打通一矿西风井1主通风机叶轮损坏事故分析报告

1、打通一矿西风井1号主通风机叶片断裂事故分析报告一、概况打通一矿西风井于2003年建成投入运行，初期安装2台BD-II-10-NQ27型对旋主通风机(2X250kW)。2006年10月对西风井进行了改造，将原来的27号风机更换为2台BD-II-10-NO33(LP)型对旋主通风机(2X500kW),使用至今。二、2006年至今西风机出现的问题及处理情况BD-II-10-NO33(LP)型对旋主通风机在2006年安装时，就出现叶轮间隙小的问题，经厂家技术人员、安装人员反复调整，叶片与外壳最小间隙为1.3mm。2007年11月24日上午11：30时，西风井1号主通风机运行过程中，一、二级叶片突然全部

2、断裂，一、二级叶片全部更换并与旧轮毂配对作平衡试验后，恢复运行。2010年5月检修时发现1号机叶轮的最小间隙仅0.75mm，2号机叶轮的最小间隙仅0.95mm，不能保证安全运行。2010年5月26日厂家技术人员到现场对1号机进行处理后，最小单侧间隙增大到1.00mm，仍然不能满足煤矿在用主通风机系统安全检测检验规范AQ1011-2005对于通风机主机叶片间隙均不得小于2.5毫米规定。2011年35月对西风井BD-II-10-NO33(LP)型对旋主通风机进行了安全改造，内容为：更换1号风机一、二级叶轮总成，更换1、2号风机的筒圈。其中1号风机一、二级叶轮更换于2011年5月完成。2012年12

3、月4日，在对1号主通风机进行大修时，发现一级轮毂腹板上的叶片安装孔边缘出现大量裂纹，部分裂纹沿腹板厚度方向已经穿透，不能继续使用。处理方案：将2011年换下来的旧轮毂与一级叶片配装，恢复风机临时备用；同时厂家赔偿1个新的一级轮毂，对2011年换下来的旧一级叶片进行修复、更换，然后与厂家赔的轮毂配装整体作动平衡试验，完成后将临时备用的一级叶轮更换下来，再将换下来的一级叶轮送厂家作动平衡试验，完成后运到现场备用。2013年9月新轮毂与旧叶片（4片新叶片）到货，并更换了1号机上临时组合的一级叶轮。2013年10月将临时组合的一级叶轮送厂家处理，至今未返回。三、事故经过2014年4月18日西风井1号风

4、机运行、2号风机备用。12点59分当班司机代世琼突然听到一声巨响，便跑出来观察情况，发现1号风机出风口处有很大的粉尘，风机晃动的厉害、声音也很大，司机立即停止1号风机，并向调度室、队上汇报，申请倒机。在13点07分2号风机启动完毕，司机向调度室、队上汇报倒机情况。四、事故现场勘查情况1、风机一、二级叶片全部损坏。其中一级共14片叶片，全部在距轮毂表面200mm左右的位置断裂，几乎所有一级叶片的断裂面都有旧裂纹痕迹（即疲劳裂纹），部分叶片疲劳裂纹面积超过断裂面积的二分之一，并且疲劳裂纹在迎风侧与叶片表面贯通；二级共11片叶片，其中4片（相邻）残留长度500mm以上，3片沿轮毂表面断裂，其余4片2

5、00mm左右。2、一级轮毂腹板上的叶片安装孔边缘发现7条裂纹。二级轮毂未发现裂纹。3、二级电动机轴弯曲，径向圆跳动达5.2mm；一级电动机轴径向圆跳动仅0.03mm，未弯曲。4、部分电动机支承架有擦伤、与筒体连接处焊缝开裂。5、电动机轴承进、出油管损坏，观察孔有机玻璃损坏，刹车装置拉杆损坏。6、两级铜圈均无擦痕，各连接螺栓均无松动，通道也没有硬物。五、事故原因分析（一）可能导致叶片断裂的因素1、叶片的材质缺陷该风机叶片为铸造铝合金材质，在铸造、热处理过程中可能出现夹渣、气孔、元素偏析、微裂纹、晶粒粗大、韧性差等缺陷，从而导致应力集中、机械性能降低，引起叶片断裂。2、金属疲劳金属材料在长期交变载

6、荷作用下发生破坏称为疲劳。疲劳破坏的主要形式为疲劳断裂，疲劳断裂往往从零件表面的细微裂纹开始，随着应力循环次数继续增加，微裂纹逐渐扩展，直至剩余有效截面突然断裂。疲劳破坏是机械零件失效的主要原因之一，在机械零件失效中大约有80%以上属于疲劳破坏。疲劳破坏前没有明显的变形，裂纹的形成又不易及时发现，所以疲劳破坏经常表现为突然发生。影响疲劳强度的主要因素如下：（1）材质对于钢、铸铁等材料，当应力循环中的最大应力值低于某一极限值时，经过无限多次应力循环也不断裂，这一限值称为材料的疲劳极限。对于硬铝、镁合金等有色金属，即使应力循环中的最大应力值很低，经过一定应力循环次数后也会断裂，而无真正的疲劳极限。

7、对于这类材料，往往根据构件使用寿命的要求，取在某一规定应力循环次数下材料所能承受的最大应力值作为名义疲劳极限。（2）应力循环中的最大应力值构件在工作过程中由于工况变化、故障等原因，可能使构件承受的最大应力增大，从而导致构件的疲劳强度(使用寿命)降低。(3) 应力循环的频率构件在工作过程中，由于支撑件的刚性不足、连接紧固件松动、安装质量等因素可能使构件的振动变大，应力循环的频率增大，单位时间内的应力循环次数增加，从而导致构件的疲劳强度(使用寿命)降低。(4) 表面质量构件表面越粗糙或有伤痕，都会引起应力集中，加速疲劳微裂纹的形成，疲劳强度降低。(5) 冶金缺陷构件内部的杂质、气泡等冶金缺陷，都会

8、引起应力集中，且构件的尺寸越大，其内部的杂质、气泡等冶金缺陷就越多，疲劳裂纹就越容易产生。(6) 工作环境的影响在腐蚀环境中的构件，由于腐蚀介质的侵蚀能促使疲劳裂纹的形成和扩展，因此，疲劳强度明显降低。3、安装质量煤矿安装工程质量检验评定标准(MT5010-95)中只规定了轴流式通风机、离心式通风机的安装质量标准，这两种风机结构复杂，对电动机至叶轮的传动精度要求高，都采用水平安装，因此对安装质量要求较高。对旋式通风机结构完全不一样，其叶轮直接安装在电动机轴上，无传动部分，并且风机的所有零部件(包括电动机、叶轮)均通过风机的钢结构筒体连接成一个整体，通过筒体下方的行走轮支撑在钢轨、基础上。厂家允

9、许对旋式风机的最大安装倾角为10度，其安装质量主要通过风机的加工、制造精度来保证。西风井的对旋式通风机采用水平安装方式，事故后，对1号风机的安装质量检测数据如下：在一、二级连接紧固的情况下，一、二级电动机轴水平度均为0.1/1000，达到了煤矿安装工程质量检验评定标准规定值；一、二级电动机同轴度上下偏差0.8mm、左右偏差0.1mm，该偏差由厂家的加工精度保证。（二）本次叶片断裂的原因分析结合现场勘查情况、可能导致叶片断裂的因素以及1、2号通风机的使用情况综合分析，初步判断本次叶片断裂的原因为：轮毂产生裂纹，叶根的连接刚度降低，引起叶片振动增大，导致叶片疲劳断裂。具体分析如下：叶片是一个根部固

10、定、端部自由的弹性杆件，由于周围气流不均匀对叶片产生激振力使叶片振动。轮毂的面板、叶柄座、腹板共同构成叶片根部的支撑结构，工作过程中，叶片的径向载荷、轴向载荷均通过面板、叶柄座传递到腹板上。腹板上叶片安装孔靠外侧的两个角恰好是应力集中点，轮毂加工质量差、残余应力过大，工作过程中就在应力集中点产生裂纹。裂纹产生后，叶根的连接刚度降低，叶根会有一部分参与振动，在风流对叶片的轴向载荷作用下，叶片振动的幅度增大，即叶片承受的应力循环中的最大应力增大，当应力循环次数达到一定值时，在叶片承受拉应力的一面（即迎风侧）开始出现极细微的裂纹；随着时间推移，裂纹逐渐向深部扩展（气流中的粉尘逐渐侵入裂纹中形成断裂后

11、所见的黑色旧裂纹）；当裂纹扩展到一定程度时，剩余有效截面最小的一片叶片因不能继续承受工作载荷而突然断裂，断裂瞬间叶轮失去平衡，剩余叶片承受的载荷急剧增大，于是在很短的时间内，剩余叶片也相继沿疲劳裂纹扩展的截面断裂，所有一级叶片疲劳裂纹扩展的截面均位于距轮毂表面200mm左右的位置。二级轮毂未发现裂纹，其叶片的断裂主要是一级叶片断裂后，碎片随风流撞击二级叶片，二级叶片就在薄弱部位断裂（要么沿疲劳裂纹断裂、要么在撞击点断裂），因此二级叶片断裂后的残留部分不规则。正因为二级叶片残留部分不规则引起的巨大离心力以及撞击阻力导致了二级电动机轴弯曲达5.2mm,而一级叶片在很短的时间内相继沿同一圆周截面断裂

12、，一级叶轮的整体平衡未受到大的破坏，因此一级电动机轴未发生弯曲。六、1号风机恢复安装、试车的情况2014年5月12日下午，返厂修理的1号风机一、二级电机返回，5月13日电机安装完成，并对电机轴径向圆跳动、电机轴水平度、电机绝缘等进行了检测，进行了空电机试运行。2014年5月14日早上，轮毂、叶片返回，于5月15日下午回复安装完成，进行了短路风试运行，并对筒体进行找平、找正，对叶片顶端与筒壳间隙进行测量。2014年5月16日14时15分停2号风机，14时18分启动1#风机运行，运行正常。恢复安装及试车各数据如下：1、电机轴径向圆跳动（单位：mm）一级电机21.93二级电机2、电机轴水平度0.1/

13、1000。3、一、二级电机同轴度（单位：mm）图中数据为视线顺着箭头方向4、电机绝缘阻值空电机带系统一级电机二级电机一级电机二级电机绝缘阻值（MQ）1000200200100+0.05、叶片顶端与筒壳间隙（单位：mm）9一级叶片二级叶片6、风机筒体支撑架垫板厚度（单位：mm）此数据排列为从筒体前端向扩散口方向0000305500000584510007、试运行情况试车状态负压(mmH2O环境温度(°C)电动机轴承温度(C)电动机定子温度(C)电压(KV)电流(A)电机功率(KW)一级二级一级二级1234123456级级级级空电机2036.728.642.828.24747484647486.13333短路风18262229245150503838386.362.547445250正常运行18917343043307575757778786：空电机试运行2小时55分，短路风试运转40分钟，表中为空电机、短路风试运转停机前数据，正常运行数据为1#机正常运行5小时的数据。七、防范措施及建议(一)防范措施1、每月倒机对轮毂、叶片进行目测检查，尽早发现轮毂、叶片表面的宏观裂纹，防止事态扩大。2、寻求便于现场操作、判断的无损探伤技术，每半年对轮毂、叶片进行一次探伤检查，及时发现轮毂、叶片表面的微裂纹及内部裂纹，以便及时米取措施。3、配置主通风机振动在线监测