1 设备概况

某电厂1号锅炉为东方锅炉集团股份有限公司生产的超超临界锅炉，额定蒸发量为3000 t/h，于2010年建成投产。锅炉配置2台50%容量送风机，为豪顿华工程有限公司生产的ANN-3120/1600N型动叶可调轴流风机，叶轮直径3120 mm，轮毂材质为球墨铸铁，风机转速995 r/min，电动机额定功率3000 kW，额定电流207 A。1级叶轮共26片叶片，调节范围为15°~55°，风机入口容积流量401.7 m³/s，入口全压-495 Pa，全压升5689 Pa，风机效率85.7%。叶片材质为ZL402铸铝合金，叶片进气侧安装不锈钢防磨鼻^[1]，在叶片内外弧沿长度方向用14颗螺钉固定在叶片基体上，内外弧面螺栓孔基本等间距错开。

2 事故过程及送风机损坏情况 2.1 事故过程

事故前机组运行状态：机组AGC投入，负荷580 MW, A、C、E、F制粉系统运行，B制粉系统检修，A、B送风机自动投入，动叶执行机构开度分别为32%、31%，电流分别为57.8 A、55 A，机组稳定运行。运行中A送风机轴承x、y向振幅在1 s内分别由0.675 mm/s、0.928 mm/s突升至20 mm/s，振动测点超量程变质量坏点（送风机振动保护逻辑在振动测量值超高限后判断为坏质量）；风机电流由57.8 A突升至67.2 A，3 s后降至48.5 A；A、B送风机出口风压在15 s内分别由1.3 kPa、1.2 kPa快速降至0 kPa，二次风箱风压由0.3 kPa降至-1.07 kPa，炉膛负压由-105 Pa降至-1070 Pa。各运行制粉系统模拟量火检信号强度减弱，火检开关量信号陆续消失，机组跳闸，锅炉MFT动作，首出全炉膛火焰丧失。A送风机振动突增至锅炉MFT动作仅耗时15 s，且A送风机动叶调整无效，就地检查发现A送风机出口挡板连杆弯曲，液压油站漏油，操作员手动停运A送风机。

2.2 风机损坏情况

机组停运并采取安全措施后，维护人员进入风道内部进行检查，发现A送风机叶片全部断裂，碎片散落于风机扩压筒，风机内部未发现其他异物，如图 1所示。检修过程中发现26片叶片断裂为106块碎片（如图 1），整套叶片全部报废；前后导叶及机壳局部被断裂的叶片击伤，动叶调节装置液压油管全部被打断，膜片式联轴器的部分膜片损坏。因现场无法对风机轴承箱、动叶调节机构及轮毂的损坏情况进行检查，遂运回制造厂家进行解体检查。

3 事故原因分析 3.1 事故前运行状态

1号炉A送风机自机组投产以来运行工况稳定，未出现过喘振、失速等异常工况。事故发生前A送风机相关运行参数均正常，x、y向振动值变化情况如图 2所示。970 MW负荷下，风机电流为107 A，不存在超出力运行现象，从风机运行参数判断，轴承振动、轴承温度、电动机电流、风压等均正常。

3.2 数据分析

从A送风机运行数据可知，风机事故前不存在振动突变或增大的趋势，振动是在叶片断裂瞬间突升，因此可排除由于叶片固定螺栓松脱或风机喘振、失速等因素使得叶片受到较大的动应力，导致风机叶片瞬间断裂损坏的可能^[1-3]。

3.3 风机内部检查

对风机内部进行检查，在风机进、出口部位除断裂的叶片外未发现其他异物，且风机入口防护罩及内部支撑构件完好，无断裂现象，因此可以排除由于风机入口有外来异物进入导致叶片断裂的可能^[4]。

3.4 风机叶片力学性能分析

送风机叶片断裂事故发生后，对断裂的叶片样品分别进行拉伸、硬度和冲击试验，结果见表 1。从试验结果可知，样品的硬度值和抗拉强度均符合GB/T 1173-2013对铸铝合金ZL402的要求；伸长率和冲击吸收功偏低，样品2伸长率低于GB/T 1173-2013对该型号合金的要求，造成材料塑性和韧性有所下降，虽对送风机叶片力学性能会有一定影响，但经分析认为其对材料的力学性能影响可以忽略不计^[5]。

3.5 风机叶片断口分析 3.5.1 断口形貌

送风机叶片断裂事故发生后，对现场搜集到的106块残片断口形貌进行分析，发现19片叶柄固定螺栓断裂，其中7片在叶片根部附近断裂（见图 3）。19片断裂的叶柄螺栓分别存在撸丝、拉长、缩颈、弯曲、剪断等多种断裂现象，为非正常工况复杂应力作用下的过载失效，属于事故后受外力作用形成。7片在叶根附近断裂的动叶，断面平整，无塑性变形现象，断裂纹路细腻、色泽鲜亮，不存在明显氧化腐蚀、陈旧性裂纹及气孔、夹杂、缩松等铸造缺陷，为巨大外作用力下的一次性脆断，均为事故后形成^[6]。

3.5.2 宏观检查

对所有叶片残片进行宏观检查，多数叶片碎块断裂面色泽、形态未见异常，属于一次性脆断；其中7片带有叶柄的较为完整的叶片，叶身存在明显的碰撞损伤痕迹；个别叶片碎块断面存在气孔、缩松等铸造缺陷，如图 4所示。

3.5.3 断面特征

编号为10的叶片沿叶根A截面断裂，断裂特征明显，整个断面颗粒粗糙，颜色灰暗无光泽，局部存在密集气孔类铸造缺陷，并分布有红黄色砂粒类物质，如图 5所示。编号为40的残片在叶根和叶片工作面防磨鼻距叶根第6个螺钉孔处横向断裂，整个断面纹路粗糙，颜色灰暗无光，局部断面呈暗红色，存在疏松类铸造缺陷；不锈钢防磨鼻在工作面距叶根第5个螺钉孔处沿叶片横向完全开裂，防磨鼻下方叶片沿防磨鼻边缘纵向开裂，如图 6所示。

3.5.4 着色检查

通过对该机组B送风机动叶片进行着色检验，发现叶片存在以下缺陷：不锈钢防磨鼻与铸铝合金叶片基体贴合度差异较大，部分叶片贴合的不够紧密，叶片进气侧叶顶拐角处附近防磨鼻普遍存在网状裂纹，如图 7所示；部分叶片进气侧防磨鼻固定螺钉孔处出现横向裂纹，如图 8所示；叶片进气侧拐角处存在块状缺陷，如图 9所示。

3.6 风机叶片断裂原因推断

该型式送风机设计使用寿命不低于50 000 h，目前累计运行时间约为36 000 h，同时发现4台送风机动叶存在大量裂纹，说明该批次叶片已达到安全使用寿命限值，而且叶片设计及加工制造工艺也存在一定缺陷。

首先，叶顶区域防磨鼻和铸铝叶身贴合不好，存在较大间隙，该区域受力状况恶化，改变了叶片振动特性和应力分布，促生了叶顶附近防磨鼻网状裂纹；叶片防磨鼻弯制变形量较大，残余内应力较高，特别是叶身较薄区域以及叶片进气侧拐角处，经过一定运行周期后，进气侧拐角防磨鼻处产生横向裂纹，在叶片动应力作用下裂纹逐渐扩展，发展至一定程度后造成叶片瞬间断裂。防磨鼻受力状况恶化以及局部内应力大是叶片断裂的诱因^[7]。

其次从断口分析看，大多数叶片断面色泽新鲜，属于巨大外力下导致的一次性脆断，但编号为10和40的断叶断面色泽灰暗，夹杂有气孔、缩松等铸造缺陷，这些铸造缺陷极大地降低了叶片整体性能和抗断裂强度，是导致叶片断裂的主要原因^[8]。

4 预防措施

通过分析认为造成叶片断裂的根本原因是叶片铸造缺陷，对此提出以下预防措施：

（1）加强工程建设过程中设备制造质量监控。从源头开始，严格过程管理，严把设计、制造、入场验收等环节质量关，确保设备制造的工艺质量满足设计标准。

（2）检修过程中对送风机叶片进行专项检查，不仅进行外观检查，还要对叶片进行着色甚至无损探伤检查。对存在问题的叶片及时进行修复或更换，避免整套叶片全部断裂损坏。

（3）风机运行中对一些关键性参数进行严格监测，发现参数存在异常变化的趋势时应高度重视，查找原因，并采取有效措施，预防事故发生。

（4）优化风机运行监控参数及保护逻辑，确保运行参数异常时保护装置能够可靠动作，避免事故扩大。

5 整改及效果

送风机叶片损坏事故发生后，对风机转子及叶片进行了整体更换，叶片更换为不带防磨鼻的铸铝合金叶片，并在安装前对叶片进行了全面检查；对热工逻辑进行合理优化，保障送风机安全运行。同时对所有风机叶片制订了专项检查检修计划，定期检查，及早发现缺陷，避免个别叶片断裂造成整套风机叶片损坏的恶性事故再次发生，确保送风机长期安全经济运行。经过一系整改措施，该电厂风机安全运行状况得到提高，再未发生风机叶片断裂事故。