車間降溫_葉輪前盤斷裂失效的分析及處理環境保護產品技術要求 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，在生產過程中會產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律的失效現象，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產生斷裂掉塊（掉塊尺寸約為110mm×80mm），并在同一部位出現多處規則性裂紋（圖1和圖2），從而發生停機等事故，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，液化裂紋多發生在母材近縫區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，在焊接熱循環中造成母材近縫區或多層焊縫的層間晶界發生局部液化。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
慮增加剛性補強環和出口補強環，以對電機功率和轉動慣量不受影響為宜（圖5和圖6）。

　　

圖 6 葉輪加剛性補強環和出口補強環結構示意圖

注：①剛性補強環和出口補強環厚度以不超出前、后盤出口厚度或等厚為宜，寬度根據葉輪直徑大小在80～100mm范圍內自然平滑車削加工出即可。
　　②剛性補強環斷面為弧形，用于圖6的易失穩窄葉輪，如葉輪剛度好，此環也可不加；必須加出口補強環，斷面為三角形。
　�、蹌傂匝a強環和出口補強環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，則可能導致葉輪快速嚴重斷裂失效。

4 　葉輪斷裂失效現場處理方法

　　為不影響用戶的現場使用要求，以減少經濟損失，現介紹幾種現場解決辦法。
　（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 葉輪斷裂失效現場處理方法中（1）、（2）兩種方法, 在用戶現場修復了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，經修復后葉輪已經正常運轉了半年多，使用效果良好，延長了維修周期，保證了用戶生產的順利進行。

　　環境保護產品技術要求 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日起施行的環保法規、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、試驗方法和檢驗規則。本標準適用于通風換氣、空調和生產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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