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廠房通風(fēng)_葉輪前盤斷裂失效的分析及處理環(huán)境保護(hù)產(chǎn)品技術(shù)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(guān)鍵詞:離心式鼓風(fēng)機(jī) 葉輪 斷裂 分析 處理
中圖分類號(hào):TH442 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
文章編號(hào):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(zhuǎn)爐煙氣凈化與煤氣回收工程用的轉(zhuǎn)爐一次除塵煤氣鼓風(fēng)機(jī),在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的含塵煙氣和有價(jià)值的煤氣。通過濕法除塵,其中煤氣予以回收。故要求風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)葉輪采用 高強(qiáng) 度、高硬度材料及成熟的工藝以加強(qiáng)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(fēng)機(jī)在正常運(yùn)行一段時(shí)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(jī)等事故,造成一定的損失。
2 葉輪斷裂失效的原因分析
國內(nèi)對金屬失效分析最有權(quán)威的金屬研究所失效分析中心,對斷裂葉輪進(jìn)行了取樣分析。
檢驗(yàn)結(jié)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(kuò)展形成弧形的疲勞,這種弧線形稱為貝殼線,是疲勞斷口的典型特征。這種損傷與焊縫液化裂紋有對應(yīng)關(guān)系。一般認(rèn)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(dāng),就會(huì)在焊縫中形成這些元素在晶界的富集,使晶界熔點(diǎn)較晶內(nèi)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(shí)的快冷快熱,廠房通風(fēng),特別是工藝不當(dāng)時(shí),容易造成較大的溫度梯度和快速的熱應(yīng)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(kuò)展所致。葉輪前盤在工作時(shí)受到交變應(yīng)力的作用,這種應(yīng)力與氣動(dòng)力和葉輪的振動(dòng)共同作用有關(guān)。由于焊縫中存在的液化裂紋是一種應(yīng)力集中源使局部受力增加,另外從葉輪結(jié)構(gòu)上分析,一般葉輪最大應(yīng)力在進(jìn)口葉片和前、后盤焊道上,負(fù)壓風(fēng)機(jī)外框,葉輪外緣應(yīng)力相對較小,但該處的變形拘束力較大,除塵降溫。它們在交變應(yīng)力的作用下,疲勞裂紋就會(huì)在該處萌生。當(dāng)疲勞裂紋擴(kuò)展到肉眼可見或?qū)е碌魤K時(shí),就造成葉輪的失效。
葉輪材料強(qiáng)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(xué)成份分析,符合材質(zhì)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(jié)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(yīng)關(guān)系;
(3)葉輪工作時(shí),其前盤受到交變應(yīng)力的作用,導(dǎo)致以液化裂紋為源萌生疲勞裂紋并擴(kuò)展,造成葉輪前盤斷裂而導(dǎo)致失效;
(4) 葉輪結(jié)構(gòu)有限元分析(圖3),葉輪進(jìn)口處應(yīng)力大于出口處應(yīng)力,但前盤出口處掉塊和裂紋錯(cuò)位(圖4),說明該處變形拘束力很大,易受氣動(dòng)力和振動(dòng)力偏擺及高速旋轉(zhuǎn)交變應(yīng)力的影響,造成應(yīng)力集中點(diǎn)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(qiáng)度和應(yīng)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(qiáng)度高、塑性好、工藝性好的新材料。
。2)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)葉輪在正常計(jì)算強(qiáng)度的基礎(chǔ)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(bǔ)強(qiáng)環(huán)和出口補(bǔ)強(qiáng)環(huán),以對電機(jī)功率和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不受影響為宜(圖5和圖6)。
圖 6 葉輪加剛性補(bǔ)強(qiáng)環(huán)和出口補(bǔ)強(qiáng)環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖
注:①剛性補(bǔ)強(qiáng)環(huán)和出口補(bǔ)強(qiáng)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(nèi)自然平滑車削加工出即可。
、趧傂匝a(bǔ)強(qiáng)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(bǔ)強(qiáng)環(huán),斷面為三角形。
③剛性補(bǔ)強(qiáng)環(huán)和出口補(bǔ)強(qiáng)環(huán)可在平衡時(shí)均勻打磨去重,以保證前、后盤不受損傷和破壞。
、芤陨戏乐谷~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(dǎo)致葉輪快速嚴(yán)重?cái)嗔咽А?
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(jì)損失,現(xiàn)介紹幾種現(xiàn)場解決辦法。
(1)按照實(shí)際斷裂大小號(hào)樣下料,磨出坡口,補(bǔ)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(qiáng)度等級(jí)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(jī)打坡口,后補(bǔ)焊磨平。并將焊接處用烤槍 加熱至300~ 400℃,然后 進(jìn)行 自然冷卻以去除應(yīng)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(yīng)急情況下,可采用應(yīng)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(yīng)達(dá)到去重對稱,若平衡不受影響則可繼續(xù)使用,不會(huì)影響性能和壽命(圖7)。
以上三項(xiàng)方法處理,如有條件應(yīng)盡可能對處理后的葉輪做動(dòng)平衡。
圖 7 斷裂葉輪處理位置示意圖
5 結(jié)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(fù)了D1150轉(zhuǎn)爐煤氣除塵風(fēng)機(jī)葉輪 , 并按照煤氣鼓風(fēng)機(jī)平衡標(biāo)準(zhǔn)對修復(fù)后的轉(zhuǎn)子進(jìn)行了動(dòng)平衡校正,經(jīng)修復(fù)后葉輪已經(jīng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)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(jìn)行。
環(huán)境保護(hù)產(chǎn)品技術(shù)要求 一般用途低噪聲軸流通風(fēng)機(jī)
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(biāo)準(zhǔn)
(HJ/T 384- 2007 代替 HCRJ 020-1998 2008-03-01 實(shí)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(fēng)機(jī)的質(zhì)量水平,制定本標(biāo)準(zhǔn)。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一般用途低噪聲軸流通風(fēng)機(jī)的技術(shù)要求、試驗(yàn)方法和檢驗(yàn)規(guī)則。本標(biāo)準(zhǔn)適用于通風(fēng)換氣、空調(diào)和生產(chǎn)場所使用的單級(jí)軸流通風(fēng)機(jī),其輸送介質(zhì)為空氣或其它不含腐蝕性物質(zhì)的氣體混合物;通風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)。自本標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施之日起,《一般用途低噪聲軸流通風(fēng)機(jī)》( HCRJ020- 1998 )廢止。本標(biāo)準(zhǔn)為指導(dǎo)性標(biāo)準(zhǔn)。
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