​辽宁风电场风机叶片断裂 浅谈风机叶片断裂原因

风电产业2018-01-10 15:48

2018年 01月08日05:50辽宁某风电场风速约7m/s,一台风电机组报机舱加速度故障,检查发现一只叶片折断但未脱落,已将风机转入维护模式,偏航转向背风方向,布置好现场安全措施。目前正在进一步查找叶片损坏原因。

风机叶片断裂

风机叶片断裂原因:叶片材料存在质量问题

叶片材料存在质量问题是叶片断裂的主要原因,我们可以从以下几个方面的分析可知。

1 叶片化学成分分析中国风电材料设备网

断裂叶片合金元素Zn的质量分数超过了国标规定的技术条件上限的2.03%。铸铝合金ZL402的主要特点有自硬倾向,这种特性可避免工件因淬火产生较大内应力而引起开裂和变形问题,叶片在自然状态使用,可保证尺寸稳定,但是,随着锌质量分数的增加,合金的百分比上升,铸造性能下降,从而造成热裂、针孔和疏松的倾向增大,导致合金的塑性急剧下降,这是引风机叶片极易断裂的原因之一。

2 叶片机械性能分析

从叶片的拉伸、冲击和硬度试验结果看,断裂叶片材料的延伸率δ5仅为1.5%~2.0%,比国标GB1173—86规定的δ5≥4%小了1/2以上,其冲击能和冲击韧性低,均为沿晶脆性断口,叶盘、叶型底部、叶型顶部的硬度(平均)分别为HB110,HB108,HB106,符合国标规定硬度不小于HB65的要求,但叶型的硬度比叶盘的硬度低,这与该类型铸件的壁厚越薄则硬度越高的规律相反。因此,叶片延伸率低于技术条件要求也是叶片断裂的原因之一。

3 叶片金相检验分析

叶片的金相检验确认,在未侵蚀状态下,检查金相抛光面的枝晶间疏松程度,叶型顶部最轻、叶型底部次之,叶盘最严重,当枝晶间的疏松连贯一起就成为细裂缝。叶型顶部、叶型底部和叶盘处的金相组织均为α基本相+Zn粒子+晶界析出物,其枝晶间组织存在严重疏松,从X射线能谱的试验结果可知,杂质元素铁和硅富集晶界,它使叶片在运行中处于脆性状态而极易断裂。

4 叶片断裂性质分析

用OPTON高分辨立体显微镜和JSM-840扫描电子显微镜进行断口的微特征分析,确认叶片属于沿晶脆性断裂,裂纹扩展路程不是沿最小截面而是沿垂直于主应力的方向。在运行中叶片承受的作用力由离心力引起的拉应力、弯曲应力、烟气弯曲应力和振动应力组成。工作面侧叶盘螺丝孔外表面的综合应力较大,由于该处应力集中的存在,在表面缺陷处,存在疏松和微裂纹晶界脆性相开裂,因材料的塑性变形能力差,裂纹尖端的应力集中不能通过塑性变形而松驰,应力达到名义应力的3倍,而且叶片材料的屈强比高达96.5%~98.2%,裂纹尖端的材料达到屈服应力后即会开裂。

从叶片材料的分析可知,叶片制造存在严重的质量问题。正是由于叶片锌的质量分数和延伸率均达不到国标规定的技术要求,导致叶片沿晶脆性扩展裂纹,塑性急剧下降,叶盘处枝晶间疏松,杂质元素铁和硅富集晶界,使叶片在运行中处于脆性状态,烟温过高时,叶片的工作温度可能超过材料的极限温度而发生过时效,使叶片性能进一步恶化,这也说明了为什么叶片在运行中会多次出现裂纹,甚至全部断裂的恶性事故。

        来源:网络
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