静叶可调轴流风机叶片断裂原因分析及对策Microsoft Office Word 文档 (3)

1、第一篇 G158/260型静叶可调轴流式风机叶片断裂原因分析及对策潘承基作者单位：中电投贵州金元集团股份有限公司纳雍发电总厂：生产技术部【摘 要】 纳雍发电厂一厂G158/260型静叶可调轴流式引风机增熔技改后曾多次发生叶片断裂事故，经多项试验结果分析，其直接原因是引风机叶片振动的交变应力引起疲劳损伤断裂；并提出了防止该型风机断叶片的改进措施。【关键词】 静叶可调轴流式风机 叶片断裂 疲劳损伤 1 概述纳雍发电厂一厂4×300MW机组锅炉引风机于2010年5月进行增容及电机变频改造，采用变频静调的技术改造方案。配用上海鼓风机厂有限公司生产的G158/260型静叶可调轴流式风机，驱动装

2、臵为无锡哈电电机有限公司生产的YPKK710-6 型电动机，该型风机性能参数见表1。表1 引风机性能参数一厂3号炉引风机于2010年10月18日投入运行，2011年3月31日，3号炉B引风机叶片断裂，断裂时运行时间约为4650h；4月5日，3号炉A引风机叶片断裂，断裂时运行时间约为4780h；叶片断裂均是从进气边距离焊缝20mm处开始出现裂缝，沿焊缝开裂至叶片宽度的三分之二处后，由于剩余母材无法承受叶片离心力而导致叶片撕裂（见图1、图2）。多次检查2号炉A及4号炉A、B引风机叶片均发现裂缝（见图3、图4）。图1 3号炉A引叶片损坏 图2 3号炉B引叶片损坏图3 2号炉A引叶片裂缝 图4 4号炉

3、B引叶片裂纹 2 .试验内容及分析结果为分析引风机发生叶片断裂事故原因，防止叶片再次断裂，进行了以下几个方面试验研究。2.1 叶片强度计算根据引进技术德国TLT公司技术规范，安全系数高于2.5即可，本次设计强度安全系数达到2.72，符合TLT的设计要求，分析结果见表2。表2 叶片的有限元设计强度计算2.2 叶片材料成分分析利用光谱仪对叶片材料进行了分析，符合国家GB/T 3274-2007 碳素结构钢和低合金结构钢 热轧厚钢板和钢带要求，分析结果见表3。表3 叶片材料成分分析2.3 材料强度试验对叶片进行了机械性能分析，共取样四块，从测试数据看材料符合强度符合国标要求，分析结果见表4。表4 机

4、械性能测试数据2.4 金相分析从断口位臵截取试样，试样经过常规机械制样，化学抛光，4硝酸酒精擦蚀。试样在不同截面的金相照片显示，珠光体带状分布，即Mn，Si等元素在珠光体组织中偏析，并在珠光体和铁素体边界上聚集，带状组织会降低钢的力学性能，塑性降低，会产生应力集中，有明显的各向异性；在某些方向上使用，强度会大大降低。叶片使用了15MnV钢，金相照片显示珠光体带状分布，是热轧钢板的典型组织，而且焊缝的热影响区为粗晶区，珠光体扩散、脆性的碳化物弥散发布，铁素体晶界消失，晶粒有长大现象，是叶片焊接接头中塑性最差的部位，具有一定的热应变脆化倾向，焊接过程中热应力产生塑性变形使位错增殖，同时诱发氮碳原子

5、快速扩散聚集在位错区，出现热应变脆化，叶片承受不住应力的作用均在热影响区发生断裂。金相照片及分析结果见表5。表5 金相照片及分析结果2.5 叶片频率计算对风机叶片进行了有限元频率计算，风机叶片的最高传输频率为297Hz，叶片的一阶频率为125Hz，由于风机采用变频调节，因此在风机向下调速的情况下，在一个转速范围内，叶片的传输频率将与叶片发生共振，引起风机的振动变大，风机长时间运行在此工作转速下就会对叶片产生破坏。根据现场引风机运行时记录的轴承振动历史趋势分析，风机调速频率在36Hz到41Hz的范围内，风机频繁的发生异常振动，振动值增长近七倍，因此可认定36Hz41Hz的区域即是风机的共振区域。

6、3叶片断裂原因分析从叶片断口分析，焊缝热影响区珠光体呈带状离散分步，断口有很多微裂纹，裂纹沿珠光体铁素体交界处开裂，存在明显的疲劳贝壳纹，属于疲劳失效的典型断口，主要原因是引风机叶片振动的交变应力导致了疲劳断裂。引风机自投运以来，使用变频运行，调速频率在3641Hz范围的共振区域内长期运行，对风机本身而言，轴流风机QH性能曲线左半部具有一个马鞍形的区域，风机在曲线临界点以左工作时，即在不稳定区工作，此时会出现失速或喘振。此外，引风机的出口压力有大幅度波动的情况，显示风机存在抢风（甚至喘振）的情况，在此情况下，叶片会承受一个较大的额外脉动力，加大叶片疲劳程度。4. 防范措施4.1增大引风机叶片安

7、全裕度。采用25mm厚度的变截面叶片替换原有叶片，从有限元强度计算来看强度，最大应力有106MPa,安全系数可以提高30%，进一步增加叶片的安全系数。更换变截面叶片后的强度计算见表6。表6 变截面叶片后的强度4.2 增加引风机叶片的刚度。在叶轮上增加加强圈，连接所有叶片，从而减小叶片振幅，减小疲劳应力，使共振对风机疲劳影响降低到最低。其具体方案是在每片叶片的进气侧向上300mm边缘均开R15的圆孔，用直径3 0的#20圆钢按中径2000弯制成圆环后嵌入圆孔内，采用结057或577焊条进行焊接。4.3 引风机做全转速试验，列出风机的共振区域，在风机运行时快速通过这些共振区域，尽可能使引风机的运行点离开失速区有足够的距离。如遇到风机实际运行工况与共振区域重合，通过静叶和变频器联合调节来避开共振区域（调大静叶可降低运行所需要的转速，关小静叶可提高运行时所需要的转速）。此外，风机叶片断裂为低应力疲劳损坏，因此叶片在彻底断裂前会有一个裂缝扩展的过程，在这个过程中，风机的振动会明显增大。因此如遇不明原因的振动突变，立即停运风机检查。引风机叶片断裂的直接原因是振动引起叶片疲劳损伤断裂，而引风机长期