离心风机叶轮飞裂原因分析.docx

Ξ离心风机叶轮飞裂原因分析浙江大学金涛汪希萱云南工业大学胡明辅摘要针对一离心式尾气风机叶轮飞裂事故, 在现场调查和理论分析的基础上, 分析了叶轮断裂的几种形式及产生原因, 采用排除法, 认为焊接缺陷是造成事故发生的主要 原因, 提出了改进措施。关键词离心式通风机叶轮失效1风机及其事故情况电, 所以失效的根源在于运动过程中叶轮的突然断裂失效, 最后引发前盘连同叶片的裂解飞出。 事故发生后, 由于无人员伤亡, 厂里对事故原因没有采取取证分析, 仅拍摄了破裂叶轮的部分照片, 叶轮碎片连同剩余部分卖给了一家铸造 厂, 给分析事故原因带来了极大的困难。下面是 我们根据风机的制造、运行、现场调查和有关理论, 采用排除法对这一事故的定性分析。事故风机为某三聚磷酸钠厂喷雾塔尾气风机, 电 机 功 率 610kW , 通 过 联 轴 节 带 动 叶 轮 以1450 r/m in 的 速 度 旋 转 将 尾 气 排 除, 风 量 11 ×104m 3 /h , 进 出 口 风 压 差 11k P a, 叶 轮 直 径2180mm 。尾气主要成分为一氧化碳 (CO )、二氧 化碳 (CO 2 )、水蒸气和五氧化二磷 ( P 2O 5 ) , 温度70℃。由于风机在大检修时发现原叶轮表面有细 小裂纹且振动过大, 重新制造了叶轮更换后投入使用126天之后发生飞裂事故, 叶轮前盘飞出机壳, 撞穿厂房墙壁, 在空中飞行了 50m 远, 直接 经济损失20多万元, 停产一周, 损失上百万元。3风机结构及破坏状况2宏观分析对事故的调查发现, 大部分叶片连同前盘撕裂飞出, 撞开蜗壳后又一起击穿厂房钢筋混凝土 墙 壁飞出, 另一块叶片 ( 30 ×50cm ) 从相反方向 飞出, 联轴器也同时被扭断, 但电机及主轴均未 损坏。可以认为, 联轴器的扭断是由于突然增大 的扭矩。因为叶轮运转受阻而电机未能及时断图1 风机叶轮结构叶轮由前盘、后盘和焊于它们之间的10块叶 片组成 (图1) , 材质为00C r17N i14M o 3。事故后前 盘连同大部分叶片整个飞出, 后盘基本完好。脱 离点均在叶片与端盖的焊缝连接处。收稿日期: 1998—06—17Ξ故障诊断流体机械1999 年 1 月3890年代以来, 国内曾出现了数起风机叶轮飞裂的事故2 、3 , 从事故原因看, 既有疲劳断裂, 也 有应力腐蚀破坏断裂3 。由于影响叶轮使用寿命 的因素是多样的, 和叶轮的选材、制造、使用环境 及加载速度有关, 有时是几种因素综合作用的结果, 所以破坏断裂机理也是复杂的。下面分别分 析三种断裂的可能性:(1) 应力腐蚀断裂 应力腐蚀破坏断裂是不 锈钢破坏断裂的一种常见形式, 不仅遍及采用不 锈钢的化工、石油、动力、航空、原子能等工业部门, 而且遍及耐腐蚀的几乎所有常用的钢种和合 金。文献 3 中的风机叶轮就属不锈钢应力腐蚀 破坏断裂。但不锈钢应力腐蚀破坏断裂是在一定 的条件下发生的4 、5 , 敏感的合金 (材料因素)、特 定的介质 ( 环境因素) 和静拉伸应力 ( 力学因素)是不锈钢产生应力腐蚀的几个基本条件。 对本文分析的风机转子, 从几个基本条件看, 不能排除应力腐蚀的可能, 但根据对照分析, 断裂前后使用的其它转子, 材料和环境都是相同 的, 却没有发现任何应力腐蚀的迹象; 在力学因素中, 工作应力与制造过程中的残余应力相比, 工作应力占主要作用; 对原始缺陷而言, 检修时 都发现表面有多条裂纹。因此, 应力腐蚀造成叶 轮断裂的可能性较小。( 2) 脆性断裂 脆性断裂和温度密切相关, 统计表明, 许多事故都发生在低温工作的构件 中。但这并不是说, 只有低温才会发生脆性断裂。 影响材料脆性断裂的因素相当多, 有些文献将这 些因素分为工程、机构和冶金因素三大类。在一 个结构中究竟那些因素对脆性断裂起决定作用还难以确定, 无法找到一个单一的作为结构有无 脆性危险的判据, 临界转变温度法只不过是一种 带有广泛经验性的判据6 。从本文的叶轮断口看(现场照片) , 既可能是脆性断裂和腐蚀破坏断 裂, 也可能是疲劳破坏断裂。但从三个方面分析,我们可以排除脆性断裂: 一是叶轮使用的材料00C r17N i14M o 3为奥氏体钢面心立方晶格韧性失效原因分析4叶轮的几种破坏形式及产生原因见表11 。表1形, 当载荷增大而超过某一数 值, 即 发 生是突然发生的, 裂纹扩展速率可高达1500方晶格和密排六方和菱方晶格金属中及断裂由于 某种原因弱化了晶界后发生的面上产生的应力达到该材料的缺口拉伸而在应力作用下导致的脆性断裂。延性断裂411根据拍摄照片和现场调查, 断口呈平齐状,无塑性变形的迹象, 而且电机也无过速和超载的 情况。一个重要的事实: 制造材料是由厂里提供 给制造厂