張小鋒+瞿麗莉+趙廣勛

摘 要：某電廠離心式一次風(fēng)機(jī)在正常運(yùn)行中突然跳閘，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查、歷史數(shù)據(jù)對(duì)比分析、斷口外觀檢查、硬度分析等方式，判斷風(fēng)機(jī)葉片損壞是由于前盤與葉片焊接工藝執(zhí)行不當(dāng)，使得葉片在焊縫處產(chǎn)生裂紋，隨著時(shí)間延長(zhǎng)裂紋失穩(wěn)而發(fā)生快速斷裂。又因?yàn)楣收巷L(fēng)機(jī)出口門故障無法關(guān)嚴(yán)，導(dǎo)致一次風(fēng)泄漏，一次風(fēng)壓低于臨界值，爐內(nèi)粉量驟減，爐膛壓力低保護(hù)動(dòng)作。

關(guān)鍵詞：離心式；一次風(fēng)機(jī)；葉片損壞；出口門故障；診斷分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.21.025

0 前言

一次風(fēng)機(jī)是為煤粉鍋爐送粉提供動(dòng)力的重要輔機(jī)，一次風(fēng)機(jī)故障對(duì)于煤粉鍋爐安全運(yùn)行威脅也最大。在電站鍋爐三大輔機(jī)故障機(jī)組快速減負(fù)荷事件中，一次風(fēng)機(jī)RB出現(xiàn)故障，即一次風(fēng)壓低于送粉臨界值，導(dǎo)致鍋爐全爐膛燃料喪失的事故較多，因此保證一次風(fēng)機(jī)本體可靠性，保證一次風(fēng)機(jī)相關(guān)輔助設(shè)備的可靠性，保證一次風(fēng)RB功能的完整性可靠性對(duì)鍋爐安全運(yùn)行意義重大。風(fēng)機(jī)葉片斷裂原因很多，有因?yàn)轱L(fēng)機(jī)頻繁失速產(chǎn)生的應(yīng)變力斷裂的[1]；長(zhǎng)時(shí)間氣流脈動(dòng)下葉片產(chǎn)生共振，葉片疲勞斷裂[2]；工藝缺口導(dǎo)致的應(yīng)力集中斷裂[3]，葉片冶金質(zhì)量低造成的斷裂[4]等等，文章對(duì)某電廠一次風(fēng)機(jī)的故障進(jìn)行了分析，可以為同類事件提供借鑒。

1 系統(tǒng)及事件簡(jiǎn)介

某廠機(jī)組容量350MW，配置有兩臺(tái)離心式一次風(fēng)機(jī)，該風(fēng)機(jī)葉輪為基建期間配置，未進(jìn)行過更換。該風(fēng)機(jī)未進(jìn)行變頻改造。風(fēng)機(jī)系統(tǒng)主要構(gòu)件：入口消音器、入口風(fēng)箱、入口調(diào)節(jié)擋板、集流器、轉(zhuǎn)子（葉輪兩側(cè)各一個(gè)軸承座）、機(jī)殼、出口擋板門。

事件發(fā)生前，機(jī)組負(fù)荷一直在300MW穩(wěn)定運(yùn)行，事件發(fā)生時(shí)，B一次風(fēng)機(jī)電機(jī)速斷保護(hù)動(dòng)作造成風(fēng)機(jī)跳閘，RB保護(hù)動(dòng)作，一次風(fēng)壓快速降至2.60kPa。爐膛壓力最低降至-2721Pa，鍋爐MFT動(dòng)作，首出原因“爐膛壓力低低”。

2 現(xiàn)場(chǎng)檢查情況

檢查發(fā)現(xiàn)B一次風(fēng)機(jī)機(jī)殼變形，風(fēng)機(jī)地腳螺栓松動(dòng)，風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承座損壞，葉輪前盤局部斷裂，連同兩只葉片脫落，葉輪變形，見圖1和圖2，風(fēng)機(jī)出口擋板門損壞。一次風(fēng)機(jī)電機(jī)返廠檢測(cè)電機(jī)主軸彎曲0.07mm/m，電機(jī)冷卻風(fēng)扇變形，其它無異常。

葉輪材質(zhì)復(fù)核：現(xiàn)場(chǎng)采用手持式合金分析儀（XL3t800型），對(duì)前盤、葉片及焊縫進(jìn)行了材質(zhì)復(fù)核，前盤與葉片的材質(zhì)均為16Mn，焊縫成分與前盤和葉片材質(zhì)基本相同。

葉輪斷裂區(qū)硬度檢測(cè)：現(xiàn)場(chǎng)對(duì)前盤、葉片、焊縫及初始斷裂區(qū)進(jìn)行了硬度檢測(cè)，硬度平均值分別為：前盤180HBHLD，葉片191HBHLD，焊縫160HBHLD，初始斷裂區(qū)斷面131HBHLD。

3 風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況

（1）跳閘前，B一次風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承座振動(dòng)值0.8mm/s，軸承溫度47.5℃；非驅(qū)動(dòng)端軸承座振動(dòng)值1.8mm/s（軸承振動(dòng)報(bào)警值4.6 mm/s），軸承溫度55.15℃，軸承振動(dòng)及軸承溫度均無異常波動(dòng)；風(fēng)機(jī)電流約111A，無異常波動(dòng)；風(fēng)機(jī)入口調(diào)節(jié)門開度75.4%；風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓約12.88kPa；風(fēng)機(jī)各運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定，風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常。

（2）爐膛負(fù)壓在-100Pa～-40Pa波動(dòng)。

（3）B一次風(fēng)機(jī)跳閘前，軸承座振動(dòng)值一直穩(wěn)定無異常，但在風(fēng)機(jī)跳閘瞬間，風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承座振動(dòng)值變?yōu)閴狞c(diǎn)，非驅(qū)動(dòng)端軸承座振動(dòng)值突升至20 mm/s（滿量程）。

4 歷史檢修情況

檢查3年前機(jī)組大修一次風(fēng)機(jī)檢修臺(tái)賬及文件包，大修中對(duì)一次風(fēng)機(jī)葉輪進(jìn)行了清理打磨、宏觀檢查，未發(fā)現(xiàn)葉輪裂紋、變形、磨損等缺陷；臺(tái)賬有葉輪探傷抽檢記錄。

5 原因分析

5.1 機(jī)組跳閘原因分析

B一次風(fēng)機(jī)葉輪損壞，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)受阻，導(dǎo)致電機(jī)速斷保護(hù)動(dòng)作，風(fēng)機(jī)跳閘，RB保護(hù)動(dòng)作，鍋爐自動(dòng)執(zhí)行C磨煤機(jī)切除等一系列操作，但因B一次風(fēng)機(jī)出口擋板損壞關(guān)閉不嚴(yán)，一次風(fēng)由B一次風(fēng)機(jī)入口處泄漏，導(dǎo)致一次風(fēng)壓迅速降低，引發(fā)A、B磨煤機(jī)對(duì)應(yīng)燃燒器送粉能力不足，燃料量急劇突然減少導(dǎo)致鍋爐燃燒不穩(wěn)，爐膛壓力迅速降低后達(dá)到鍋爐MFT保護(hù)動(dòng)作值。

5.2 風(fēng)機(jī)葉輪損壞的原因分析

（1）查閱B一次風(fēng)機(jī)跳閘前軸承溫度、風(fēng)機(jī)振動(dòng)值、出口風(fēng)壓、電機(jī)電流、風(fēng)機(jī)入口擋板開度等，各運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定，無異常；現(xiàn)場(chǎng)檢查風(fēng)機(jī)消音器至風(fēng)機(jī)入口風(fēng)道完好，檢查風(fēng)機(jī)內(nèi)部無異物，說明事件發(fā)生前風(fēng)機(jī)運(yùn)行是正常的、風(fēng)機(jī)葉輪的損壞不是因突發(fā)的不穩(wěn)定工況影響及外來異物的打擊而發(fā)生。

（2）葉輪殘片的形貌分析：宏觀檢查，葉輪前盤外沿與葉片焊縫附近的斷面較為平整，裂紋由前盤外沿向里擴(kuò)展，初始斷裂區(qū)長(zhǎng)度約82mm，斷面存在明顯的銹蝕現(xiàn)象，其它斷裂位置存在明顯的撕裂形貌，可判定斷裂源區(qū)位于前盤與葉片焊縫附近的最外沿。

（3）葉輪的前盤、葉片、焊縫及初始裂紋區(qū)斷面硬度檢測(cè)結(jié)果分析：焊縫硬度低于母材硬度，特別是初始斷裂區(qū)的硬度值遠(yuǎn)低于母材硬度（為母材硬度的68.5%），不符合要求。

（4）葉輪前盤開裂處受力分析：從風(fēng)機(jī)葉輪結(jié)構(gòu)來看，在氣流的作用下，葉輪前盤外沿承受的氣動(dòng)力最大，由于氣流為波動(dòng)的，此處會(huì)存在較大的交變應(yīng)力；從葉片與前盤的布置結(jié)構(gòu)與氣流流動(dòng)方向分析，前盤承受的應(yīng)力為拉應(yīng)力，且外沿與葉片焊縫處的交變拉應(yīng)力是最大的。另外，由于葉片比前盤略低，前盤與葉片焊縫處存在結(jié)構(gòu)變化，如果此處無圓滑過度、焊縫咬邊（對(duì)A一次風(fēng)機(jī)探傷發(fā)現(xiàn)存在焊縫咬邊現(xiàn)象）等焊接缺陷會(huì)存在應(yīng)力集中。

綜合以上分析認(rèn)為，前盤與葉片焊接工藝執(zhí)行不當(dāng)，使得焊縫處前盤外沿的強(qiáng)度大幅降低，一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行中，此處存在較大的交變拉應(yīng)力，在結(jié)構(gòu)變化（或缺陷處）易存在應(yīng)力集中且強(qiáng)度較低的部位首先產(chǎn)生裂紋，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，裂紋不斷擴(kuò)展，當(dāng)裂紋長(zhǎng)度超過臨界值，失穩(wěn)而發(fā)生快速斷裂，從而造成前盤斷裂。

6 預(yù)防措施

（1）修復(fù)B一次風(fēng)機(jī)本體，建議方案：更換地腳螺栓；風(fēng)機(jī)葉輪輪轂利舊，制作葉輪；更換風(fēng)機(jī)主軸；更換風(fēng)機(jī)電機(jī)側(cè)軸承座、軸承；更換聯(lián)軸器；電機(jī)主軸校直，其他部位修復(fù)。

（2）對(duì)其他一次風(fēng)機(jī)葉輪焊縫進(jìn)行全面檢查、著色探傷（發(fā)現(xiàn)局部有咬邊現(xiàn)象，未發(fā)現(xiàn)其它異常，對(duì)咬邊進(jìn)行了研磨圓滑過渡）。擇機(jī)全面檢查、探傷其他機(jī)組一次風(fēng)機(jī)葉輪焊縫及其熱影響區(qū)。

（3）將“離心式風(fēng)機(jī)的葉輪檢查、探傷”均要列入今后機(jī)組大、小修標(biāo)準(zhǔn)檢修項(xiàng)目，金屬監(jiān)督項(xiàng)目。

（4）加強(qiáng)入廠驗(yàn)收：驗(yàn)收項(xiàng)目要包括葉輪宏觀檢查、探傷，對(duì)板材及焊縫進(jìn)行材質(zhì)復(fù)核；對(duì)板材、焊縫及熱影響區(qū)進(jìn)行硬度抽檢。

（5）使用不同的最優(yōu)的檢測(cè)手段對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行靜態(tài)檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)[5]。

參考文獻(xiàn)：

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[3]郭興貴，劉峰，李俠.鍋爐一次風(fēng)機(jī)葉片斷裂的分析與研究[J]. 華北電力技術(shù)，2005（08）：8-13.

[4]鄭國(guó)，李濤，牛海峰等.600MW機(jī)組風(fēng)機(jī)葉片斷裂分析[J].黑龍江電力技術(shù)，1999，21（02）：40-41.

[5]劉雙，胡斌，賀鑄等.風(fēng)機(jī)葉片缺陷的無損檢測(cè)方法比較與評(píng)價(jià)[J]. 無損檢測(cè)，2015，37（03）：47-51.

作者簡(jiǎn)介：張小鋒（1973-），男，陜西合陽人，工學(xué)學(xué)士，工程師，主要研究方向：大型火電機(jī)組生產(chǎn)管理研究。endprint