葉輪前盤裂紋

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1、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）02-0032-03AnalysisandTreatmentofCrackingandInvalidationforImpellerFrontDiskAbstract:Thecauseofcrackinginvalidationforimpellerisanalyzed,adoptthereasonablesolvingmethod,themeasureand

2、suggestionoflocaletreatmentareputforward.Keywords:CentrifugalblowerImpellerCrackingAnalysisTreatment0引言轉(zhuǎn)爐煙氣凈化與煤氣回收系統(tǒng)用的轉(zhuǎn)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

3、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(nèi)對金屬失效分析最有權威的金屬研究所失效分析中心，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，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

4、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(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，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，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

5、會在該處萌生。當疲勞裂紋擴展到肉眼可見或?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(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

6、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(zhuǎn)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

7、在80～100mm范圍內(nèi)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。③剛性補強環(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系統(tǒng)正常情況下的有效措施，如用戶工況系統(tǒng)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