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車間降溫_葉輪前盤斷裂失效的分析及處理環(huán)境保護產(chǎn)品技術要求 一
葉輪前盤斷裂失效的分析及處理
李長山 吳瓊 高建華/四平金豐股份有限公司
摘要：分析了產(chǎn)生葉輪斷裂失效的原因，對葉輪斷裂失效采取了合理可行的解決辦法，提出了現(xiàn)場處理的措施和建議。
關鍵詞：離心式鼓風機 葉輪 斷裂 分析 處理
中圖分類號：TH442 文獻標識碼：B
文章編號：1006-8155（2007）02-0032-03
Analysis and Treatment of Cracking and Inva li dation for Impeller Front Disk
Abstract: The cause of cracking inva li dation for impeller is analyzed, adopt the reasonable solving method, the measure and suggestion of locale treatment are put forward.
Key words: Centrifugal blower Impeller Cracking Analysis Treatment
0 引言
轉爐煙氣凈化與煤氣回收工程用的轉爐一次除塵煤氣鼓風機，在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的含塵煙氣和有價值的煤氣。通過濕法除塵，其中煤氣予以回收。故要求風機具有耐腐蝕性、耐磨性和密封性，以保證其安全可靠的工藝要求及較長的使用壽命。
風機葉輪采用 高強 度、高硬度材料及成熟的工藝以加強抗磨性，提高表面粗糙度，減少灰塵的粘附性，保證其使用壽命。
1 斷裂失效
風機在正常運行一段時間后，用戶反映葉輪有比較規(guī)律的失效現(xiàn)象，主要是葉輪前盤出口端與葉片非工作面連接焊縫的近縫區(qū)產(chǎn)生斷裂掉塊（掉塊尺寸約為110mm×80mm），并在同一部位出現(xiàn)多處規(guī)則性裂紋（圖1和圖2），從而發(fā)生停機等事故，造成一定的損失。
2 葉輪斷裂失效的原因分析
國內對金屬失效分析最有權威的金屬研究所失效分析中心,車間降溫，對斷裂葉輪進行了取樣分析。
檢驗結果說明，葉輪前蓋掉塊斷口均是由焊縫熱影響區(qū)附近開裂，擴展形成弧形的疲勞，這種弧線形稱為貝殼線,車間降溫設備，是疲勞斷口的典型特征。這種損傷與焊縫液化裂紋有對應關系。一般認為，液化裂紋多發(fā)生在母材近縫區(qū)或多層焊縫層間金屬的晶界處。由于焊縫和母材金屬都有碳、鉻、鎳、鉬等合金元素，一旦焊接工藝控制不當，就會在焊縫中形成這些元素在晶界的富集，使晶界熔點較晶內偏低，在焊接熱循環(huán)中造成母材近縫區(qū)或多層焊縫的層間晶界發(fā)生局部液化。加之焊接時的快冷快熱，特別是工藝不當時，容易造成較大的溫度梯度和快速的熱應變，使液化晶界變成裂紋，形成所謂的液化裂紋。
斷口觀察說明，斷裂是疲勞裂紋擴展所致。葉輪前盤在工作時受到交變應力的作用，這種應力與氣動力和葉輪的振動共同作用有關。由于焊縫中存在的液化裂紋是一種應力集中源使局部受力增加，另外從葉輪結構上分析,100負壓風機，一般葉輪最大應力在進口葉片和前、后盤焊道上，葉輪外緣應力相對較小，但該處的變形拘束力較大。它們在交變應力的作用下，疲勞裂紋就會在該處萌生。當疲勞裂紋擴展到肉眼可見或導致掉塊時，就造成葉輪的失效。
葉輪材料強度高，工藝難以控制，葉輪平衡采用去重方法將前、后盤磨掉的厚度和面積相對較大，而且多處去重等因素也是造成上述失效的因素之一。
通過化學成份分析，符合材質的要求，從葉輪前盤失效原因說明，成份微小差異對失效沒有明顯影響。
分析結論：
（1) 葉輪前盤的斷裂屬于疲勞失效；
(2)葉輪前盤的疲勞失效與其角焊縫處的液化裂紋有對應關系；
(3)葉輪工作時，其前盤受到交變應力的作用，導致以液化裂紋為源萌生疲勞裂紋并擴展，造成葉輪前盤斷裂而導致失效；
(4) 葉輪結構有限元分析（圖3），葉輪進口處應力大于出口處應力，但前盤出口處掉塊和裂紋錯位（圖4），說明該處變形拘束力很大，易受氣動力和振動力偏擺及高速旋轉交變應力的影響，造成應力集中點失效；
（5）葉輪平衡采用去重法，去掉的厚度和面積相對較大，使前盤厚度不均，強度和應力偏移集中產(chǎn)生失效。
3 防止葉輪斷裂失效的措施
�。�1）選擇強度高、塑性好、工藝性好的新材料。
�。�2）結構設計時葉輪在正常計算強度的基礎上額外在葉輪前盤和后盤的0.5DX 處及葉輪出口處
慮增加剛性補強環(huán)和出口補強環(huán)，以對電機功率和轉動慣量不受影響為宜（圖5和圖6）。
圖 6 葉輪加剛性補強環(huán)和出口補強環(huán)結構示意圖
注：①剛性補強環(huán)和出口補強環(huán)厚度以不超出前、后盤出口厚度或等厚為宜，寬度根據(jù)葉輪直徑大小在80～100mm范圍內自然平滑車削加工出即可。
②剛性補強環(huán)斷面為弧形，用于圖6的易失穩(wěn)窄葉輪，如葉輪剛度好，此環(huán)也可不加；必須加出口補強環(huán)，斷面為三角形。
�、蹌傂匝a強環(huán)和出口補強環(huán)可在平衡時均勻打磨去重，以保證前、后盤不受損傷和破壞。
④以上防止葉輪 斷裂失效的措施是指在 用戶工況工程正常情況下的有效措施，如用戶工況工程在異常情況下，則可能導致葉輪快速嚴重斷裂失效。
4 葉輪斷裂失效現(xiàn)場處理方法
為不影響用戶的現(xiàn)場使用要求，以減少經(jīng)濟損失，現(xiàn)介紹幾種現(xiàn)場解決辦法。
�。�1）按照實際斷裂大小號樣下料，磨出坡口，補焊后磨平，以保證平衡不受破壞即可。如現(xiàn)場沒有同等材料，可選擇強度等級略低，可焊性好的材料代用。
�。�2）出現(xiàn)裂紋處，先打止裂孔，再用角磨機打坡口，后補焊磨平。并將焊接處用烤槍 加熱至300～ 400℃，然后 進行 自然冷卻以去除應力。
�。�3）如果葉輪斷裂脫落，數(shù)量和位置比較對稱，在沒有新葉輪可更換的應急情況下，可采用應力釋放法在將斷裂脫落處以同樣型線修磨至圓滑，修磨后應達到去重對稱，若平衡不受影響則可繼續(xù)使用，不會影響性能和壽命（圖7）。
以上三項方法處理，如有條件應盡可能對處理后的葉輪做動平衡。
圖 7 斷裂葉輪處理位置示意圖
5 結束語
利用上述 葉輪斷裂失效現(xiàn)場處理方法中（1）、（2）兩種方法, 在用戶現(xiàn)場修復了D1150轉爐煤氣除塵風機葉輪 , 并按照煤氣鼓風機平衡標準對修復后的轉子進行了動平衡校正，經(jīng)修復后葉輪已經(jīng)正常運轉了半年多，使用效果良好，延長了維修周期，保證了用戶生產(chǎn)的順利進行。
環(huán)境保護產(chǎn)品技術要求 一般用途低噪聲軸流通風機
Technical requirement for environmental protection product General low noise axile- flow flower
3月1日起施行的環(huán)保法規(guī)、標準
(HJ/T 384- 2007 代替 HCRJ 020-1998 2008-03-01 實施 )為貫徹《中華人民共和國環(huán)境噪聲污染防治法》，提高低噪聲軸流通風機的質量水平，制定本標準。本標準規(guī)定了一般用途低噪聲軸流通風機的技術要求、試驗方法和檢驗規(guī)則。本標準適用于通風換氣、空調和生產(chǎn)場所使用的單級軸流通風機，其輸送介質為空氣或其它不含腐蝕性物質的氣體混合物；通風機最大流量不超過 75000m3/h 或最高全壓不超過 490Pa ；不適用于防爆、防腐、高溫、礦井及其它有特殊用途的軸流通風機。自本標準實施之日起，《一般用途低噪聲軸流通風機》（ HCRJ020- 1998 ）廢止。本標準為指導性標準。
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