动叶可调轴流式风机叶片断裂的原因分析

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1、动叶可调轴流式风机叶片断裂的原因分析来源：中国风机选型网(http://www.fanxp.com/)作者：iason原文：动叶可调轴流式风机叶片断裂的原因分析(http://www.fanxp.com/Article/Tech/TDoc/200707/378.html)   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（4×300MW）国产汽轮发电机组的每台锅炉蒸发量为1021t／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

2、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2880mm，轮毂直径为1600mm，设计叶片材料是ZL402铸铝合金，牌号为ZA1Zn6Mg，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   

3、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1317h；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114h。    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

4、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

5、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

6、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

7、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