葉片斷裂事故可能的原因及其預防措施
1.設計制造缺陷
葉輪結構設計不合理,葉輪材料中存在著非金屬夾雜物,使其力學性能降低,特別是在僅有幾個毫米厚的輪蓋邊緣上含有夾雜物,使葉輪產生局部應力集 中源,從而大大降低疲勞強度。
制造缺陷是指焊縫本身和熱影響區缺陷以及葉輪 加工表面粗糙,如葉片與輪蓋之間沒有全焊、未焊透、存在氣孔、咬邊等,若非金屬夾雜物剛好在此區域,就更加劇了裂紋的產生和擴展。
葉輪與輪蓋焊接后使 輪蓋熱影響區內組織發生變化,該區的強度、硬度降低,若非金屬雜物正好處在 變化前后組織的交界處,就進一步促使應力集中源的形成,進而促使應力腐蝕裂 紋產生,以致發生葉片斷裂。
對于設計制造缺陷可采取如下措施: 發生上述故障時應立即停車,組織有關人員對損壞部件進行檢查與事故分析; 改進葉型設計,避開共振,改變傳統離心 式空壓機、風機葉輪設計方法。
可采用安全壽命設計,即在有效壽命期間,葉輪不得產生裂紋; @可采用可靠性設計,即在葉輪存在缺陷或有損傷的條件下, 應用斷裂力學理論預測出斷裂壽命,采取有效的預防措施。
選用耐腐蝕、高強度 的葉輪材料,確保葉輪加工質量,采用高形狀精度和高表面粗糙度加工; 在葉輪輪盤外緣兩葉片之間部位可磨削圓弧; 采用超聲波無損探傷,從各個方向對焊縫 和熱影響區進行嚴格檢查,及時發現焊縫和材質內部缺陷。
葉片與輪蓋之間應全部焊透,焊后必須進行消除內應力處理; 消除過大的振動源,調整共振頻率,使葉輪振動控制在允許范圍內; 修復后的轉子應嚴格進行動平衡、無損探傷和超透試驗。
2.轉子的嚴重振動
由于葉輪設計欠佳,使轉子振型沒有避開共振; 葉片制造缺陷,在施工或檢 修現場進行了不適當的調整、調換,造成驅動機與空壓機主軸對中發生了偏離。
葉輪安裝不夠緊密,或因磨損、腐蝕的不均勻,灰塵在葉輪上積聚,個別葉片折斷等使葉輪不平衡,將引起較大的振動。
特別是葉輪的自振頻率與擴壓器、安全閥、回流器或氣體管道的自振頻率相吻合時將產生共振,這對葉輪的安全運轉威脅很大。
對于轉子的嚴重振動可采取如下措施: 消除過大的振動源,調整機組的共振頻率,使葉輪振動控制在允許范圍內; 精心安裝,確保轉子對中良好。
發現轉子不平衡時,應查明原因并加以消除,必要時可在高轉速動平衡機上進行試驗; 在 變工況運行時,要避免發生負荷突變,嚴格控制調速范圍,嚴防轉速過低使葉片 振動頻率落入共振區。
采用軸振動頻譜分析的方法,及早發現主軸的異常振動; 嚴格控制進油溫度,適當增加油的黏度; 從空壓機頂上垂直下來的進口管道不應直接壓在空壓機上,必須由管道掛鉤或支架來承擔其重量,以防止機殼在管道重 量下產生變形而使振動加劇。
安裝高效過濾器,及時清除葉輪上的積塵、結焦和 鹽垢; 當發現離心式空壓機、風機機組發出異聲且伴有劇烈振動時,應立即停車 檢查; 嚴格按照操作規程進行操作,防止喘振、旋轉失速等不穩定氣流發生。
密切注視壓力、真空度、進氣量的波動及機組的異常響聲,及時發現,及早處理。