车间降温_叶轮前盘断裂失效的分析及处理环境保护产品技术要求 一

叶轮前盘断裂失效的分析及处理

李长山 吴琼 高建华/四平金丰股份有限公司

摘要：分析了产生叶轮断裂失效的原因，对叶轮断裂失效采取了合理可行的解决办法，提出了现场处理的措施和建议。
关键词：离心式鼓风机 叶轮 断裂 分析 处理
中图分类号：TH442 　　文献标识码：B
文章编号：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

　　转炉烟气净化与煤气回收工程用的转炉一次除尘煤气鼓风机，在生产过程中会产生大量的含尘烟气和有价值的煤气。通过湿法除尘，其中煤气予以回收。故要求风机具有耐腐蚀性、耐磨性和密封性，以保证其安全可靠的工艺要求及较长的使用寿命。
　　风机叶轮采用 高强 度、高硬度材料及成熟的工艺以加强抗磨性，提高表面粗糙度，减少灰尘的粘附性，保证其使用寿命。

1 　断裂失效
　　风机在正常运行一段时间后，用户反映叶轮有比较规律的失效现象，主要是叶轮前盘出口端与叶片非工作面连接焊缝的近缝区产生断裂掉块（掉块尺寸约为110mm×80mm），并在同一部位出现多处规则性裂纹（图1和图2），从而发生停机等事故，造成一定的损失。

2 　　叶轮断裂失效的原因分析

　　国内对金属失效分析最有权威的金属研究所失效分析中心,车间降温，对断裂叶轮进行了取样分析。
　　检验结果说明，叶轮前盖掉块断口均是由焊缝热影响区附近开裂，扩展形成弧形的疲劳，这种弧线形称为贝壳线,车间降温设备，是疲劳断口的典型特征。这种损伤与焊缝液化裂纹有对应关系。一般认为，液化裂纹多发生在母材近缝区或多层焊缝层间金属的晶界处。由于焊缝和母材金属都有碳、铬、镍、钼等合金元素，一旦焊接工艺控制不当，就会在焊缝中形成这些元素在晶界的富集，使晶界熔点较晶内偏低，在焊接热循环中造成母材近缝区或多层焊缝的层间晶界发生局部液化。加之焊接时的快冷快热，特别是工艺不当时，容易造成较大的温度梯度和快速的热应变，使液化晶界变成裂纹，形成所谓的液化裂纹。
　　断口观察说明，断裂是疲劳裂纹扩展所致。叶轮前盘在工作时受到交变应力的作用，这种应力与气动力和叶轮的振动共同作用有关。由于焊缝中存在的液化裂纹是一种应力集中源使局部受力增加，另外从叶轮结构上分析,100负压风机，一般叶轮最大应力在进口叶片和前、后盘焊道上，叶轮外缘应力相对较小，但该处的变形拘束力较大。它们在交变应力的作用下，疲劳裂纹就会在该处萌生。当疲劳裂纹扩展到肉眼可见或导致掉块时，就造成叶轮的失效。
　　叶轮材料强度高，工艺难以控制，叶轮平衡采用去重方法将前、后盘磨掉的厚度和面积相对较大，而且多处去重等因素也是造成上述失效的因素之一。
　　通过化学成份分析，符合材质的要求，从叶轮前盘失效原因说明，成份微小差异对失效没有明显影响。
　　分析结论：
　　（1) 叶轮前盘的断裂属于疲劳失效；
　　(2)叶轮前盘的疲劳失效与其角焊缝处的液化裂纹有对应关系；
　　(3)叶轮工作时，其前盘受到交变应力的作用，导致以液化裂纹为源萌生疲劳裂纹并扩展，造成叶轮前盘断裂而导致失效；
　　(4) 叶轮结构有限元分析（图3），叶轮进口处应力大于出口处应力，但前盘出口处掉块和裂纹错位（图4），说明该处变形拘束力很大，易受气动力和振动力偏摆及高速旋转交变应力的影响，造成应力集中点失效；
　（5）叶轮平衡采用去重法，去掉的厚度和面积相对较大，使前盘厚度不均，强度和应力偏移集中产生失效。

3 　防止叶轮断裂失效的措施
　　（1）选择强度高、塑性好、工艺性好的新材料。

　　

　　（2）结构设计时叶轮在正常计算强度的基础上额外在叶轮前盘和后盘的0.5DX 处及叶轮出口处
虑增加刚性补强环和出口补强环，以对电机功率和转动惯量不受影响为宜（图5和图6）。

　　

图 6 叶轮加刚性补强环和出口补强环结构示意图

注：①刚性补强环和出口补强环厚度以不超出前、后盘出口厚度或等厚为宜，宽度根据叶轮直径大小在80～100mm范围内自然平滑车削加工出即可。
　　②刚性补强环断面为弧形，用于图6的易失稳窄叶轮，如叶轮刚度好，此环也可不加；必须加出口补强环，断面为三角形。
　　③刚性补强环和出口补强环可在平衡时均匀打磨去重，以保证前、后盘不受损伤和破坏。
　　④以上防止叶轮 断裂失效的措施是指在 用户工况工程正常情况下的有效措施，如用户工况工程在异常情况下，则可能导致叶轮快速严重断裂失效。

4 　叶轮断裂失效现场处理方法

　　为不影响用户的现场使用要求，以减少经济损失，现介绍几种现场解决办法。
　（1）按照实际断裂大小号样下料，磨出坡口，补焊后磨平，以保证平衡不受破坏即可。如现场没有同等材料，可选择强度等级略低，可焊性好的材料代用。
　（2）出现裂纹处，先打止裂孔，再用角磨机打坡口，后补焊磨平。并将焊接处用烤枪 加热至300～ 400℃，然后 进行 自然冷却以去除应力。
　（3）如果叶轮断裂脱落，数量和位置比较对称，在没有新叶轮可更换的应急情况下，可采用应力释放法在将断裂脱落处以同样型线修磨至圆滑，修磨后应达到去重对称，若平衡不受影响则可继续使用，不会影响性能和寿命（图7）。
　　以上三项方法处理，如有条件应尽可能对处理后的叶轮做动平衡。

　

图 7 断裂叶轮处理位置示意图

5　 结束语

　　利用上述 叶轮断裂失效现场处理方法中（1）、（2）两种方法, 在用户现场修复了D1150转炉煤气除尘风机叶轮 , 并按照煤气鼓风机平衡标准对修复后的转子进行了动平衡校正，经修复后叶轮已经正常运转了半年多，使用效果良好，延长了维修周期，保证了用户生产的顺利进行。

　　环境保护产品技术要求 一般用途低噪声轴流通风机
　　Technical requirement for environmental protection product General low noise axile- flow flower
　　3月1日起施行的环保法规、标准
　　(HJ/T 384- 2007 代替 HCRJ 020-1998 2008-03-01 实施 )为贯彻《中华人民共和国环境噪声污染防治法》，提高低噪声轴流通风机的质量水平，制定本标准。本标准规定了一般用途低噪声轴流通风机的技术要求、试验方法和检验规则。本标准适用于通风换气、空调和生产场所使用的单级轴流通风机，其输送介质为空气或其它不含腐蚀性物质的气体混合物；通风机最大流量不超过 75000m3/h 或最高全压不超过 490Pa ；不适用于防爆、防腐、高温、矿井及其它有特殊用途的轴流通风机。自本标准实施之日起，《一般用途低噪声轴流通风机》（ HCRJ020- 1998 ）废止。本标准为指导性标准。

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