风机类设备发电厂风机在疲劳及飞灰磨损工况下运行.PPT

大唐华东电力试验研究所金属技术研究室：王家庆TELE-mail 发电厂风机和轴类设备的失效 一、风机类设备 发电厂风机在疲劳及飞灰磨损工况下运行，环境复杂恶劣，其制造质量及运行稳定性直接影响到机组的安全运转。近年来多次出现了风机类设备的失效情况，设备事故率呈现上升趋势。 风机类设备为旋转部件，虽然其转速各不相同，但均承受诸如冲击磨损、疲劳等复杂载荷状况，这就要求风机类设备要有良好的抗冲击磨损、疲劳载荷性能。风机类设备的叶片一般采取熔覆耐磨层或整体采用高强度耐磨材料制备。采用上述两种工艺制备的叶片其失效形式也存在差异。 1 熔覆层制造质量 发生严重磨损的叶片表面存在熔覆层大量脱落的现象， 由于该型叶片的主要磨损形态为飞灰磨损，而普通的铸钢件 抵御这种运行工况，故一般在其表面熔覆一层耐磨材料如镍 基合金+碳化钨颗粒增强相以提高耐磨性能，但如果该熔覆 层在熔覆过程中工艺控制不当会导致熔覆层脆性加大从而在 运行过程中导致熔覆层表面或与叶片基体结合面产生裂纹导 致熔覆层大量脱落使得基体直接裸露于飞灰磨损工况中产生 严重的磨损。 2 异物撞击+制造质量 针对断裂叶片的综合检验表明，该叶片化学成 分及显微组织无异常，但材料的拉伸性能不能满足 相关标准要求。扫描电子成像及能谱检验表明在导 致断裂的裂纹萌生区域存在贯穿熔覆层直至叶片母 材的裂纹。由此判断导致此次叶片断裂是由于叶片 表面的熔覆层在生产或运行过程中出现微裂纹，而 叶片在运行过程中产生的振动使得裂纹不断扩展直 至叶片母材，加之材料强度不能满足相关标准要求， 最终导致叶片的断裂失效。 3 焊接原因 引风机叶片抗拉强度和硬度高于标准规定的上 限，延伸率低于标准规定，这是因为该叶片在二次 调质过程中热处理工艺不当（回火温度不够或回火 时间较短），导致回火不充分，残余应力较高。另 外叶片的焊接过程中工艺控制不当导致A侧引风机叶 片焊缝硬度过低，与母材硬度差别较大，在焊缝附 近应力集中更为严重。此种性能条件下的叶片在高 疲劳应力环境下运行，应力最集中的焊缝附近叶片 端部首先产生裂纹，继而沿结构中最薄弱的焊接熔 合线扩展，最终撕开断裂。 某发电公司引风机 轴（材质：35CrMo） 在运行过程中发生开裂 失效，外观检查发现裂 纹走向与该轴表面焊接 的配重块焊缝相切。 低倍组织可见裂纹萌生处焊缝组织为粗大的胞状结构， 裂纹沿配重块与引风机轴焊缝熔合线处萌生并向轴母材扩展。 母材热影响区珠光体区域已经分解，并呈现魏氏倾向 焊缝为粗大的枝状魏氏组织 此次引风机轴断裂时由于轴表面焊接的配重块在焊接 过程中存在严重的过烧导致焊缝组织不合格，硬度过高，使 得轴在运行过程中在焊缝熔合线处形成应力集中导致轴开裂 失效。 建议在配重块焊接过程中严格按照相关焊接工艺施焊， 尽量采用较小的输入线能量，降低焊接速度，保证焊缝组织 满足使用要求。 轴类部件一般在重载或高速下运行，承受诸如扭转、冲击及疲劳等应力作用，要求其在结构设计及材料选用等方面满足相应工况要求。 二、轴类设备 1 材料原因 材料：45钢 轴金相组织为非均匀稳定的退火态组织，此种组织状态会导致材料抗疲劳性能大幅下降；冲击试验结果表明该轴冲击韧性值未达到标准要求，且缺口敏感性较大，导致轴在运行过程中一旦表面出现细小疲劳裂纹后会迅速失稳扩展。 上述断裂是低应力疲劳断裂，与其金相组织为退火态组织，在高速转动运行过程中存在振动，材料塑性低，缺口敏感性较大有关。 2 结构原因 材料：45钢