600MW燃煤机组变频静调风机叶片故障分析研究王洪武

600MW燃煤机组变频静调风机叶片故障分析研究王洪武

王洪武

（大唐湘潭发电有限责任公司湘潭湖南411102）

摘要：大唐湘潭发电有限责任公司四台机组，一期#1、2机为两台300MW机组，二期#3、4机为两台600MW机组。#3、4机组分别于2006年4月、2006年11月投产。#4机组2014年经过增引合一改造，取消增压风机，引风机换型。运行至今，2017年小修中发现#42引风机叶片出现严重裂纹，本文通过风机设计参数、运行工况等情况来分析裂纹的形成原因，并提出处理方案和防范措施。

关键词：静叶调节引风机；叶片；裂纹

一、设备概况

大唐湘潭发电有限责任公司#4机组，为2006年11月31日通过168小时试运行的新投产机组，锅炉为东方锅炉厂生产的DG1900/25.4-Ⅱ1型超临界参数变压直流本生型锅炉，单炉膛，Π型锅炉，前后墙对冲燃烧方式，一次再热，尾部双烟道结构，采用平行挡板调节再热汽温，固态排渣，平衡通风，露天布置，受热面采用全悬吊方式，炉架采用全钢结构。

4号锅炉原安装2台型号为AN35e6（v19+4°）的静叶可调轴流式引风机，考虑锅炉加装SCR脱硝装置，引、增压风机一体化改造后，引风机系统阻力增加，原风机不能满足工况要求。2013年4号机组大修期间，对4号锅炉2台引风机进行了扩容改造，将引风机换型为HA46248-8Z，取消增压风机，引风机出口汇集后直接连接GGH入口，同步对变频器进行了增容改造，型号更换为Zinvert-A7H7800/06Y。2016年10月完成4号机组环保超低排改造工程，引风机设计参数满足运行工况要求，未做变动，其设备参数如下：

风机设计运行参数（B-MCR工况）：风机入口流量484（m3/s，单台），入口烟气温度120℃，密度0.87kg/m3，风机设计全压升8923Pa，全压效率86.5%，风机转速965r/min，电动机功率6300kW。

二、设备故障

该风机于2013年7月投入正式运行，运行期间参数正常。2016年10月，机组实施了超低排放改造工程，风烟系统阻力增加了近2000Pa，风机失速现象频繁发生。据统计，2017年以来#4炉引风机总共发生4次失速，分别在8月1日、8月4日、8月6日和8月8日。风机本体X振动值最高达到4.8mm/s（正常在2mm/s以内）。

2017年10月4号机组小修时发现#42引风机叶片有2条可见裂纹，见下图。

三、原因分析

通过对#42号引风机叶轮叶片裂纹的形式分析，判断该裂纹为疲劳裂纹，而造成疲劳裂纹的原因主要由以下几个方面：

1.失速原因

风机运行区域指的是在不损坏风机的前提下风机的连续运行区域，在广阔范围内，AN系列轴流通风机的性能可以通过调节前导叶以满足现场要求。在该范围以外运行，尤其是如果持续运行时间较长，则会造成损坏。如进口流量太小，会产生旋转失速，会出现出力下降过快或振动突然加剧，在失速下运行将会增加某些部件的负荷，特别是前导叶和叶轮叶片，喘振可使叶轮压盘螺栓被震断或震松。

风机配备了失速报警装置，以用来测量叶轮上游的差压。在稳定区，该差压很低，失速报警器不释放任何信号，如果进入失速区运行，则差压增高，失速报警器将释放信号。（注：在前导叶开度小于43%的情况下，因所测得信号是无用信号，故须予以解列）

自2016年#4炉实施完超低排放改造以来，风烟系统阻力增加了近2000Pa，ECR工况下系统总阻力接近8000Pa，正常运行工况下，便已经逼近了引风机失速区。

2017年以来#4炉引风机总共发生4次失速。风机在失速条件下，产生的气流压力脉动是正常情况下的几十倍，会使叶片受到疲劳，极大降低叶轮使用寿命，最终导致叶片出现裂纹并且裂纹逐步扩展。

2.共振原因

经查询历史数据，风机在35HZ、41HZ等频率下运行时，振动会突变较大，根据经验分析有可能是气流通过频率与叶片固有频率发生共振。而共振会产生较大的冲击能量，若风机长期在此条件下运行，会使叶片受到疲劳，极大降低叶轮使用寿命，最终导致叶片出现裂纹并且逐步扩展。

3.变频器谐波的原因

在增引合一改造项目中，变频器也随之增容，型号为Zinvert-A7H7800/06Y，额定电流750A，过载能力130%（3分钟）/180%瞬动。引风机变频方式运行时其电流主要与风机轴功率有关，当一台引风机突然不出力，另一台引风机会出现较为严重的抢风现象，使引风机变频器过流，另一方面，在引增风机合并后引风机出口压力增加较多，烟道阻力特性曲线变陡，使引风机发生抢风后重新并列困难，引风机变频器过流时间过长，变频器功率单元将过热、超温，严重时损坏功率单元，导致风机跳闸。

变频器是非线性设备，使用大功率二级管整流，大功率晶体管逆变，运行中必将会引起正弦波的畸变而产生高次谐波。谐波电流通过电动机在轴系中产生脉动扭矩，脉动频率与轴系（或部件）频率一致时也将产生共振。

综上所述，叶轮损坏的主要原因是由于引风机出现多次失速和共振，使叶片本身受到了较大的动应力，而叶片的进口根部所受的动应力最大，所以叶片的进口根部会最先产生疲劳源，受到疲劳损坏，从而减少了叶片本身的寿命。

四、后续处理

由于叶轮、叶片采用进口NAXTRA700钢，焊接工艺要求高，需要专用的工装模具，不具备现场修复的条件，与生产厂家联系后，返厂检修。返厂叶轮叶片进行了全面的着色探伤检查，一共发现6片叶片裂纹，对拉裂损失严重的两副叶片进行了更换，重新焊接处理，其余4片将裂缝打磨后补焊修复，并加装变频口环。同时发现叶轮轮毂内孔已磨损，决定对内孔、叶轮与压盘配合的结合面及联轴器配合的内止口进行对焊处理，加工至图纸尺寸。厂家完成修复后，对所有焊缝进行了探伤合格，并重新做动平衡试验合格后返回现场装复。11月3日检修完毕试运2小时，运行正常。

五、防范措施

1.机组运行期间，尽量降低风烟系统阻力，避免风机进入失速区。一旦风机失速后尽量缩短调整时间，快速调整避开失速区。

2.风机变频运行时，请在运行中监测电机和风机轴系的振动状况，遇到振动加大，找出频率较集中的转速区间，迅速越过共振区，提高风机转速，辅助调节导叶开度。

3.因变频器对电机输出转矩特性和风机的影响未知，建议降低风机调节速度，减少对具有较大转动惯量风机转子的冲击，降低应力幅。

4.风机在运行的过程中，对风机的运行速度应缓慢调节，避免急剧的启动和制动（可设置较长的启动和制动时间）；

5.对变频器进行定期维护，应经常检查变频器电压，电流输出波形是否失真，确保变频器正常运行；

6.在停机检查过程中，建议检查膜片联轴器的螺栓和叶轮压盘螺栓是否有塑性变形；传扭中间轴的法兰盘与轴管焊接处是否有裂纹；叶片根部与轮毂及叶片与圆钢之间的焊接附近是否有裂纹。

六、结论

此次是一起典型的变频运行工况下，因多次失速和共振，使叶片本身受到了较大的动应力而产生疲劳损坏的事件。所幸发现及时，未造成严重后果。目前因超低排改造项目实施，造成风烟系统阻力增加，引风机工作环境进一步恶劣。多台机组的引风机工作在失速线区域边缘，每当负荷调整时，经常容易进入失速抢风的工况，给引风机设备带来安全隐患。故建议各火电机组保证空预器、脱硫吸收塔、MGGH的阻力正常，尽量降低烟道阻力，同时利用机组集中检修机会，对引风机传动轴及叶片根部等部位进行探伤检测，及时发现隐患，保证机组安全运行。

参考文献：

[1]《静叶可调轴流式风机产品说明书》成都电力机械厂2010年

[2]《锅炉设备检修技术标准（2*600MW机组）》大唐湘潭发电企业标准2010年12月

作者简介：

王洪武，男，出生于1975年9月，工程师，大唐湘潭发电有限责任公司检修部锅炉专工。