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1、质量控制与失效分析高速离心式压缩机叶片断裂失效分析马小明,胡林星(华南理工大学机械与汽车工程学院,广州510640)摘要:某高速离心式压缩机叶片在运行过程中发生断裂。通过对叶片断口及冲蚀表面进行宏观观察、材料化学成分分析、力学性能测试、断口扫描电镜观察、能谱分析和显微组织分析,找出了叶片的断裂失效原因。结果表明:压缩机叶片断裂主要是由于级间冷却器流体布局设计不合理,致使叶片在运行时不断受到冷却器管束铝翅片微粒高频脉动的冲刷磨损作用,在局部叶片迎风表面形成垢层,产生了高周疲劳载荷,使位于其对称位置的叶片在相对薄弱的顶部萌生裂纹并逐渐扩展,最终导致叶片高周疲劳断裂失效
2、;另叶片材料冲击韧度低加速了疲劳裂纹的扩展。关键词:压缩机;叶片;疲劳断裂失效;冲蚀磨损中图分类号:TG172.8文献标志码:B文章编号:10014012(2011)08052704FailureAnalysisonFractureofImpellerBladesofHighspeedCentrifugalAircompressorMAXiaoming,HULinxing(SchoolofMechanical&AutomotiveEngineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510
3、640,China)Abstract:Impellerbladesofhighspeedcentrifugalaircompressorfracturedduringoperationprocess,andfailurereasonswasinvestigatedbymeansofvisualexamination,chemicalcompositionsanalysis,mechanicalpropertiestesting,SEMobservation,EDSanalysisandmetallographicexamination.Theresultsshow
4、thatthemaincauseforfracturefailureofthecompressorbladeswasduetothehighspeedaluminumparticles.Theparticlescamefrominterstagecoolerfinsbecauseofpoorshellfluidlayoutdesign.Athickfoulinglayerwasformedonthesurfaceofthebladesbythealuminumparticleswhichbroughtabouthighfrequencyfatigueloadtot
5、heoppositelocatedbladesandcracksinitiatedonthetipoftheblades.Thereforethebladefailedduetohighfrequencyfatigueandfrettingwear.Thelowimpacttoughnessofthebladematerialalsoacceleratedthecrackpropagation.Keywords:aircompressor;impellerblade;fatiguefracturefailure;frettingwear某石化厂空分装置高速离心式
6、空气压缩机2级300mm。转子结构由主轴、叶轮、密封组件及紧固4叶轮发生叶片断裂事故,叶片断裂后转子结构丧失元件等组成。该压缩机厂方建议运转2.410h动平衡又导致叶轮压紧螺栓断裂,压紧螺栓断裂后后有条件拆开检查,该失效压缩机于2005年底曾出叶轮跌落进而损坏导流器、涡壳和叶轮压盖等其他现过故障,由供应商对其进行过检修和大保养。大部件。该高速离心式空气压缩机型号为HLR806保养后至事故发生前,该压缩机的运行时间约42,1997年制造,功率为1500kW,设计条件为空气210h。为防止类似事故的重复发生,笔者对失效5入口压力1.01310Pa(绝压),入口温
7、度30,出叶轮进行了检验和分析。5口压力6.5710Pa(绝压),出口温度30,级间1理化检验3-1设有冷却器,空气流量11331m!h(标准状态)。-1一、二级转子转速为17588r!min,轮盘直径为1.1宏观形貌分析对失效叶轮进行宏观观察发现,所有叶片迎风收稿日期:20100728侧都存在深褐色的覆盖物,背风面则比较洁净;其中作者简介:马小明(1962-),男,副教授。!527!马小明等:高速离心式压缩机叶片断裂失效分析1个叶片已经断裂,叶尖小块脱落,其相邻叶片存在裂纹但尚未完全贯穿;与断裂叶片相对称的3个叶片存在严重的冲蚀磨损;叶轮叶片在进气边
