天鐵7#風機動葉片斷裂原因分析與改進

文建宇

（天津天鐵冶金集團有限公司動力廠，河北涉縣056404）

1 引言

天鐵7#風機承擔著高爐供風任務，該機組于2001年7月投產。2009年12月起經常出現機組喘振和部分動靜葉片損壞及軸瓦振動時常出現波動的現象，造成機組運行不正常。經過對上述事故原因分析研究后，于2011年5月對該機組進行了優化改造。通過調整動葉片與隔葉塊之間的接觸面積、優化動葉片裝配效果的鑒定等改造措施，保障了動葉片正常工作，確保了機組的運行安全。

2 動葉片斷裂原因分析

天鐵7#風機轉子由主軸、動葉片、隔葉塊、葉片鎖緊裝置等組成。轉子是鼓風機最重要的部件，通過轉子的高速旋轉來提高氣體壓力。轉子上裝有多級動葉，各級動葉片沿圓周方向裝在轉轂的T型葉根槽內，每一級內兩個動葉片之間用隔葉塊定位，每級最后安裝的兩個動葉片之間用鎖緊隔葉塊定位并鎖緊。轉子部分動葉片斷裂，原因只有兩個：轉子不斷變形，頂間隙不斷減小而碰磨缸體；轉子動葉片未被隔葉塊壓緊或鎖緊，在離心力作用下不斷被甩出，頂間隙不斷減小而碰磨缸體。圍繞上述兩點原因，用各種技術檢測手段加以分析。斷裂的轉子動葉片見圖1。

圖1 斷裂的轉子動葉片

2.1 對轉子打表檢查

轉子各件組裝和熱裝后，由于誤差的積累和微小的變形造成了整體轉子的形位誤差比單件時的形位誤差有較大的變化，必須對轉子進行全面的圓跳動檢查，即打表檢查，一般用V型架支撐在旋轉軸頸上進行打表。此次檢查的目的驗證轉子是否有彎曲，彎曲的轉子轉動后由于甩轉可能會使動葉片碰磨缸體而斷裂。轉子打表數據見表1。

表1 轉子打表數據

分析表1的打表數據，說明轉子圓跳動的實際情況合格，沒有出現變形情況。

2.2 對動葉片高度進行測量

制造廠家在轉子出廠前在車床上對動葉片進行圓周車削，所有的動葉片葉頂高度保持一致。對轉子第3級和第7級動葉片高度差進行抽樣打表檢測，發現第3級動葉片高度差最大為0.40 mm，7級動葉高度差0.2 mm。可見，葉片斷裂的直接原因是動葉片甩出長高與缸體碰磨造成。

2.3 對安裝質量進行檢查，主要檢查動葉片和隔葉塊接觸情況

轉子動葉片是通過隔葉塊壓緊動葉片葉根以及與動葉片葉根側面的面接觸而固定在轉子輪槽中，動葉片底部通過墊隙條紫銅絲墊實，防止松動。通過目測和用0.05 mm塞尺測量部分動葉片與隔葉塊之間的間隙，發現第3級、4級、7級動葉片與隔葉塊側面接觸面積少或有間隙?？芍?，葉片甩出長高的根本原因是隔葉塊與動葉片葉根側面接觸面積少，隔葉塊未壓緊動葉片葉根而甩出。

2.4 動葉片的無損檢測

葉片斷裂前有一個疲勞裂紋的增大階段，通常采用著色探傷或磁粉探傷的方法進行裂紋檢驗。我們對容易出現裂紋的所有葉片葉身及葉根過渡區進行磁粉探傷檢查，沒有發現葉片裂紋缺陷?？梢?，葉片本身不存在材料質量缺陷。

通過上面的技術分析，葉片斷裂的直接原因為動葉片甩出，動葉片頂間隙不斷減小，最終動葉片頂部碰磨缸體而斷裂。根本原因為動葉片的安裝質量不佳，轉子高速運轉時離心力把動葉片甩出。

3 改造措施

3.1 動葉片的裝配措施

3.1.1 轉子輪槽的打磨與吹掃

首先應將輪槽內毛刺、傷痕修理光滑，然后用細砂紙擦亮，用壓縮空氣吹清后，用二硫化鉬粉涂擦葉片槽，并把粉末吹凈。

3.1.2 動葉片的安裝接觸面積的保證

對每級排好序的新葉片和繼續使用的舊葉片葉根部倒角情況仔細復查一遍，在倒角合格的葉片葉根T型腳及平面上涂一薄層紅粉，將葉片試裝進輪槽，用塞尺檢查葉根與輪槽及葉根與隔葉塊側面的接觸情況。若用0.05 mm塞尺片塞不進，則說明接觸良好；若個別葉片進出汽邊尖角處用0.05 mm塞尺塞入，深度小于10 mm，則認為該葉片葉根接觸合格。同時拆出試裝葉片檢查紅粉印痕，接觸應均勻，接觸面積占總面積的75%以上。達不到上述兩項要求者應進行刮研。

3.1.3 節距的保證

葉頂處測量葉片節距與設計圖紙對照，誤差小于0.5 mm。當節距偏大時，可在備品中挑選較薄的隔葉塊或將厚度研??；節距偏小時，可挑選厚度較厚的隔葉塊進行調整。

3.1.4 墊隙條紫銅絲的安裝

設計時葉根底部用墊隙條紫銅絲，按設計要求隨葉片的組裝及時裝入墊隙條。在正式安裝葉片前要更換新墊隙條紫銅絲。

3.2 動葉片裝配效果鑒定措施

整級動葉片更換結束后，為了掌握葉片的換裝質量和確保葉片葉頂間隙，應進行下列測試和檢查工作。

3.2.1 測量葉片的振動頻率

葉片的裝配質量對葉片振動的固有頻率有直接影響。當葉片固有頻率與周期性擾動頻率相一致時，會使葉片發生共振而折斷。因此，葉片振動頻率必須避開共振區域，通過測量葉片的頻率可以鑒定葉片的換裝質量和確定葉片是否會發生共振而斷裂。按圖紙要求對第1級動葉片測靜頻，應不小于375 MHz，實際測量結果符合圖紙要求。

3.2.2 測量動葉片間隙，使滿足圖紙要求

在轉子第一次做高速之前，測量和記錄動葉片與缸體的間隙，并逐級對動葉片進行車削，確保間隙滿足圖紙要求。做完高速后發現葉片間隙變小甚至為零，說明動葉片還有甩出的現象。按間隙要求再次對動葉片進行車削，轉子做第二次高速動平衡，最后做完第三次高速動平衡后，動葉片才沒有被甩出，間隙符合圖紙要求。

3.2.3 轉子校動平衡

由于制造裝配上的誤差或設計上的不對稱性造成轉子質量分布沿軸線不均勻，轉子在轉動時就要產生不相等的離心力，使旋轉機械產生振動，振動大到一定值時，就會產生故障，可見轉子必須進行動平衡試驗。轉子經過更換葉片后，應作高速動平衡和超速實驗。

最終轉子做了三次超速動平衡試驗，除了使殘余不平衡量達到范圍內，主要目的在于轉子通過多次工作轉速或超速運轉，把動葉片甩出到極限，在生產時就不至于再次被甩出。這也是保證安裝質量的最后一道保險。

4 結束語

天鐵7#風機機組改造完畢后，性能滿足生產要求，各項運行參數控制在正常范圍內，保障了動葉片正常工作，確保了機組的運行安全。同時，對今后風機的正常運行積累了經驗。

[1]《火力發電職業技能培訓教材》編委會.汽輪機設備檢修[M].北京:中國電力出版社，2005.

[2]蘇晉生，劉衛東.汽輪機設備檢修技術問答[M].北京:中國電力出版社，2004.