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摘要：本文介绍吸风机进口导叶失效原因及其危害性，提出防止进口导叶产生金属疲劳破坏的措施及其一般防范原则。并通过加强对吸风机运行技术管理，检查吸风机进口导叶及其零部件有无发生疲劳现象，对发现金属疲劳的进口导叶或零部件及时更换，以避免吸风机因进口导叶失效造成更大危害。
关键词：疲劳断裂 进口导叶 吸风机 震动
中图分类号：TM 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）29-407-01
0 引言
某电厂额定发电机组容量为2×300MW国产亚临界供热机组，锅炉型号为HG-1020/18.58-YM23，每台锅炉配备两台AN28e6（V19+4°）型静叶可调轴流式吸风机。吸风机主要技术参数：转子重量2300kg，叶轮直径2800㎜，，转数740r/min，风机入口容积容量240m3/s；电动机型号YKK630-8，额定功率1600kW、额定电压6000V。#2机组于2008年11月投产运行。2013年03月20日，#2锅炉A吸风机在运行中突然发生停机事故。
1 进口导叶失效原因分析
1.1 进口导叶损坏情况
进口导叶安装在吸风机调节装置上，由24片导叶组成，距离叶轮500mm，材质为低碳钢，板厚为2.5㎜，形状为中空机翼型薄板焊接结构。
事故发生后，通过检查吸风机损坏情况，发现右下侧一进口导叶从左侧前端约60mm处开始到右面整片进口导叶断裂，并且有数道不规则的断口和裂纹（如图1所示），脱落两块碎片（约380cm2、120cm2）掉进吸风机叶轮里，被叶轮冲击得严重变形后一碎片被掩成呈斜楔状折叠碎块，斜楔状折叠碎块的平面侧均有被叶轮严重檫伤划痕，划痕上带有叶轮摩擦时所产生的高温氧化色彩（如图2所示）。检查其它进口导叶，发现又有6片进口导叶分别有不同方位不同长度（约100～500mm）的裂纹（如图3所示）。经分析，造成吸风机停机事故的主要原因，是吸风机在运行中，一进口导叶突然断裂，脱落两片碎片，被正在运行的吸风机叶轮吸入，高速旋转的叶轮冲击碎片，将两块碎片冲击得严重变形，其中一块碎片掩入叶轮，被掩成呈斜楔状折叠碎块，引起风机强烈震动，导致风机保护装置动作，造成停机事故。
1.2 进口导叶断口分析
通过对损坏的进口导叶进行宏观检查，发现进口导叶断口明显地分为两个区域：即较为光滑的裂纹扩展区和较为粗糙的断裂区。较为光滑的裂纹扩展区是裂纹形成后，交变应力使裂纹的两侧时而张开时而闭合，相互挤压反复研磨而形成的（如图4所示）。粗糙的断裂区，则是最后突然断裂形成的（如图5所示）。进口导叶断裂后塑性变形较小，断口形貌为典型的疲劳断裂（如图6所示）。根据金属疲劳的三个主要因素（应力幅值、平均应力大小和循环次数）和进口导叶损坏情况及断口形貌综合分析判定：损坏的进口导叶为金属疲劳破坏。产生金属疲劳的主要原因是因为进口导叶震动造成的。
1.3 金属疲劳破坏形成机理
进口导叶金属疲劳破坏形成机理：进口导叶安装在吸風机调节装置上，风机运行时，受震动等交变应力作用，在进口导叶金属表面刻痕、焊接应力或内部缺陷等部位，因较大的应力集中引发微观裂纹。分散的微观裂纹经过集结沟通将形成宏观微小裂纹。已形成的宏观微小裂纹逐渐缓慢地扩展，形成宏观裂纹。宏观裂纹向进口导叶金属两边（或向应力集中的薄弱地带分岔扩展）不断延伸使进口导叶金属横截面逐步削弱并加快了断裂速度。当裂纹达到一定限度延厚度方向穿透进口导叶金属时，开裂的进口导叶时而张开时而闭合其振幅随之增大，裂纹（多道裂纹）以较快的速度扩展。当断裂的进口导叶开始出现张开摆动时，裂纹（多道裂纹）进一步加大扩展速度，当有效截面减少到进口导叶金属强度极限时，进口导叶突然断裂脱落造成事故。
1.4 金属疲劳破坏危害
综合上述分析，根据理论和生产实践证明，疲劳破坏具有在时间上的突发性，在位置上的局部性及对环境和缺陷的敏感性等特点，故疲劳破坏常不易被及时发现且易于造成事故。静载下塑性性能很好的材料，当承受交变应力时，往往在应力低于屈服极限没有明显塑性变形的情况下，突然断裂。统计数据表明，机械零件的失效，约有70%左右是疲劳引起的，而且造成的事故大多数是灾难性的。因此，必须予以足够的重视。
1.5 进口导叶金属疲劳产生原因
进口导叶安装在吸风机调节装置上，其主要作用调节风机的负荷，调节装置上安装24片导叶，在每片导叶上装有转轴，在转轴外缘头上装有转动臂、转动臂由转盘带动，转盘转动时就带动导叶旋转，以此来控制风机负荷的大小。进口导叶调节范围-75°～+30°，尺寸为长1040mm×里侧宽300mm×外侧宽600mm。
进口导叶产生金属疲劳的主要原因，由于进口导叶尺寸较大则刚度相对减少，加之各个导叶在风机里为独立同步转动部件，防止震动能力较差。当风机在低出力下运转产生震动时，除导叶自身处于被动震动外，加之受烟风流量的波动，产生气流的冲击，使进口导叶震动加剧，导致金属疲劳产生断裂。
2 防止进口导叶失效措施：
2.1 防止进口导叶震动措施
吸风机进口导叶损坏主要原因是因为震动引起的，由于震动导致进口导叶金属疲劳而产生断裂。查找并控制震源，以免因震动导致吸风机进口导叶疲劳破坏而影响机组正常运行。防止进口导叶金属疲劳破坏的措施，一般的防范原则是调整风机负荷，关小高出力风机的进口导叶开度使两台风机出力相近，减小负荷量的变化率，以免造成使开度小的风机落入喘振区运行，或长期处在低出力下运转而引起进口导叶震动。加强进风段和出风段的风压探测和信息反馈控制，防止进口导叶因喘振引起的震动而损坏。
2.2 金属疲劳解决方案
由于疲劳破坏常不易被及时发现（况且进口导叶在吸风机里面工作，运行时无法检查）且易于造成事故，疲劳断裂时无明显的宏观塑性变形，断裂前没有明显的预兆，而是突然地，并且金属疲劳一旦形成是不可修复的，其危害性极大。为防止吸风机进口导叶金属疲劳破坏事故发生，检查吸风机进口导叶及其零部件有无发生疲劳现象，对发现金属疲劳的进口导叶或零部件应及时更换。
3 结论
通过对吸风机进口导叶失效原因及防止措施综合分析，明确了进口导叶金属疲劳破坏形成机理和金属疲劳破坏危害性，并对进口导叶金属疲劳产生原因进行分析，提出了防止进口导叶震动措施和金属疲劳解决方案，提高了对吸风机震动危害性的重视，防止风机因震动导致金属疲劳破坏造成停机事故的发生，保证机组安全经济运行。
参考文献：
[1]田锡唐，焊接结构 机械工业出版社，1982年6月
[2]山西省电力工业局 编，锅炉设备运行技术，水利电力出版社1984年12月
[3]唐续坤，韩小山.锅炉辅机检修，水利电力出版社1987
[4]张文钺.周振丰，焊接冶金与金属焊接性1988年11月
[5]王铎.断裂力学，哈尔滨工业大学出版社1989年3月
作者简介：
刘永生 （1955-），男，黑龙江佳木斯人，工程师，现从事焊接技术和金属监督试验方面的工作。
关键词：疲劳断裂 进口导叶 吸风机 震动
中图分类号：TM 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）29-407-01
0 引言
某电厂额定发电机组容量为2×300MW国产亚临界供热机组，锅炉型号为HG-1020/18.58-YM23，每台锅炉配备两台AN28e6（V19+4°）型静叶可调轴流式吸风机。吸风机主要技术参数：转子重量2300kg，叶轮直径2800㎜，，转数740r/min，风机入口容积容量240m3/s；电动机型号YKK630-8，额定功率1600kW、额定电压6000V。#2机组于2008年11月投产运行。2013年03月20日，#2锅炉A吸风机在运行中突然发生停机事故。
1 进口导叶失效原因分析
1.1 进口导叶损坏情况
进口导叶安装在吸风机调节装置上，由24片导叶组成，距离叶轮500mm，材质为低碳钢，板厚为2.5㎜，形状为中空机翼型薄板焊接结构。
事故发生后，通过检查吸风机损坏情况，发现右下侧一进口导叶从左侧前端约60mm处开始到右面整片进口导叶断裂，并且有数道不规则的断口和裂纹（如图1所示），脱落两块碎片（约380cm2、120cm2）掉进吸风机叶轮里，被叶轮冲击得严重变形后一碎片被掩成呈斜楔状折叠碎块，斜楔状折叠碎块的平面侧均有被叶轮严重檫伤划痕，划痕上带有叶轮摩擦时所产生的高温氧化色彩（如图2所示）。检查其它进口导叶，发现又有6片进口导叶分别有不同方位不同长度（约100～500mm）的裂纹（如图3所示）。经分析，造成吸风机停机事故的主要原因，是吸风机在运行中，一进口导叶突然断裂，脱落两片碎片，被正在运行的吸风机叶轮吸入，高速旋转的叶轮冲击碎片，将两块碎片冲击得严重变形，其中一块碎片掩入叶轮，被掩成呈斜楔状折叠碎块，引起风机强烈震动，导致风机保护装置动作，造成停机事故。
1.2 进口导叶断口分析
通过对损坏的进口导叶进行宏观检查，发现进口导叶断口明显地分为两个区域：即较为光滑的裂纹扩展区和较为粗糙的断裂区。较为光滑的裂纹扩展区是裂纹形成后，交变应力使裂纹的两侧时而张开时而闭合，相互挤压反复研磨而形成的（如图4所示）。粗糙的断裂区，则是最后突然断裂形成的（如图5所示）。进口导叶断裂后塑性变形较小，断口形貌为典型的疲劳断裂（如图6所示）。根据金属疲劳的三个主要因素（应力幅值、平均应力大小和循环次数）和进口导叶损坏情况及断口形貌综合分析判定：损坏的进口导叶为金属疲劳破坏。产生金属疲劳的主要原因是因为进口导叶震动造成的。
1.3 金属疲劳破坏形成机理
进口导叶金属疲劳破坏形成机理：进口导叶安装在吸風机调节装置上，风机运行时，受震动等交变应力作用，在进口导叶金属表面刻痕、焊接应力或内部缺陷等部位，因较大的应力集中引发微观裂纹。分散的微观裂纹经过集结沟通将形成宏观微小裂纹。已形成的宏观微小裂纹逐渐缓慢地扩展，形成宏观裂纹。宏观裂纹向进口导叶金属两边（或向应力集中的薄弱地带分岔扩展）不断延伸使进口导叶金属横截面逐步削弱并加快了断裂速度。当裂纹达到一定限度延厚度方向穿透进口导叶金属时，开裂的进口导叶时而张开时而闭合其振幅随之增大，裂纹（多道裂纹）以较快的速度扩展。当断裂的进口导叶开始出现张开摆动时，裂纹（多道裂纹）进一步加大扩展速度，当有效截面减少到进口导叶金属强度极限时，进口导叶突然断裂脱落造成事故。
1.4 金属疲劳破坏危害
综合上述分析，根据理论和生产实践证明，疲劳破坏具有在时间上的突发性，在位置上的局部性及对环境和缺陷的敏感性等特点，故疲劳破坏常不易被及时发现且易于造成事故。静载下塑性性能很好的材料，当承受交变应力时，往往在应力低于屈服极限没有明显塑性变形的情况下，突然断裂。统计数据表明，机械零件的失效，约有70%左右是疲劳引起的，而且造成的事故大多数是灾难性的。因此，必须予以足够的重视。
1.5 进口导叶金属疲劳产生原因
进口导叶安装在吸风机调节装置上，其主要作用调节风机的负荷，调节装置上安装24片导叶，在每片导叶上装有转轴，在转轴外缘头上装有转动臂、转动臂由转盘带动，转盘转动时就带动导叶旋转，以此来控制风机负荷的大小。进口导叶调节范围-75°～+30°，尺寸为长1040mm×里侧宽300mm×外侧宽600mm。
进口导叶产生金属疲劳的主要原因，由于进口导叶尺寸较大则刚度相对减少，加之各个导叶在风机里为独立同步转动部件，防止震动能力较差。当风机在低出力下运转产生震动时，除导叶自身处于被动震动外，加之受烟风流量的波动，产生气流的冲击，使进口导叶震动加剧，导致金属疲劳产生断裂。
2 防止进口导叶失效措施：
2.1 防止进口导叶震动措施
吸风机进口导叶损坏主要原因是因为震动引起的，由于震动导致进口导叶金属疲劳而产生断裂。查找并控制震源，以免因震动导致吸风机进口导叶疲劳破坏而影响机组正常运行。防止进口导叶金属疲劳破坏的措施，一般的防范原则是调整风机负荷，关小高出力风机的进口导叶开度使两台风机出力相近，减小负荷量的变化率，以免造成使开度小的风机落入喘振区运行，或长期处在低出力下运转而引起进口导叶震动。加强进风段和出风段的风压探测和信息反馈控制，防止进口导叶因喘振引起的震动而损坏。
2.2 金属疲劳解决方案
由于疲劳破坏常不易被及时发现（况且进口导叶在吸风机里面工作，运行时无法检查）且易于造成事故，疲劳断裂时无明显的宏观塑性变形，断裂前没有明显的预兆，而是突然地，并且金属疲劳一旦形成是不可修复的，其危害性极大。为防止吸风机进口导叶金属疲劳破坏事故发生，检查吸风机进口导叶及其零部件有无发生疲劳现象，对发现金属疲劳的进口导叶或零部件应及时更换。
3 结论
通过对吸风机进口导叶失效原因及防止措施综合分析，明确了进口导叶金属疲劳破坏形成机理和金属疲劳破坏危害性，并对进口导叶金属疲劳产生原因进行分析，提出了防止进口导叶震动措施和金属疲劳解决方案，提高了对吸风机震动危害性的重视，防止风机因震动导致金属疲劳破坏造成停机事故的发生，保证机组安全经济运行。
参考文献：
[1]田锡唐，焊接结构 机械工业出版社，1982年6月
[2]山西省电力工业局 编，锅炉设备运行技术，水利电力出版社1984年12月
[3]唐续坤，韩小山.锅炉辅机检修，水利电力出版社1987
[4]张文钺.周振丰，焊接冶金与金属焊接性1988年11月
[5]王铎.断裂力学，哈尔滨工业大学出版社1989年3月
作者简介：
刘永生 （1955-），男，黑龙江佳木斯人，工程师，现从事焊接技术和金属监督试验方面的工作。