660 MW机组送风机叶片断裂原因分析

胡庆权，张华聪，高立发

(重庆合川发电有限公司，重庆 401536)

某公司2×660 MW机组锅炉送风机由上海鼓风机厂有限公司制造，为动叶可调轴流风机。动叶可调轴流风机主要由吸入烟风道(进气箱)、扩压筒、叶轮、主轴承箱、刚挠性膜片联轴器和操作机构等部件组成，辅助设备包括液压润滑站、罩壳和消声器等。锅炉风机型号为FAF21.1-10-1，风机为单级共14片叶片。风机效率84.47%，轴功率1 493 kW，转速1 490 r/min，全压5 424 Pa，流量237 m3/s。

1 事件过程

2020年1月9日08:00，4#机组负荷400 MW，A送风机动叶开度39%左右，电流58 A左右；B送风机动叶开度35%左右，电流53 A左右。监盘人员发现B送风机前轴承振动由1.3 mm/s升至4.3 mm/s，后轴承振动由1.6 mm/s升至5.6 mm/s。值长立即通知相关人员就地检查，运行人员检查发现B送风机内部有异音，就地实测最大振幅为41 μm，而外部委托单位检查后回复，B送风机运行正常。运行车间要求加强对B送风机的监视和检查。

1月10日07:56，发现4#炉B送风机振动呈增大趋势，异音也较之前有所增加；23:20 4#炉B送风机停运转检修，经检查发现有4片动叶损坏。

1月11日10:50，动叶更换完毕后，B送风机并入系统运行，与叶片断裂前相比发现，在动叶开度相同的情况下，B送风机电流高10 A左右，振动也有所增大，在3.5 mm/s左右。

1月13日00:50，监盘人员发现4#炉B送风机有“后轴瓦振动大”报警信号发出，DCS显示振动6.5 mm/s(图1为B送风机故障时参数)。就地检查发现B送风机内部有明显异音，就地振动大，监盘人员怀疑叶片再次断裂，立即停运B送风机。03:00 4#炉B送风机停运后经检查发现多块叶片损坏。

图1 B送风机故障时参数

1月14日，B送风机经吊盖检查发现，14块叶片均不同程度受损。全部叶片更换完毕并将B送风机并入系统后，其运行正常。

2020年4月25日18:45，4#炉B送风机突然振动大跳闸(图2所示为B送风机故障时参数)，锅炉RB动作，经检查发现风机1块叶片叶柄轴断裂被甩出，2块叶片根部螺栓断裂甩出， 其余叶片、风机导叶及均流板均不同程度受损。

图2 B送风机故障时参数

2 设备损坏情况

2020年1月10日23:20，4#炉B送风机停运后检查发现，有4片动叶(送风机共14片动叶)损坏，如图3所示。

图3 送风机4片损坏动叶

2020年1月14日，B送风机经吊盖检查后发现，14块叶片均不同程度受损，如图4所示。

图4 送风机14片损坏动叶

2020年4月25日23:20，4#炉B送风机停运后经检查发现有14片动叶损坏，风机1块叶片、叶柄断裂，风机导叶及均流板均不同程度受损(图5)。4#炉B送风机转子返厂修后回装，试转正常。

图5 风机导叶及均流板不同程度受损

3 事件原因分析

3.1 第一次叶片损坏原因分析

1月9日08:00，B送风机振动突增后，此时叶片疑似有断裂，而现场人员没有引起足够的重视，没有及时停运检查，B送风机“带病”运行38 h，加剧了B送风机叶片损伤。

查阅近期B送风机振动、电流及风压曲线，未发现失速现象。检修人员就地对B送风机动叶进行开关试验，各动叶角度基本一致，基本排除叶片断裂为“失速”造成。

检修人员对风机内部进行检查，未发现异物，可以排除叶片断裂是异物撞击造成。

第一次停运后对所有叶片的紧固螺帽、叶柄支持轴承螺帽进行检查，均未发现异常，据此判断不是由叶片与轮壳碰磨造成叶片断裂。

从叶片断口位置来看(1块叶片断口在1/3位置，另外3块在叶片顶部)，初步判断原始断口为1/3位置处叶片，此叶片或存在制造缺陷或疲劳损坏，断裂的叶片与另外3块叶片产生碰撞造成损伤。

3.2 第二次叶片损坏原因分析

B送风机第二次停运后，现场人员对风机主轴承解体进行检查，未发现异常，因此可以推断叶片断裂不是由叶片与轮壳碰磨造成的。

第一次更换动叶时，现场人员对剩余叶片仅通过肉眼观察有无损伤，没有做无损检测，个别叶片可能存在损伤未被发现。B送风机运行时损伤的叶片断裂，而断裂的叶片与其他叶片产生碰撞(风机轮壳下部存在明显碰磨痕迹)，造成14片叶片均有不同程度损坏。

3.3 第三次叶片损坏原因分析

风机损坏的原因：1块叶片的叶柄发生断裂，断裂叶片及叶柄甩出，撞击风壳产生的碎片，在风机高速旋转运行中，冲撞其余叶片，造成其余叶片损坏。

叶柄发生断裂的原因：从叶柄断面看，叶柄表面存在初始缺陷，在运行中受离心力及风机负荷变化的影响，初始缺陷逐渐扩大，当扩大到断面的80%～90%时，叶片和叶柄发生突然断裂并飞出 。由于该叶柄初始缺陷位置在轮毂内部且贯穿平衡块处，所以常规检修时风机不易发现该缺陷。

3.4 其他风机检查情况

4#炉B侧送风机出现叶片断裂后，对A送风机、一次风机及引风机叶片进行全面着色渗透检查，未发现异常，检查情况如图6所示。

图6 全面着色渗透检查

3#炉风机进行全面着色渗透检查，发现3#炉B送风机叶片出现异常，检查情况如图7所示。在两块叶片的1/3位置，可发现叶片表面裂纹。

图7 3#炉B送风机异常叶片

3.5 叶片损坏原因分析

4#炉B送风机叶片的断口位置和3#炉B送风机叶片发现的缺陷，可证明此类铸铝叶片存在制造缺陷，运行中疲劳损坏造成断裂，断裂的叶片与其他叶片产生碰撞造成损伤。叶片多次发生断裂，对叶柄表面存在的初始缺陷产生影响，使初始缺陷逐渐扩大，当缺陷逐渐扩大到断面的80%～90%时，叶柄发生突然断裂飞出，造成风机叶片全部损坏。

4 采取的防范措施

通过对风机叶片断裂的原因进行分析，采取以下防范措施。

首先，机组运行期间，加强风机参数监视和就地检查，发现异常及时分析处理[1]。

第二，重新选择送风机叶片材料和制造工艺，如采用航空锻铝新工艺制造叶片，采用钢制叶片等。

第三，利用机组检修机会对叶片监督检测，定期对叶片及叶柄进行探伤检查，对发现的缺陷及时修复或更换叶片。风机检修重点进行以下项目检查：风机叶片积灰清理、完整度检查；叶片根部与轮毂结合面杂物清理；叶片开关传动检查；叶片传动机构检查等[2]。

第四，及时储备备用叶片，在风机叶片发生异常时能够及时抢修，避免风机长时间单侧运行，从而影响机组负荷和安全运行。

最后，在风机转子及叶片损坏严重时返厂检修，更换所有风机叶片、叶柄轴 、轴承、螺栓及密封组件，并对风机进行动平衡试验[3]。

5 结论

风机叶片运行工况相对恶劣，运行中有持续应力作用，易发生疲劳损坏，对磨损严重或有缺陷的叶片要及时修理、更换，防微杜渐。本次660 MW机组风机叶片断裂原因分析和发生风机叶片断裂后采取措施，为加强风机叶片修复质量监督及每次等级检修中对叶片的检查提供了宝贵的经验。