空压机叶轮破裂原因分析

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1、36FLUIDMACHINERYVol.33，No.12，2005文章编号：1005—0329（2005）12—0036—04======"=="经验交流=="======"空压机叶轮破裂原因分析侯峰，徐宏，关凯书，叶国庆（华东理工大学，上海200237））摘要：针对某石化公司离心压缩机叶轮多次发生开裂、掉块等故障以及裂纹形成机理进行了分析。分析结果表明了叶轮开裂原因系疲劳开裂，叶轮焊接缺陷产生了焊接弧坑，造成表面应力集中，气流激振加速了裂纹扩展。关键词：离心压缩机；开裂；疲劳；振动中图分类号：TH452文献标识码：AAna

2、lysisonFailureforCrackingCentrifugalCompressor’sImpellerHOUFeng，XUHong，GUANKai-shu，YEGuo-qing（EastChinaUniversityofScienceandTechnology，Shanghai200237，China）Abstract：Crackingfailureofcentrifugalcompressor’simpellerswasanalyzed.Theweldingcratersintheimpellersledtost

3、resscon-centration.Theunsteadygasflowacceleratedthedevelopmentofcracksintheimpeller.Keywords：centrifugalcompressors；crackfatigue；vibration1引言1489r/min，Ⅰ-Ⅱ级转子为15095r/min，Ⅲ-Ⅳ级转子为19033r/min；临界转速：Ⅰ-Ⅱ级转子为某石化公司动力厂空分空压站和化纤厂空压23414r/min，Ⅲ-Ⅳ级转子为29742r/min。冷冻站各有4台H240-9.5/0.

4、98型离心压缩机。H240型压缩机二级叶轮的结构如图1所示。H240型离心压缩机是单进气、双轴四级、齿轮增速等温压缩机，即各级间设有冷却器使压缩过程尽可能接近等温压缩。其结构大致分为包括齿轮增速装置的压缩机本体、空气冷却系统和润滑系统。H240型压缩机共有4个叶轮，每级为一段，共四段压缩，叶轮采用铬镍合金钢焊接而成，1，2级为三元叶轮，3，4级为二元叶轮。H240型离心压缩机的性能参数为：压缩介质：空气；进口容积流量：240m3/min；进口压力：图1H240型离心压缩机的叶轮结构示意0.09MPa；进口温度：32℃；排出温

5、度：约40℃（末这8台H240型离心压缩机自投用以来，2年端冷却器后）；轴功率：1400kW；转速：大齿轮为收稿日期：2005—03—03修稿日期：2005—05—162005年第33卷第12期流体机械37内已发生数十次故障，严重影响正常生产。其中，在轮盖外表面远离边缘处看到周向裂纹，此为叶最严重的故障是叶轮先后出现裂纹、掉块等，尤其轮开裂后沿径向扩展到一定深度转向沿轴向扩展是1，2级叶轮出现故障次数较多。由于叶轮的开到轮盖外表面形成的裂纹。裂导致转子动平衡失衡，造成轴瓦损坏、轴头泵损坏、齿面损伤等。本文针对叶轮开裂进行了分

6、析，找出了叶轮的失效机理及开裂原因。2裂纹宏观形貌对某Ⅱ级失效叶轮进行分析，该叶轮外径400mm，开裂部位如图2所示。从宏观上看，叶轮多处开裂且局部有掉块现象。从开裂情况看，绝图2叶轮开裂宏观形貌大多数开裂位于叶轮轮盘外边缘处，裂纹均起源于轮盖与叶片之间的焊接热影响区，叶轮上某些失效叶轮的化学成分分析结果如表1所示。部位叶片也出现开裂。对裂纹线切割取样观察发从表1中可以看出，风机叶轮轮盖、轮盘化学成分现，轮盖内表面裂纹比外表面裂纹长，说明裂纹是符合34CrNi3Mo的标准成分要求，叶轮盘与轮盖从轮盖内表面向外表面扩展的。当裂

7、纹扩展到一材料的化学成分没有明显问题（系34CrNi3Mo定程度后，裂纹扩展方向由径向转为周向扩展。钢）。表1叶轮材料化学成分分析结果（Wt%）项目CCrNiMoPSMnSiCu轮盖0.310.822.80.290.010.010.630.30.067轮盘0.320.842.80.30.010.010.650.30.06834CrNi3Mo标准成分0.30～0.7～2.75～0.25～0.5～0.17～≤0.028≤0.020≤0.2（JB/T1266—1993）0.401.173.250.40.80.37内表面开裂后除向外

8、表面扩展外，还沿与叶片连3断口分析接处热影响区向叶轮心部扩展。图3（d）示出了起裂处疲劳辉纹细小，疲劳扩展速率较慢，一旦开断口表面有放射纹，裂纹从叶轮轮盖内表面裂，叶轮失去了动平衡，振动加剧，裂纹迅速扩［1］的热影响区沿壁厚方向向外扩展并沿径向从外缘展。向心部扩展。断口表面光滑，壁厚没有减