节点位移 qc 叶片的离心力载荷向量 qp 叶片表面上的气流力向量 设 k v b t dv 式 1 可改写为 k mc qc qp 2 k k0 k 式中 k 叶片总刚度矩阵 其中 k0 描述了总刚度矩阵的线性部分 即认为构件受力时 位移很小 刚度矩阵与 无关 而 k 则描述了总刚度矩阵中与 的非线性部分 因实际构件受力时 位移会对总刚度矩阵产 生影响 理论上 总刚度矩阵总是非线性的 由于 k 取决于 代入式 2 后显然不能简单地用线性方 程组求解 但该一次风机叶片为 15mnv 材质 为优质碳素钢 k 可忽略不计 因此 k 只取决于 k0 可简单的线性求解得出最大 应力值为 95 8 mpa 由试验得出叶片最大应力点出现在叶片内轮 毂的根部 根部叶片的厚度应为 4 15 mm 3 对叶片焊接质量进行分析 由于断裂出现在焊缝边缘 因此 完全可以排除因焊接质量造成的叶片断裂 3 结论及改进措施 综合以上分析 可以得出以下结论 并根据实际情况加以改造 1 因叶片设计叶片厚度仅为 4 mm 因此 叶片设计厚度太薄是 造成 6 号炉一次风机叶片焊口处断裂的最主要原因 叶片的高周期低交变应力疲劳在叶片断裂中也起到了一定的作 用 2 改进措施 将风机叶片进行返厂处理 在叶片根部增设加 强筋 以提高风机叶片的强度 防止叶片再次出现断裂现象 对于新增设备 要认真做好设备的验收工作 对设备各项参数进 行校核 以防设备在运行过程中出现不可预料的故障 影响生产 督促运行人员加强对各台炉一次风机的巡检工作 加大巡检力 度 发现振动增大 立即停止设备及时进行处理 以免造成停炉 事故 给企业带来不必要的损失 参考文献 1 郭兴贵