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动叶可调轴流式风机叶片断裂的原因分析0试验台


2022年07月05日

动叶可调轴流式风机叶片断裂的原因分析

动叶可调轴流式风机叶片断裂的原因分析 2011年12月09日 来源:   大型轴流引风机是火力发电厂的主要辅机,它的安全可靠性直接关系到电厂的安全经济运行。广州珠江电厂(4×300 MW)国产汽轮发电机组的每台锅炉蒸发量为1 021 t/h,配有ASN-2880/1600型动叶可调轴流式引风机。1993年4月4台机组相继投产以来,多次发生引风机叶片断裂事故,给电厂的安全生产和经济运行造成了极大的威胁和损失,为此,就引风机叶片断裂原因进行分析。1 引风机设备概况  ASN-2880/1600型轴流式引风机的作用是将锅炉炉膛中燃烧所产生的烟气吸出,通过烟囱排至大气。每台锅炉配备2台ASN-2880/1600型引风机,其叶轮直径为2 880 mm,轮毂直径为1 600mm,设计叶片材料是ZL402铸铝合金,牌号为ZA1Zn6 Mg,叶片头部设有可更换的不锈钢(1Cr18Ni9Ti)耐磨鼻,叶片表面镀硬铬,用于防磨。动叶角度的调节是由风机外部的伺服马达带动调节驱动装置,经调节拉叉使液压机构动作,推动轮毂内的调节盘做轴向移动来传动叶片。2 叶片断裂损坏的主要情况  从1994年2月1日1号炉A引风机在运行中发生叶片全断开始,至2001年6月止,珠江电厂先后共发生11次引风机叶片全断事故,累计停机时间达1 317 h;9次停机检查,发现叶片根部6个螺栓的连接筋有裂纹或出现螺栓松动、断裂情况,累计停机时间114 h。2.1 引风机叶片全断情况  在全厂引风机叶片全断的情况中,1号炉A引风机共占了8次(其中1997年以前7次,1998年1次),3号炉B引风机占1次,4号炉A引风机占2次,2号炉引风机从未发现过断叶片事故。叶片全断前的运行工况中,引风机轴振值有的在30~50μm之间;引风机轴振值有的在正常范围;有的还发生在机组变负荷工况下,引风机振动突变,发出巨响并跳机。  引风机叶片全断的主要特征是:26片动叶全部折断,部份平衡锤断裂;轴承箱地脚螺栓断裂,严重的有调节油缸、旋转油封损坏,主体风筒和风箱导叶变形。2.3 叶片裂纹损坏情况  在停机检查中,发现4号炉A、B引风机占了6次之多,2~3号炉B引风机各占一次。停机前,风机轴振值在50~75μm之间,只有一次轴振是正常的,叶片断裂主要发生在叶片根部底盘,并贯串3个螺丝裂开。3 叶片断裂的原因分析3.1 叶片材料存在质量问题  叶片材料存在质量问题是叶片断裂的主要原因,我们可以从以下几个方面的分析可知。3.1.1 叶片化学成分分析 叶片化学成分分析见表1。    从表1可知,断裂叶片合金元素Zn的质量分数超过了国标规定的技术条件上限的2.03%。铸铝合金ZL402的主要特点有自硬倾向,这种特性可避免工件因淬火产生较大内应力而引起开裂和变形问题,叶片在自然状态使用,可保证尺寸稳定,但是,随着锌质量分数的增加,合金的百分比上升,铸造性能下降,从而造成热裂、针孔和疏松的倾向增大,导致合金的塑性急剧下降,这是引风机叶片极易断裂的原因之一。3.1.2 叶片机械性能分析  从叶片的拉伸、冲击和硬度试验结果看,断裂叶片材料的延伸率δ5仅为1.5%~2.0%,比国标GB1173—86规定的δ5≥4%小了1/2以上,其冲击能和冲击韧性低,均为沿晶脆性断口,叶盘、叶型底部、叶型顶部的硬度(平均)分别为HB110,HB108,HB106,符合国标规定硬度不小于HB65的要求,但叶型的硬度比叶盘的硬度低,这与该类型铸件的壁厚越薄则硬度越高的规律相反。因此,叶片延伸率低于技术条件要求也是叶片断裂的原因之一。3.1.3 叶片金相检验分析  叶片的金相检验确认,在未侵蚀状态下,检查金相抛光面的枝晶间疏松程度,叶型顶部最轻、叶型底部次之,叶盘最严重,当枝晶间的疏松连贯一起就成为细裂缝。叶型顶部、叶型底部和叶盘处的金相组织均为α基本相+Zn粒子+晶界析出物,其枝晶间组织存在严重疏松,从X射线能谱的试验结果可知,杂质元素铁和硅富集晶界,它使叶片在运行中处于脆性状态而极易断裂。3.1.4 叶片断裂性质分析  用OPTON高分辨立体显微镜和JSM-840扫描电子显微镜进行断口的微特征分析,确认叶片属于沿晶脆性断裂,裂纹扩展路程不是沿最小截面而是沿垂直于主应力的方向。在运行中叶片承受的作用力由离心力引起的拉应力、弯曲应力、烟气弯曲应力和振动应力组成。工作面侧叶盘螺丝孔外表面的综合应力较大,由于该处应力集中的存在,在表面缺陷处,存在疏松和微裂纹晶界脆性相开裂,因材料的塑性变形能力差,裂纹尖端的应力集中不能通过塑性变形而松驰,应力达到名义应力的3倍,而且叶片材料的屈强比高达96.5%~98.2%,裂纹尖端的材料达到屈服应力后即会开裂。  从叶片材料的分析可知,叶片制造存在严重的质量问题。正是由于叶片锌的质量分数和延伸率均达不到国标规定的技术要求,导致叶片沿晶脆性扩展裂纹,塑性急剧下降,叶盘处枝晶间疏松,杂质元素铁和硅

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