叶片断裂

叶片断裂（精选七篇）

叶片断裂 篇1

从瑞士曼公司引进两套AV90-15电机拖动的全静叶可调轴流高炉鼓风机组, 电机为ABB制造的无刷励磁同步电机, 额定功率44MW, 转速1500r/min, 采用变频启动方式。控制系统硬件采用日本横河产品, 由成都西部工程公司组态。该风机具有节能、高效及快速启动等特点, 运行中的风机一旦出现问题, 另一台备用风机在热备状态下, 可在5min内迅速启动, 保证高炉供风。

2011年4月, 风机突然强烈振动, 微机画面显示轴振值达到最高96.5μm, 立即做倒机准备, 在协商倒机的同时, 风机两个支承端轴振值在慢慢回落, 2.5h后倒机时, 进风侧轴振基本稳在57.7μm, 排气端轴振动81.8μm。据现象分析, 判断是不平衡引发的振动。盘车冷却6h后, 首先拆解风机侧联轴器护罩, 检查平衡配重, 未发现松动和脱开迹象。随即检查风机进出风管道, 在出风管道内发现规格不等的金属颗粒, 初步判定为叶片断裂。

二、风机损坏情况

1. 转子叶片

主要损坏的动叶片从第三级开始, 并且每一级叶片外形都受到一些损坏。第四级掉了一块叶片, 许多叶片的外形严重弯曲和损坏, 尤其是叶片外顶部的部分。第五至第八级动叶片外形明显损坏。第九至第十五级动叶片, 有很深的碰撞痕迹。吸风侧轴颈上有很明显的连续条痕, 吸风侧转子密封区域上密封环轻微磨损, 顶部有一个浅的缺口, 一些密封环弯曲。出风端转子密封区域上的密封环轻微磨损, 顶部有浅的缺口, 一些密封环弯曲, 轴受热变色明显。

2. 内缸叶片

第二、三级静叶片底部碰撞损坏, 第三、四级之间的静叶承缸表面有磨损痕迹。四至十级静叶片底部的进、出口边缘碰撞损坏。第十一至十五级静叶片碰撞损坏严重。对风机动静叶片进行着色探伤, 动叶片没有发现裂纹, 静叶片有11处裂纹, 裂纹大小2~15mm不等。

三、修复叶片

1. 动叶片修复

动叶片损伤以第四级叶片较重, 对第四级在径向量出130mm处切割, 共计40片, 切割后使第四级叶片长短保持一致, 表面无刺、平整。其他级上的叶片, 对损伤较重的叶片采用局部切割, 并叶片切割处打磨, 使叶片修复后圆滑过渡。

修复动叶片, 重要的是保证每处叶片的平衡点, 即每修一片叶片必须考虑对称问题, 尺寸大小及形状应无太大差别。对每一级的叶片修理作出记录, 叶片修复尺寸按号排号记录。对转子进行跳动和尺寸检查, 做额定转速下的动平衡检验。

2. 静叶片修复

针对每级叶片损伤情况, 按号排序, 对尺寸及形状修复情况记录, 按步实施处理。对第四级损伤较大的叶片进行切割处理, 并将切割后的叶片打磨圆滑。把内缸上有裂纹的叶片取出送到沈阳进行熔融修复, 处理后回装处理。对动静叶片的处理, 均应保证修复后平衡点均匀, 修复面平整、无刺。

四、高炉风机机械运转和性能调试

(1) 修复各叶片后试车, 风机出口振动过大。现场动平衡, 消除风机振动, 风机出口振动。

(2) 风机喘振点测量。因切除了第四级动叶片工作部分的2/5, 级的压比要降低30%, 因此校对实际运转时喘振点情况。为减少对轴流风机的影响, 只测量小静叶处的几个喘振点分别在25°、30°、40°和50°。

(3) 负荷试验。正常生产时要求鼓风机排气压力410kPa, 风量5860 m3/min, 功率28000kW。为避免叶片受力过大, 决定修复后的风机出口风压限定在0.385MPa, 风量5260m3/min以下。

五、结论

汽轮机末级叶片断裂分析 篇2

1 断口分析

1.1 宏观分析

叶片断裂位置如图1所示, 断面位于距叶根640mm的拉筋孔上方约20～30mm的处;叶片断口形貌如图2所示。进汽边侧断面较为平整, 裂纹起源于进汽边, 钎焊材料薄厚不均, 呈黄色, 司太立合金片和叶片的断面呈暗灰色。裂纹扩展区的面积约占整个断面的一半, 其余的部分为瞬断区, 在瞬断区出汽边的边缘有塑性变形, 可见剪切唇, 这些都是瞬时断裂的典型特征。

1.2 微观分析

宏观断口中1区的微观形貌见图3, 可见1区钎焊材料与司太立合金及叶片接合质量不好, 尤其钎焊材料内部材质存在严重的缺陷。2区的钎焊材料上可见贝纹线, 贝纹线弧心指向宏观断口的1区。宏观断口中3区的微观形貌见图4, 可见从司太立合金的边缘向钎焊材料和叶片材料发散的放射状条纹。3区的能谱分析结果见图5, 4区无明显缺陷。

2 材质分析

在断裂叶片上取样, 检验叶片的化学成分、力学性能和金相组织。

2.1 化学成分

叶片的化学成分测试结果见表1, 叶片钢的化学成分分析结果符合B/HJ419-2006中0Cr17Ni4Cu4Nb钢的技术要求。

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2.2 力学性能

叶片的室温力学性能测试结果见表2, 由表2可见, 叶片钢的室温力学性能符合B/HJ419-2006中0Cr17Ni4Cu4Nb钢的技术要求。

2.3 金相组织

叶片钢的晶粒度为5.5级, 组织是回火马氏体, 夹杂物检验结果是D1, 叶片钢的金相检验结果符合B/HJ419-2006中0Cr17Ni4Cu4Nb钢的技术要求。

3 分析与讨论

从叶片断口分析来看, 裂纹起始于两个起裂点, 从钎焊材料的贝纹线指向来看, 宏观断口上的1区是一个起裂点, 该区域叶片型线上存在尖点, 钎焊区有密集的缺陷, 是应力集中区。宏观断口上靠近司太立合金片边缘的3区是另一个起裂点, 断口形貌上有从该起裂点起始向叶片方向扩展的放射状的条纹。3区周围的能谱分析显示, 起裂点2附近有钎焊材料, 表明钎焊材料越过宏观断口上的分界线。上述分析表明, 3区周围司太立合金片薄厚不均, 存在原始缺陷。叶片进汽边一侧为三种材料接合处, 存在接合质量不高, 缺陷密集、叶片与司太立型线吻合不好、司太立合金片局部边缘不规整等问题, 且起裂点处都处在叶片的应力集中区, 以宏观断口中的1区和3区为起裂点, 在局部进行扩展并合并。从瞬断区的面积来看, 叶片在运行时承受的工作应力较大, 导致裂纹以较快的速度扩展, 运行较短的时间就发生疲劳断裂。

4 结论

叶片断裂的性质是疲劳断裂。司太立合金片钎焊质量不高、叶片与司太立合金片型线吻合不好、司太立合金片存在缺陷是叶片断裂的主要原因。叶片的断裂与叶片材质的冶金质量无关。

参考文献

[1]孙志, 江利, 应鹏展.失效分析-基础与应用[M].北京:机械工业出版社, 2005.

叶片断裂 篇3

1故障过程

第一次是2013年3月27日汽轮机缸体异响, 2号瓦振动值达到92μm。停机打开上盖, 发现转子第十级叶片在不同位置断裂了3片叶片 (见图1) , 在各级隔板的静叶片末端和隔板套上都有较厚的粉状附着物。查看外部送检的锅炉水质检测报告全部合格, 内部化水检测记录本上磷酸根离子指标数次不合格。转子送到维修厂家, 拆出断裂叶片左右两侧各4片叶片进行探伤, 又发现其中有6片叶片销轴处出现裂纹, 总共更换10片叶片。做低速动平衡后返厂安装调试, 4月21日并网发电。

第二次是2013年5月1日, 同样出现一声异响, 2号瓦振动值达到56μm, 拆卸检查, 是第十级叶片其他部位的叶片发生断裂。由此我们判断认为是第十级叶片存在加工质量问题。对叶片进行探伤检查, 更换有问题的叶片。同时定制第十级叶片一套 (156片叶片及156根销轴) , 以备更换。5月20日转子安装调试, 5月25日并网发电。

在5月27日, 转子第三次出现异响, 1号和5号推力瓦温度上升到59℃, 2号瓦振动值由之前的39μm增加至46μm。由于温度和振动比较稳定, 没有持续增大, 设备继续运行至2013年7月2日计划性停机, 将拆出转子发往汽轮机厂家, 检查发现第十级叶片断裂12片。

将第十级叶片全部更换, 7月18日返厂, 7月24日正式并网发电。9月6日和7日都出现转子异响, 同时1~4号轴瓦振动值均有增加。根据之前的几次事故经验, 判断为叶片再次断裂。

这次汽轮机出现异响, 彻底证明了问题不是由叶片加工质量引起的。由于两线采用的是同一套图纸, 由同一厂家制造, 可排除设计方面的问题。我们也曾将断裂的叶片送检做电镜及能谱分析, 材质没有问题, 裂口没有腐蚀疲劳和共振疲劳的特征。

为避免停机造成损失, 在分析运行数据后, 决定加强监控, 维持生产, 同时准备维修计划和维修备件。继续运行到9月26日, 2号瓦振动值达到52μm, 停机检查发现第十级断裂和受损的叶片有62片。

2问题查找及处理

1) 叶轮积盐及蒸汽品质差

事故后打开汽轮机上盖, 发现转子叶片、隔板、隔板套和缸体内壁都有大量的沉积附着物。送样经专业单位检测结果为:Ca (以Ca CO3计) 54.73%, P (以PO43-计) 11.19%, Fe (以Fe2O3计) 7.07%。取锅炉水和蒸汽样送另一家检测站进行品质检测, 多项不合格。除盐水的p H值样品检测值为4.7 (标准为8.0~9.5) ;给水硬度样品检测值为0.071~0.085mmol/L (超标2.8倍) , 甚至有一个样品检测值达到0.115mmol/L (超标3.8倍) ;窑尾饱和蒸汽和过热蒸汽的二氧化硅检测值26μg/L (超标1.3倍) 、铁离子为73μg/L (超标3.65倍) ;疏水的硬度检测值为0.310mmol/L (超标124倍) 、铁离子210μg/L (超标4.2倍) 。由此判断蒸汽品质很差。进一步现场了解, 化水岗位工反映每次加药开泵需要2h甚至更长时间 (一期0.5h就可以完成) , 同时磷酸根指标忽高忽低很难控制, 频繁超标。停炉检查高低压包, 发现锅筒内腐蚀严重, 沉积盐较多, 多个汽水分离器偏倒, 加药管堵塞。

上述现象说明锅炉水处理作业人员的技术培训、现场操作和管理工作不到位。立即安排专业现场培训, 制定操作规范, 同时增加一名专职的班长跟踪化水工作。安排专人从锅筒内拆出加药管冲洗清理, 恢复焊接偏倒的汽水分离器, 清理冲洗锅筒内的沉积物。重新投入运行后加药时间缩短到0.5h以内, 调整方便, 检测指标容易控制。

针对锅炉腐蚀严重, 我们在给化水管道位置通过计量泵按照0.5%左右的控制浓度加入氨水, 每2h检测一次水的p H值, 保证给水的p H值控制在8.5~9.5之间。同时在窑头锅炉溶液箱按照4%的配比浓度通过计量泵加入亚硫酸钠溶液, 亚硫酸根指标控制在10~30mg/L。加入亚硫酸钠的目的是将水中的溶解氧还原, 并且将水中的铁和铜还原起到化学除氧的作用。同时在窑头锅炉溶液箱加入磷酸三钠和氢氧化钠溶液, 通过磷酸根分析仪检测磷酸根离子, 通过测碱度和氯离子浓度控制加药量。

2) 汽轮机缸体

检查汽轮机缸体内部的各疏水孔, 除第十级外, 其余疏水孔均与缸内壁平齐。第十级Φ20mm疏水孔位置在缸体的一个加强立筋上, 高出隔板底平面20.5mm, 高出缸体内壁71.5mm, 存在疏水不及时。由此判断缸体内积水发生水冲击是造成第十级叶片频繁断裂的主要原因。处理方式为人工用手枪钻从立筋的两侧各打一个Φ10mm的通孔, 将可能汇集到内壁的水直接及时排掉, 防止再次出现水击现象。

3) 疏水管

检查汽轮机缸体外部疏水管是否畅通。检查5个疏水节流孔板, 发现三种规格 (Φ5mm、Φ10mm和Φ15mm) 的节流孔板现场没有按照图纸要求的对应位置进行安装, 说明在安装期间这点细节没有跟踪落实到位。将七、八级叶片下面的疏水管尽量以最近距离从汽轮机缸体上接到热水井。将第九级叶片下的疏水管直接接到冷凝器, 并将疏水阀常开。将第十、十一级之间少接的一根从节流孔板到冷凝器的Φ25mm的疏水管补装上。复查Φ25mm、Φ38mm各疏水管的管径, 防止安装期间混装。在运行期间每小时安排人员对各疏水管进行检查, 防止堵塞而出现积水返回汽缸现象。

4) 汽水分离器

为防止补汽含水量大, 在进汽轮机前的补气管道上加装一个型号为PN0.25, DN250的汽水分离器。安装完成后, 才将补汽投入。

5) 膨胀节

冷油器管道增加一个膨胀节, 避免温升后对汽轮机缸体产生应力。

3效果

叶片断裂 篇4

某厂25MW汽轮机组于2013年11月15日19∶05时后汽缸出现金属碰撞的声音, 机组振动出现上升, 垂直振动最高达到225mm, 现场技术人员从金属碰撞声音和振动迅速增大初步判断为末级叶片断裂, 立即下令打闸停机。

表1为断裂前后汽轮发电机组在1-4#轴承位置测得的水平方向位移和垂直方向位移值;表2为该汽轮机主要参数表。

2 汽轮机揭缸后检查情况

(1) 推力瓦及五个支撑瓦块, 工作面良好, 无损伤缺陷。

(2) 汽缸前接合面无漏气现象, 汽缸无裂纹、变形现象。

(3) 整个转子叶片锈蚀严重如图1所示, 末级一叶片根部断裂, 末二级叶片被打出豁口, 如图2所示。

(4) 末级隔板汽封完全磨损掉, 喷嘴有豁口。其余隔板无变形、裂纹, 第九、十级叶片有结垢现象, 其余表面无冲蚀和损坏现象。

(5) 对轮及连接螺栓部件无损坏情况。

(6) 前汽封第二、三道汽封接触部分磨损严重, 后汽封第二道汽封环梳齿磨损。

(7) 各通流部分没有发现积垢情况, 水处理及除氧情况较好。

3 原因分析

汽轮机组叶片断裂的因素涉及各个方面, 大多是综合作用的结果, 最常见的有:叶片结构不合理造成动应力较集中;选择叶片材质不当;叶片强度不够;检修安装不当;动静部件碰擦;主蒸汽参数不合格;机组升降负荷频率过快等。针对该厂25MW汽轮机组叶片断裂情况, 分析原因如下:

3.1 叶片材料材质鉴定分析

叶片为2Cr13不锈钢铸件, 热处理工艺为正火或正火+回火, 表面进行超声波探伤或磁粉探伤检验。

3.2 断裂情况

叶片断裂部位为叶片根部上销孔中间部位, 叶片已经严重变形破坏, 根部两部分均为断裂。断裂方向为从叶片转动方向部分先断裂, 宏观上看两个断口均比较平齐, 为正断, 且无明显切唇, 为瓷状断口。其中一个断口无明显塑性变形, 另一个有塑性变形且在断口下方变径部分由撕裂产生的裂纹一处, 根据宏观断口分析, 断裂时, 首先产生裂纹并断裂的是断口平齐的断口, 见下图3、4。

3.3 硬度检查

经过叶片断裂部分附近的硬度检查, 其硬度在HB232~HB240之间, 其硬度基本符合2Cr13热处理后的硬度, 硬度无异常, 但先断裂的断口附近硬度为HB232, 硬度稍低。

3.4 扫描电镜断口分析及能谱分析

经扫描电镜分析, 断口微观形貌为准解理断口, 断口为脆性断口, 断口部分已受到污染, 但基本组织主要为Fe, Cr元素, 无其他异常成分, 污染部分主要成分为Ca O, 具体见图5、6。

3.5 显微组织分析

对首先断裂的断口附近进行金相显微组织和颗粒度分析, 显微组织为回火索氏体、未溶铁索体。但从晶粒度来看, 原始奥氏体晶粒粗大, 应为铸造组织在热处理过程中, 热处理工艺不当, 造成粗大的原始奥氏体晶粒未能得到细化, 具体见图7。

3.6 综合分析

断口无明显疲劳断裂症状, 断口为脆性过载断裂, 无明显材料蠕变特征, 断裂部位在有上销孔的部位, 横截面小, 且为叶片根部, 所受力最大, 由于横截面小, 该断口处所受应力最大, 结合叶片断裂的小概率事件, 叶片断裂为该叶片本身强度低, 在运行过程中产生微小裂纹。同时, 由于热处理工艺不当, 组织中原奥氏体晶粒异常粗大, 而叶片工作工况是在蒸汽的冲击下进行工作, 所受力为冲击力, 因此该叶片断裂是由于叶片热处理过程中效果不好形成了粗大组织, 造成了叶片冲击韧性过低, 在长期运行过程中由于在受应力最大部位产生了微裂纹, 叶片受不了应力集中产生的力而过载断裂。

4 建议

(1) 利用处理断叶片时间, 对汽轮机转子进行一次全面的检查, 查看其他叶片有无碰摩痕迹, 是否有变形、损坏, 检查以往修复过的叶片变形情况。对汽轮机转子进行仔细的动平衡, 尽可能减小不平衡质量对机组振动的影响。不平衡质量是产生振动的主要原因。

(2) 检查机组转子的各个轴对中情况, 重点解决偏角不对中的问题, 特别是检查l#轴瓦的中心是否比其他3个轴瓦的中心低, 对1#轴瓦的中心进行必要的检查, 减小由偏角不对中引起的振动, 同时对轴承的负荷进行了检查, 可以减小因油膜振动产生的振动。

(3) 对机组的所有地脚钿栓进行检查, 确保机组和基础之间的固定连接。

(4) 在机组开始时, 注意控制各轴瓦的进油温度和压力, 防止油膜振荡较大。

(5) 定期对汽轮机进行开缸检查, 特别要加强对叶片进行探伤和测频, 以便更早发现问题。

(6) 控制好蒸汽的饱和度, 减少由于膨胀做工后产生过多的细小水颗粒对叶片进行冲击。

(7) 利用状态监测技术和信号分析与处理技术对运行机组出现的振动进行详细的分析研究。确定引起机组振动的主要原因, 并根据引起振动的原因分析机组的振动趋势, 通过对机组进行振动分析可以判断机组目前的运行状态, 准确地确定必要的大修时间, 最大限度地提高机组的运行效率。同时为大修提供较为合理的检修方案, 使得机组能够被正确的维修, 以减少维修时间, 提高维修质量, 节约维修费用, 预防重大事故的发生, 并能产生较大的经济效益和良好的社会效益。

参考文献

[1]李太江, 等.汽轮机动叶片水蚀防护技术研究及应用[J].热加工工艺, 2011, 40 (16) :109-113.

[2]张淼.凝气单抽汽式汽轮机振动原因分析和故障诊断[D].西安石油大学, 2008.

叶片断裂 篇5

1 叶片折断原因分析

一般情况,产生疲劳断裂的原因是在零件应力高度集中的部位或材料本身强度较低的部位,例如原有裂纹、软点、脱碳、夹杂、刀痕等缺陷处,在交变或重复应力的反复作用下产生了疲劳裂纹,并随着应力的循环周次的增加,疲劳裂纹不断扩展,使零件承受载荷的有效面积不断减少,最后当减少到不能承受外加载荷的作用时,零件即发生突然断裂。

1.1 疲劳断裂特征一

疲劳破坏后,断口处能清楚地显示出裂纹的发生、扩展和最后断裂的三个区域的组成部分。

仔细观察本钢5号TRT机组拆解下来的断裂叶片,如图1,其断面与疲劳断裂特征完全吻合,疲劳断口是由以裂纹(疲劳源)为中心逐渐向内扩展的若干弧线的光亮区(贝壳状)和最后瞬间断裂的粗糙区(结晶状或纤维状)所组成的。扩展区的断面较平坦,疲劳扩展与应力方向相垂直,产生明显疲劳弧线,又称为海滩纹或贝纹线。

1.2 疲劳断裂特征二

裂纹源表面有凹槽、缺陷,或者应力集中的区域是产生裂纹源的前提条件。

在本钢5号TRT转子叶片与叶根过渡的相应部位,有一可容纳叶片锁定钢片的凹槽,见图2,叶片锁定钢片的尺寸约为160 mm×14 mm×2 mm,这一凹槽严重降低了该部位的强度,凹槽的直角部位易产生应力集中,在来源煤气持续的压力下,逐渐扩展为裂纹。本次裂纹的贝壳状波纹,即从凹槽的直角部位发源而来。

1.3 疲劳断裂特征三

断裂时没有明显的宏观塑性变形,断裂前没有明显的预兆,往往是突然性的产生,使机械零件产生破坏或断裂。

本钢5号TRT机组在运行期间无压力超标现象,事发时电网电压,高炉顶压无波动,机组内没有其它异物,这说明叶片的断裂与生产作业条件或外力无直接关系。由趋势曲线图可以查看到,机组停机前各项振动指标正常,但是瞬间振动值过大,导致重大故障停机。

从投产到叶片发生断裂,5号TRT机组运行发电时间仅为5433 h,而叶片的设计寿命为40000h,远未达到设计要求。因此,此次叶片疲劳断裂的原因与其凹槽的结构设计有关。

2 转子的平衡处理

本钢5号TRT机组运行时间较短,无备用叶片,必须运回原厂修复,需要三个月的时间。为最大限度地减少损失,采取了在厂家制作叶片的同时由本钢内部先进行临时性修复的方案,承修单位为本钢大族激光再制造有限公司。根据动平衡原理,结合本次叶片断落的具体情况,确定平衡方案:首先在断落叶片几何轴对称位置对应的一个叶片去掉相应质量,保留叶根,实现TRT转子静平衡,再做高精度动平衡保证工况条件下转子振动值合格,动平衡精度达到了原设计的G1.0级但由于叶片减少和断落叶片的相邻叶片会受到额外气流扰动的缘故,发电功率将降低,约为原功率的85%。

3 受损叶片的修复与效果

对于局部缺失的18片动叶片,采用激光熔覆技术进行修复。首先配制性能与母材相近或高于母材的合金粉,然后利用激光束聚焦能量极高的特点,瞬间将被加工零件表面微熔,熔层0.05～0.1mm同时使零件表面预置或与激光束同步自动送置的合金粉末和合金丝及板材完全熔化。激光束扫描后快速凝固,最终获得与零件形成冶金结合的致密覆层,达到零件表面恢复几何尺寸和表面强化的特点。激光熔覆其间要反复对叶片探伤,有缺陷随时修复,直到探伤合格为止。最后再通过修磨恢复叶片的几何尺寸。

激光熔覆层与基体为完全冶金结合,结合强度将达到和超过原基材的强度指标。因激光加热速度和冷却速度极快,基体受热影响区较小,一般在0.1～0.2 mm范围。加工过程中基体温度一般不超过80℃,故加工后不产生热变形。激光熔覆层与基体材料均不产生粗大金相组织,熔覆层及界面过渡区组织致密、晶体细小、没有孔洞、夹杂、裂纹等缺陷。因此经过激光熔覆的叶片完全满足原有性能要求

对于产生变形的叶片,采用加热进行矫形、修型。通过X光探伤、叶片自振频率检测等手段检测矫形后叶片的强度。

在叶片修复回装、转子动平衡合格后,本钢5号TRT两周后发电,运行了47天,多发电765万kW·h,多创效益330多万元。不仅缩短了检修周期,也降低了检修成本,且运行效果良好。如果有备用叶片,完全可以不运回原厂,就能达到满负荷运行状态。

4 结束语

通过激光熔覆技术和动平衡原理使本钢5号TRT转子得到了临时性的修复,但由于叶片缺失,机组不可满负荷运转。2011年10月24日本钢6号TRT叶片断裂,采用同样的激光熔覆技术修复了破损的33片静叶,由于有备用转子(附动叶),6号TRT仅用不到3天半的时间即修复回装,且满负荷发电,为本钢TRT全年发电3.28亿kW·h、创历史新高做出了贡献激光熔覆技术开创了本钢TRT修复的新篇,安全,节能,环保,适应了循环经济的需求。

参考文献

叶片断裂 篇6

一、裂缝原因分析

(一) 叶片结构

风机轮毂的直径在700mm左右, 单台风机轮毂上的叶片数量为14 片, 叶片的尺寸控制为260mm, 叶尖弦长度为210mm左右, 叶根厚度控制为19mm, 叶片选择的是焊接的结构, 叶身则是由两块厚度规格为2mm的钢板沿着周边实现焊接, 叶片内部上下两端则使用加强筋来进行焊接, 下端则是由叶身钢板和加强筋焊接在厚度为22mm的钢板兰盘之上, 控制焊接区长度为100mm。[1]14 片叶片使用6 只螺栓将其与风机轮毂实现连接。

(二) 叶片断裂原因探讨

1.叶片制造

从风机制造以及叶片强度来分析, 叶片焊缝的总负载要超过设计载荷, 不会诱发强度断裂的现象。叶片材料的硬度和金相组织相对正常。但是, 从金相和端口结果来分析, 由于叶片叶身属于中空薄钢板和刚性较大的法兰盘之上, 这种焊接属于单面角焊, 叶片焊接内侧边缘可能出现焊瘤以及焊透等缺陷, 导致内部边缘应力出现严重集中现象。[2]使用常规性的表面PT探伤无法检查出焊缝存在的缺陷, 超声波探伤以及磁粉探伤又因为叶片结构的影响难以顺利进行。裂纹全部都是由内缘缺陷位置开始逐渐向四周扩散的疲劳断裂裂缝, 所以, 叶片结构以及焊接裂缝则是风机叶片出现断裂的主要原因。

2.风机运行状况影响

因为这些风机安装的空间尺寸要能够达到紧凑的要求, 因此要能够控制额定风量在80000m3/h左右, 额定的风压则控制在2300Pa左右, 所设计选择了轴流的风机。但是, 结合风机性能的曲线来分析, 其提供的最大全压在2400Pa之下, 并且和设计额定工况点之间具有100Pa的余量。[3]若管网实际的阻力超过了设计阻力、管网在实际运行过程中出现其他问题, 则风机实际运行工况则难以加入到不稳定区域。

在对管网系统加以检查之后不难发现, 轴流风机进口区域1m处属于空气冷却器, 前后设置突拓突缩变径管, 这就可能让系统局部阻力增加, 对于轴流风机进气气流组织造成不利影响, 减少有效通风面积。结合现场风机单体调试所得到的实测数据, 在消除密闭隔离阀的前提下要能够对系统风机的风压进行测量。如果考虑到密闭隔离阀的实际阻力降、密闭隔离阀阀板伸入到90°弯头诱发阻力降低的现象。实际系统阻力值则可能超过设计规定内的阻力值。所以, 风机实际运行也是进气流不均匀的条件下实施。

通过上述的分析研究之后不难发现风机叶片断裂的原因包括风机运行的区域不够稳定、风机叶片受到结构疲劳强度较大交变应力的影响, 作用在叶片强烈应力集中的位置, 也就是焊接角度因为焊接缺陷诱发的疲劳断裂的现象。

二、系统对轴流风机性能造成的影响

对系统特性曲线进行分析不难发现, 其构成包括适当系统附加阻力系数、气流阻力等, 精确地对系统的连接、气流阻力进行确定显得十分重要。所以, 要能够选择风机达到必要的压力条件, 当风机安装在系统上面才能够保证风机达到设计流量的需求。

若对系统阻力进行精确确定、选择正确科学的风机, 则其性能曲线就会在管网系统特性曲线的100%的流量点。[4]若系统实际阻力超过设计阻力要求, 为了能够克服系统阻力风机风压升高的现象, 则风量逐渐降低, 系统曲线和风机性能曲线的交叉点向风机性能超过起始点之后, 风机就会在不稳定工况内部运行;若系统实际阻力低于设计阻力, 曲线和风机性能曲线的交叉点就会朝着风机性能曲线右端移动, 其实际运行风压会低于设计数值, 风量则超过设计数值。系统阻力超过风机设计风压数值, 其风量就会逐渐降低, 单台风机运行进入到不稳定的工况区域, 则可能诱发单台机叶轮旋转出现脱落, 诱发其出现喘振现象, 在系统中并联的其他同特性风机也可能出现抡风问题, 让风机叶片在短时间内出现断裂。

三、整改措施分析

一般情况下的轴流风机要想实现安全运行, 除了要能够保证风机本身结构达到合理要求之外, 其安装以及制造质量也要符合技术要求, 并且让一切运行的工况都不会再不稳定工况区域内产生。首先, 要能够对风机叶片制造工艺、焊接工艺、以及设计结构进行变更, 并且做好焊缝检验工作, 从样机试验、理论计算、运行业绩等不同的方面对方案加以整改;其次, 做好系统管道修改工作, 增加风道弯头导流叶片、静压箱等, 减少系统管道受到的阻力, 重新核算系统阻力数值;[5]最后, 要能够增加系统风机运行的实际监控措施, 这一系统风机仅出扣风压能够在PLC机上面得到显示, 其他风机运行的参数难以显示。因此, 需要对重要系统的风机进行监测, 对风机的运行状况进行监控, 保证其运行安全不受到影响。

四、结语

轴流风机叶片断裂将会对系统的实际运行造成直接的影响, 通过对叶片断裂的原因进行分析、系统对风机性能造成的影响进行分析之后提出相应的应对措施, 从而减少轴流风机叶片断裂现象的出现, 保证系统的顺利进行。

参考文献

[1]曹晖.轴流风机叶片断裂原因分析及改进措施[J].流体机械, 007, 8:39-42.

[2]周凯.直接空冷机组空冷岛轴流风机叶片断裂分析[J].华电技术, 2014, 02:65-68+81.

[3]李俊, 叶学民, 王松岭.电站轴流风机常见故障及处理措施[J].发电设备, 2008, 03:231-236.

[4]孙峰.对旋风机叶片断裂事故分析[J].风机技术, 2014, 06:90-96.

叶片断裂 篇7

中国石化海南炼油化工有限公司2#动力炉2006年3月投产, 锅炉主体设备是采用江西锅炉厂生产的油气联合燃烧锅炉, 型号是JG-130/3.82-YQ。配备两台陕鼓集团陕西骊山风机厂生产的离心式引风机, 型号为Y4-73-11N020D, 流量为167136-320627M3/h, 全压为3701-2470pa, 主轴转速960r/min, 引风机入口调节门为陕鼓集团生产的花瓣式调节门, 执行机构为气动执行器。

花瓣式调节门常见问题

1.结构复杂。

2.加工时要求精度高:转轴的方头对角线要求与轴线成45°角, 联动柄方孔两边要求与联动柄中心线平行, 与另两边垂直;联动柄长孔两边与联动柄中心线平等且长度保持一致;转圈、风筒、支撑板之间配合间隙要求高, 否则会出现滑轮脱落的问题。

3.强度低:转圈一般用扁钢或圆钢握制而成, 容易变形。

4.开、闭不灵活:全闭时关闭不严、漏风严重, 全开时开不全。转圈变形后容易脱滑轮, 使其不能转动。

5.工艺复杂:转轴一端开槽另一端还要铣方, 联动柄一端要锉方孔另一端要铣长孔。另外还要车滑轮、销轴、小轴以及支撑板下料、钻孔等。

6.由于是单向受力传动, 无论手动还是气动均存在力矩大的问题。

二、事故经过

当时2#动力炉负荷为30T/H左右低负荷运行, 8902-K-202D入口调节门执行机构故障, 操作室不能操作, 处于现场手动调节状态。2012年10月11日19:46 2#动力炉炉膛负压突然增大超量程报警, 同时尾部烟道负压也大幅上升, 内操通知外操检查无异常后, 开大鼓风机入口挡板增大送风量, 入口挡板开度由65%左右开至73%左右, 20:35负压降到-130pa左右, 20:39负压突然增大, 同时现场8902-K-202D剧烈震动, 风机蜗壳内有金属撞击声音, 冷却水入口管线震断水喷出, 外操迅速停运该引风机和运行鼓风机, 2#动力炉连锁停机。

三、原因分析

1.通过炉膛负压分析:

10月10日开始8902-K-202D入口挡板已经有裂纹并开始变形, 只是没有脱落, 随着变形越来越严重, 引起负压缓慢增大, 如图2所示。11日04:35负压增大到-180pa左右, 操作员关小引风机入口调节门, 调节门开度由15%关至7.7%, 炉膛负压恢复正常范围。调节门关小后正常的叶片开度变得更小, 在变形叶片处通过的烟气量变得更多, 加剧了叶片变形速度。通过炉前送风和鼓风机出口风压的变化, 如图3所示, 说明燃烧器风门及鼓风机处于正常状态, 则调整后增加了引风机的负荷。此后炉膛负压仍然是缓慢增大, 到11日12:37炉膛负压升至-170pa左右, 通过开打鼓风机入口挡板增加送风量, 炉膛负压恢复正常范围。

此状态下运行至11日19:46炉膛负压突然增大增大超量程报警, 操作员现场手动关引风机入口调节门, 直至关不动为止, 负压没有恢复正常仍然偏大, 此时现场并没有听到异常声音, 操作员通过开大鼓风机入口调节门增大送风量, 入口挡板开度由65%左右开至73%左右, 20:35炉膛负压降至-130pa左右, 20:39

负压突然增大, 两块挡板脱落造成事故发生。操作员没有认真分析负压变化的原因, 没有及时切换引风机, 使世态向恶化发展造成事故扩大化。

2.通过对叶片检查分析

风机解体检查发现掉落的叶片, 还发现调节门的叶片还有3块有裂纹, 裂纹都是同一个地方, 即叶片与转轴焊接处。

a、当调整挡板时, 叶片偏心力产生的扭矩与执行机构产生的调节扭矩相反, 同时扭矩集中在出现裂纹的地方, 造成此处应力存在;

b、叶片转动时其两端转轴为滑动摩擦, 完全裸露在高温烟气中容易进灰造成干磨, 挡板运动阻力大, 造成裂纹处存在更大的应力;

c、联动柄与小轴之间也是滑动摩擦, 摩擦力很大, 造成调节阻力增大;

d、挡板长时间使用后, 有些联动柄脱离调节转圈或偏离主轴中心, 造成各叶片开度不一样, 使得每块叶片所承受的力矩大小不同。此次事故前风机挡板关至很小, 但是烟气量没有降低反而增大, 造成将要脱落的两块挡板处烟气量偏大, 同时其他挡板烟气量不同, 开度大的叶片所承受的应力就大, 所以导致另有3块挡板出现裂纹;

e、设备运行或备用已经很长时间, 挡板受力点已经产生应力疲劳, 极易断裂;也有可能是材质缺陷造成裂纹出现。

三、整改措施

1、加强操作员技术水平的培养, 提高责任心, 培养主动积极思考分析的习惯和分析能力, 果断判断问题所在及时正确处理, 避免减少设备的损失;2、工艺上不允许引风机低负荷下运行;对装置其他风机调节门逐一进行检查, 有裂纹的更换临时叶片, 并对转动部位加二氧化钼高温润滑脂, 减小其间的摩擦力;3、在风机调节门风筒筒体上加格栅, 防止以后叶片掉落进入风机叶轮损坏风机, 并对叶片与转轴和接头连接处各焊接一块加强板, 增强叶片抗扭矩能力, 如图3所示。

结束语

通过对引风机调节门的一些列措施的实施, 降低了叶片发生裂纹、脱落的可能性, 但是没有解决根本上的问题。建议对风机调节门形式进行重新设计改造;将风机挡板控制改为变频控制, 避免挡板调整过频当来的事故隐患。

参考文献