科曼机电

摘 要：以直接空冷 600 MW 机组为例，分析了空冷岛轴流风机叶片异常断裂的原因，提出了预防叶片断裂的措施，供同类型汽轮机空冷岛轴流风机叶片安装时参考。

关键词:直接空冷机组;汽轮机;空冷岛;轴流风机;叶片;断裂分析

0 引言

****电厂一期为2台600 MW直接空冷机组，采用NZK600-16.7/538/538型汽轮机，“1和*2机组于2007年年底通过168h试运行。

直接空冷系统的流程为：从汽轮机低压缸排出的乏汽，经由2根φ6000mm的排汽管道引到厂房外，垂直上升到35m高度后，分出8根。3000mm的蒸汽分配管，将乏汽引入空冷凝汽器顶部的配汽联箱。

当乏汽通过配汽联箱流经空冷凝汽器的翅片管束时，大量的冷空气被轴流风机吸入，通过翅片管的外部进行表面换热将热量带走，从而使乏汽凝结成水，凝结水由凝结水管收集起来排至凝结水箱，由凝结水泵升压，送往热力系统完成热力循环。

每台机组空冷岛配套56台轴流风机，每台风机装有5个叶片，风机叶轮直径9.14m,叶片设计寿命150000h,该风机叶片由国内某知名制造厂家供货。空冷岛轴流风机是关键零部件之一，其性能的优劣，不仅影响机组的经济性，而且影响机组的可靠性。

1  #2机组风机叶片断裂情况分析

1.1  3 列7号风机叶片断裂情况分析2008年8月，"2 机组3列7号风机4 叶片破损,编号为 002207 和 002213 的2个叶片完全破碎编号为 002199 和002195 的2个叶片部分破裂，编号为 002314 的叶片外观完好。叶片断裂情况如图1 所示,图中:1为002207,2 为 002213,3 为 0021994为002195,5为002314

从现场破损风机的断裂面来看，只有叶片 1002207)有陈旧性创面，而这个叶片是叶轮逆时针方向的第1个破损叶片，且紧靠完好的叶片 5002314)。其余叶片的创面全部是新的，由此可 以判定，叶片1 002207)是第1 个失效的叶片。

定义叶片朝向管束方向的为 X 面,朝向地面的为 0面。叶片1 002207)断裂面在 0面上是陈旧性裂纹，表面整体平滑，有玻璃钢粉末。X面的断裂面为新创面,纤维整体呈放射状,表明是在瞬间强大拉力下失效的。由此判断，裂纹最先在0 面发生并且随时间向纤维深处延伸，到一定程度 X面受力过大而造成纤维拉断。

首先，叶片1 002207)瞬间断裂，断裂下来的叶片与高速旋转的叶片 2 002213)碰撞解体并造成叶片 2 折断，由于叶片 2 吸收了大部分动能，因此剩余的碎片对叶片3 002199)和4 002195)冲击力相对较小,叶片3 002199)和 4 002195)部分破裂，叶片5 002314)没有受到任何冲击,所以外观完好。

1.3原因初步判断

叶片变截面是受力最集中的部位，正常工况中，叶片要承受向下的压力，X面要承受较大的拉力，故叶片失效绝大部分是从X面开始的通过了解叶片制造商情况，得知该叶片制造商有超过 40 年的制造经验，但从未发现过叶片由于 0面原因而失效，该制造商自 2005 年至今制作了超过15 000 个叶片,在其他现场没有发生过叶片失效的情况。初步判断，叶片从 0 面失效是由安装时发生的异常情况引起的。

2 叶片安装情况回顾

2007 年11月,现场质量检查人员在进行2机组试运行前检查时发现，叶片大部分有受损情况，轻微的有外观划痕，严重的有外观破损等情况。检查发现:大部分叶片表面有划痕和磕碰痕迹;有 97 个叶片表面缺陷需要修复;有3 个叶片受损严重只能报废;有8 个不锈钢U形螺栓被更换成了安装公司自制的钢螺栓;有约 150 个不锈钢特殊螺纹涂层的螺母被安装公司更换成了普通螺母。部分受损严重叶片如图 3~9 所示。检查后,叶片制造商派人对现场外观缺陷叶片进行了修复。

3 进一步原因分析

对3列7号风机叶片解体检查发现，叶片5002314)表面完好,无叶片失效时与其他叶片撞击的痕迹，叶片内部支撑梁有不规则裂纹 沿叶片轴线方向长约3m)。根据 2007 年11 月现场检查情况，可认为这种裂纹是由安装过程中的异常操作引起的,这种加强肋上的裂纹会大大降低叶片的整体强度。有鉴于此，对“2 机组的叶片进行详细排查

4现场检查结果及验证

4.1现场检查结果

2) 少数叶片外观良好，但内部胶粘剂裂纹严重，部分叶片内部支撑梁有裂纹，为了进一步验证裂纹情况,将胶粘剂裂纹严重的叶片解体检查。胶粘剂严重裂纹叶片003843《2 机组1列7号)解体后

试验照片对比情况。为进一步确认叶片 003843内部裂纹产生原因,采用模拟试验方法进行验证。将一个备品叶片锯开后,内部结构在试验前完好，将其从 5 m 高度落到地面,发现轴径上出现类似裂纹试验所用轴径部分质量约 7kg，完整 30ELF 质量约130 kge

2) 将断裂的叶片 002357 轴径切开后与有裂纹的叶片003843 轴径放在同一位置比较，发现叶片002357 轴径断裂位置与叶片003843 轴径裂纹位置几乎相同。002357 轴径与叶片003843 轴径裂纹位置对比如图19 所示。

5 结束语

在现场安装过程中，“2 机组叶片由于异常操作,，对叶片内外部结构造成损伤,部分内部损伤在使用过程中逐渐恶化导致叶片最终失效。现有无损检测方法并不能将这种内部损伤百分之百检测出来，只有严格执行安装前技术交底、安装中质量检查、安装后定期维护，才能及时发现问题。叶片修复要求环境温度在10C以上,2009 年5月对“2 机组叶片集中处理后,至今叶片运行良好再没有发生断裂事故。