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：TH442 　　文獻(xiàn)標(biāo)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(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(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。加之焊接時的快冷快熱,廠房通風(fēng)，特別是工藝不當(dāng)時，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。葉輪前盤在工作時受到交變應(yīng)力的作用，這種應(yīng)力與氣動力和葉輪的振動共同作用有關(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，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，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(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。
　�、蹌傂匝a(bǔ)強(qiáng)環(huán)和出口補(bǔ)強(qiáng)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。
　�、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(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)。

鋒速達(dá)是水簾生產(chǎn)廠家|環(huán)�？照{(diào)生產(chǎn)廠家|屋頂風(fēng)機(jī)廠家|，鋒速達(dá)承接規(guī)劃：豬場降溫|車間降溫|廠房降溫|豬場通風(fēng)|車間通風(fēng)|廠房通風(fēng)|屋頂排風(fēng)機(jī)|屋頂排熱|廠房通風(fēng)降溫|車間通風(fēng)降溫|通風(fēng)換氣排熱降溫工程|屋頂風(fēng)機(jī)安裝|負(fù)壓風(fēng)機(jī)安裝|水簾安裝|環(huán)�？照{(diào)安裝|通風(fēng)設(shè)備安裝|通風(fēng)降溫設(shè)備|通風(fēng)系統(tǒng)安裝案例|通風(fēng)降溫系統(tǒng)|屋頂通風(fēng)機(jī)|屋頂排風(fēng)系統(tǒng)
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