循环水泵叶片断裂的原因分析与处理

循环泵叶片断裂问题原因分析与治理刘启民摘要：由于设计原因导致循环泵叶轮连续断裂，经过多次审核泵体设计方案、叶片强度计算以及原因分析，采取了重新修正设计与完善泵体方案等措施，治理后循环泵各振动指标达到合格标准，可以长周期连续运行。

关键词：叶片振动断裂汽蚀1 概述国华陈家港发电公司2×660MW机组循环水泵自2011年5月16日开始试运，期间循环泵振动情况：径向振动达到良好，但轴向振动偏大。

机组通过168试运后，至2012年3月12日正常运行中，2B循环泵第一次发生首次叶片断裂。

截止2012年年10月份，循环泵叶片断裂5次/台（其中最终加厚叶片断裂2次），发现裂纹2次，解体检修9次/台。

日立泵业经过多次复核设计方案、强度计算与原因分析，采取重新修正设计与完善泵体设计方案等措施，，叶片厚度由初始17.6mm、25.3mm最终增加至35.1mm，截止2012年8月20日最终确定了治理方案，并付诸实施。

截止2012年10月20日，治理后的1A、2A、2B循环泵，径向、轴向振动均达合格标准，各项运行指标与其它发电公司循环泵状态类似，就目前1A、2A、2B循环泵运行（2B备用）情况看，可以尝试长期连续运行，叶片断裂的可能性大幅度降低，但还需时间考验。

1B循环泵正在进行永久方案的隐患治理中，预计10月28日具备试运条件。

2 故障现象（1）泵轴向振动较大，振动值在100~160um波动；（2）运行中叶片断裂。

3 故障原因2012年3月2B循环泵叶片首次断裂后，日立泵业分析原因为叶片强度不足，并连续增加了叶片的厚度，经过实践考验，叶片又发生2次断裂。

经过多次解体检查及运行状态分析，最终确定了循环泵轴向振动大与叶片断裂的主要原因。

（一）判定依据：（1）泵入口处漩涡增大，造成作用在叶片上的交变应力增加，实验室模型试验测量结果显示，漩涡作用在叶片上的交变载荷与无漩涡状态比较，最大约1.7倍程度；（2）泵入口汽蚀使得叶片交变载荷增加，试验结果为无汽蚀状态约3.7倍；（3）喇叭口处电极孔（直径100mm）加剧了入口处水流态的绝缘板恶化，使得作用在叶片根部的交变应力过大，试验结果显示增加叶片交变载荷1.4倍；（二）原因分析（1）设计、制造原因①叶片疲劳强度不足叶轮材料采用双相不锈钢，双向铸钢叶轮设计的疲劳强度无试验值，日立泵业参照该种材料钢板的疲劳强度数值（400MPa)进行设计，日方按照经验取值为：400*0.6*0.92=221MPa，即叶片设计疲劳强度为221MPa。

循环水泵叶片断裂的原因分析与处理中山横门发电厂地处广东省珠江出海口岸的中山市横门水道，由4台循环水泵担负2台125MW汽轮发电机组冷却用水及化学制水，同时还提供整个电厂的消防、生活、绿化、环保等方面的需要。

该厂循环水泵为1200HLCB3.2—16.5型立式混流泵，设计参数为H=16.5m，Q=11520m3/h，n=485r/min，配套电机功率N=710kW。

1997年5月1号机A，B循环水泵正式投运，同年底2号机A，B循环水泵也相继投运。

1叶片断裂情况2004-10-06，1号机A循环水泵在运行中出现叶轮叶片断裂，到11月25日止，在短短的49天内4台循环水泵相继出现断叶片事故。

1号机A循环水泵故障后进行了初步分析。

该泵工作介质为海水、江河水，每年冬季至来年的春季为海水倒灌期，期间江河水氯离子的质量分数高达(2～10)×10-3，2003—2004年情况更为严重。

该泵叶轮轮毂设计材料为2Gr13，叶轮叶片材料为1Gr18Ni9Ti，叶轮叶片长度为270mm，宽度为350mm，叶片端面厚度为20mm，根基厚度为20mm，根部焊接宽度为180mm，共7个叶片组成叶轮组。

运行中发现该泵电机上导轴承振动突然增大而紧急停泵，经解体检查，发现该泵叶轮叶片断裂一片，断口在叶片根部，呈亮白色，有金属的光泽，断面上带有明显的“人”字型纹路，属脆性断裂。

除断的1片外，其余6片中的5片根部都有明显的深浅程度不一的断裂源。

对7片叶片受力面进行显微组织分析，除1片外，其余6片均有纵横交错的龟裂纹。

由上所述，判断造成循环水泵叶片断裂的原因，是典型的奥氏体不锈钢受晶间腐蚀、焊缝热裂纹及电化学等综合影响的结果。

2断裂原因分析2.1合金元素贫乏化由于铬镍奥氏体不锈钢在加热过程中晶界容易析出碳化物第2相，造成晶界某成分的贫乏化，如：1Gr18Ni9Ti不锈钢因晶界析出沉淀相Gr23C6，使晶界附近留下贫铬区。

由于该类钢加热和冷却不发生α-γ相变，不能淬火强化，强度、硬度低，当在450～850℃温度内保温或缓慢冷却，然后在一定腐蚀介质中暴露一定时间，就会产生晶间腐蚀，在650～750℃范围内加热一定时间，这类钢的晶间腐蚀更为敏感，普遍认为在上述温度范围内，将沿奥氏体晶界析出Gr23C6，从而使奥氏体晶界附近区域的含铬量低于11.7%。

混流式水轮机转轮裂纹原因分析及预防措施混流式水轮机转轮裂纹原因分析及预防措施水轮机转轮，特别是中、高比速混流式水轮机转轮中的裂纹现象，在世界各地普遍存在。

国外的例子有埃及的阿斯旺高坝、美国的大古力700 MW机，俄罗斯的布拉茨克等。

国内有岩滩、李家峡、小浪底、五强溪、二滩等大型水电站，在投运后水轮机转轮都不同程度的浮现了裂纹。

转轮裂纹严重影响电站的安全运行和经济效益，引起人们的极大关注。

1转轮裂纹的产生原因转轮为什么会产生裂纹，人们对此做过许多研究，不时地提出一些假设。

笔者把转轮裂纹分为规律性裂纹和非规律性裂纹两类。

规律性裂纹是指不同叶片上的裂纹具有大体一致的规律，所有叶片都开裂，裂纹的部位和走向也大致相同。

非规律性裂纹或者只在个别叶片上发生，或者不同叶片上裂纹的部位、走向和其他特征各不相同。

其产生的普通原因分述如下。

1.1规律性裂纹失效分析结果表明-绝大多数规律性裂纹是疲劳裂纹，断口呈现明显的贝壳纹。

叶片疲劳来源于作用其上的交变载荷，而交变载荷又由转轮的水力自激振动引起，这可能是卡门涡列、水力弹性振动或者水压力脉动所诱发。

1.1.1卡门涡列(1)黄坛口水电站1958年投运的4台HL310-LJ-230水轮机，运行不久转轮叶片出水边根部即发生总计67条裂纹。

后来查明，在某些水头下，当机组出力在5～8 MW时，叶片出水边卡门涡列频率与叶片自振频率耦合而引起共振，动应力急剧增加，使叶片疲劳开裂。

采取修整叶片出水边厚度和形状，提高卡门涡列频率，避开了共振，转轮安全运行多年，再没有发生问题。

(2)小浪底水电站水头范围68～141 m,额定出力306 MW。

水轮机转轮上冠和下环为13.5不锈钢铸件，叶片由13.5不锈钢热模压后数控加工，再用309 L奥氏体不锈钢焊丝焊成整体。

由于是异种钢焊接，转轮焊后不进行消除应力处理。

为适应电站水头变幅大和多泥沙的运行条件，水轮机供应商采取了低比转速，小的出口直径(D 2／D 1＝0.88),较大的导叶相对高度(b 0／D 1＝0.236),肥大的叶片头部，较厚的叶片出水边(δ=38 mm),喷涂碳化钨和设置筒形阀等技术措施。

水轮机叶片裂纹原因分析及现场修复措施摘要：近年来，华能雨汪电厂在长底水电站水轮机大修中发现水轮机转轮的叶片频繁发生裂纹，严重威胁水电站的安全经济运行，本文对长底水电站水轮机转轮叶片裂纹产生的原因进行分析及并对其进行现场处理，消除事故隐患，保证了机组安全稳定运行。

关键词：裂纹转轮叶片水轮机坡口一、引言华能雨汪电厂长底水电站长底水电站装机规模4×4.5MW,水轮机型号为ZDJP502～LH～250(0°),设计参数：水头15m，额定转速214.3r/min，飞逸转速472r/min，额定出力 4737kW，额定流量 34.61m3/s，2010年1月份投产，在历次大修中发现每台水轮机转轮叶片根部均存在裂纹现象，1号机组有3只叶片根部发现裂纹，2号机组、3号机组、4号机组有1只叶片根部焊缝发现裂纹。

二、裂纹产生原因分析通过对比每台机组叶片根部焊缝裂纹，裂纹分布在距叶片上冠约220mm处，长200～400mm，该位置正处于转轮叶片应力集中区。

一般转轮叶片存在四个高应力区，它们的位置在叶片进水边正面(压力分布面)靠近上冠处；叶片出水边正面的中部；叶片出水边背面靠近上冠处；叶片与下环连接区内。

对裂纹打磨发现，焊缝内部存在条状缺陷，有的约3mm左右气孔、夹渣缺陷，在外部应力的作用下可能会成为裂纹源，造成裂纹的产生。

转轮结构图（图1）裂纹示意图（图2）三、修复方案1、焊材的确定转轮材质为ZG230-450，叶片材质为0Cr13Ni4Mo，转轮直径800mm，长1200mm，叶片根部厚度75mm，转轮为铸钢材料，焊缝为异种钢焊接，根据一般异种焊接匹配原则，选择焊材为A102，A102是钛钙型药皮的Cr19Ni10不锈钢焊条。

熔敷金属具有良好的力学性能及抗晶间腐蚀性能。

有优良的焊接工艺性能和抗气孔性能，药皮耐发红、抗开裂。

2、裂纹的清除受现场条件限制，为避免碳弧气刨方法使用不当，引起裂纹再延伸扩展，裂纹清除采用机械打磨的方式进行清除，在挖磨过程中，边挖磨边观察裂纹走向、宏观检查裂纹消除后再用着色探伤方法确认裂纹彻底消除。

排涝水泵叶片断裂事故分析及处理措施叶片断裂是水泵常见事故，对水泵运行的可靠性影响较大，为此，如何处理好水泵叶片断裂问题是用户极为关心的话题。

本文针对某排涝水泵叶片断裂事故，对叶片断裂机理和原因进行了论述，并且提出处理措施以避免再次发生这类事故。

标签：水泵；叶片断裂；机理；处理措施水泵除了水力和砂粒的磨损之外，由于长时间在水环境中水泵受到各种腐蚀的作用，使表面由光滑坚硬变为粗糙疏松。

水流在不断流经这些表面时阻力增大，导致水泵性能降低，产生噪音和振动，严重时使水泵零部件发生断裂，其中叶片断裂就是最为常见。

叶片一旦发生断裂，将给水泵的运行带来安全隐患。

为此，了解叶片断裂的机理原因，采取相应的处理措施，对提高水泵运行安全具有现实意义。

1 叶片断裂事故概况某排涝站潜水混流泵，设计参数是，电机功率P=220kW，流量Q-4219m3/h，扬程日=13.7m，转速n=740r/min。

运行16213h后，水泵机组出现异常振动，经查明，叶片断裂两片，均位于叶型边缘，裂纹长度分別为25cm和40cm。

该排涝站属间隔式运行，停机时间多于运行时间。

由于停机期间未及时保养维护，故叶轮及叶片腐蚀严重。

2 水泵叶片断裂机理（1）机械性能分析。

该泵叶片由QT-600球墨铸铁铸造制成，高温正火处理，其机械性能如表1所示。

表1 叶片的机械性能由表1看出，叶片机械性能基本合格，但塑性和韧性稍偏低。

（2）断口分析。

断片用丙酮彻底去除残余污垢及腐蚀物，并用无水乙醇清洗吹干，取样显微观察，其金相组织为珠光体，断口处显微形貌特征。

（3）疲劳断裂。

疲劳断裂是由于叶片在水力和泥砂冲击应力反复作用下发生了疲劳积累，在交变动载荷条件下，经过一定周期后所发生的断裂。

（4）应力腐蚀断裂。

应力腐蚀断裂是受拉应力和腐蚀环境共同作用所导致的脆性断裂。

引起叶片应力腐蚀断裂的因素只能是拉应力，这种拉应力包括外加应力和叶片的残余应力，而残余应力主要来源于铸造、热处理、加工及装配过程。

火电厂间冷循环水泵主轴断裂原因分析及处理摘要：随着电力企业不断发展，在火力发电厂循环水泵的正常运行关系到了电力供应的效率，因此，要想实现电力系统的稳定发展，首先对火力发电厂循环水泵的可靠性进行分析。

但由于火电厂中负荷比较大，为水泵系统带来一定的影响，水泵系统容易受到环境因素的干扰，在实际运行中产生一定的故障，因此，在实际的水泵运行中需要加强对其的故障进行检测与处理，提升水泵运行效率。

本文主要是对这些常见的问题进行分析，并根据分析的结果提出相应的解决措施，希望能够对火力发电厂循环水泵的改和创新工作提供一定的帮助。

关键词：火电厂间冷循环水泵；故障分析；检测策略火力发电厂循环水泵的检修工作是保证循环水泵稳定运行的关键，也是保证电厂生产质量和生产效率的基础，状态检修作为循环水泵检修的新型策略，其实施是对原有设备检修机制的优化和创新。

1、火电厂间冷循环水泵常见故障种类分析1.1电气绝缘发生问题在火电厂间冷循环水泵的故障分析过程中，电气绝缘故障是非常常见的一种类型，该种故障出现的可能性很高。

导致电气绝缘出现故障的原因，一般是由多种因素造成的。

例如，火电厂间冷循环水泵的运行时间过久、火电厂间冷循环水泵在使用过程中受到很强的外界作用力破坏等。

火电厂间冷循环水泵当中最为核心的部件便是电机，电机在正常使用的过程中，对于电阻是有一定性能要求的，通常来讲，若电机当中，实际电阻在200MΩ以下时，电气绝缘便已经出现问题。

除此以外，在线圈端部的某一位置发生击穿，或者铁芯槽当中的线圈某一部分发生击穿现象时，一样也会出现电气绝缘故障。

除了以上原因，火电厂间冷循环水泵在使用过程中，还会由于其他外界因素影响，导致绝缘故障的发生，所以，技术人员在开展电气绝缘故障分析时，必须要从多个方面来开展问题思考。

1.2推力轴承发生故障同电气绝缘故障相同，推力轴承故障同样是电厂火电厂间冷循环水泵的一种常见故障，尽管这种故障出现的概率要略低于电气绝缘故障，但是导致这种故障发生的原因却更加多样化。

第6期图1 孔洞 图2 断裂双吸离心泵叶轮破裂原因分析及改进措施刘福春（沧州大化聚海分公司， 河北 沧州 061000）[摘 要] 对双吸离心泵叶轮损坏情况进行了分析，结合管路特点、操作特点，判断叶轮叶片损坏原因主要为气蚀所致。

分析转子结构特点，叶轮裂纹主要原因是结冰冻胀导致致。

为此针对损坏原因，提出了改进措施。

[关键词] 双吸离心泵；叶轮；断裂；管路；气蚀作者简介：刘福春（1973—），男，河北沧州人，本科学历，中级工程师，主要从事化工装置设备管理与维修工作。

某工业循环水装置，有三台循环水泵，正常工作时二开一备。

设备运行5个月后，检查发现二台主运行泵的叶轮叶片出现孔洞、断裂损坏，三台泵叶轮轮毂处均出现贯通裂纹，叶轮整体全部报废。

1 水泵参数流量：6500 m 3/h ；扬程：52 m ；必需汽蚀余量：5.2 m ；转速：740 rpm ；功率：1250 kw ； 工艺介质：循环水；密封型式：填料密封；主体材质：铸铁。

2 破裂情况2.1 孔洞。

叶片损坏较大孔洞2处，孔洞为不规则椭圆形或长条形，孔洞最宽处约80mm ，最长处约200mm 。

其它小孔洞周围，或尚未出现穿透凹坑周围，存在密集自中部向外渐疏有规律的蜂窝状麻坑。

孔洞、麻坑位置分布在吸入口叶片外侧，如图1。

2.2 断裂。

其中较大断裂叶片有3处，断裂形状呈三角型，最大边约200 mm 。

其中一侧每个叶片出现大小不等裂损。

断裂位置在吸入口叶片外侧，如图2。

2.3 裂纹。

在叶轮轮毂处沿轴向及径向全部贯通的裂纹，如图3。

图3 裂纹3 原因分析3.1 管路系统。

循环水泵为地上布置，入口管路直径为1200mm ，管道吸入口为与管道等径的90°弯头，距池底600 mm ，外壁距池壁950 mm 。

按要求水泵入口管道，吸入口距池底最短距离应为1倍管径，吸入口外壁距池壁应为1.5倍管径，且吸入口宜设1.25倍管径喇叭口。

显然吸入口距池底及池壁距离偏短，且未设喇叭口，这样的直接后果是在吸入口处产生空气吸入涡，造成气蚀，从而出现密集蜂窝状麻坑，严重处出现孔洞。