轴流风机叶片断裂的原因以及系统对风机性能影响分析

轴流风机叶片断裂的原因以及系统对风机性能影响分析
作者：徐俊
来源：《科技风》2016年第07期
摘要：随着现代经济社会的不断发展，机械研究和机械使用在多个领域中都发挥着不可替代的优势，本文就轴流风机叶片出现断裂的原因加以分析，并对这种断裂导致的系统对风机性能造成的影响进行分析，制定出可以运用的措施，保证轴流风机能够实现安全运行。

关键词：轴流风机；叶片断裂；风机性能影响
目前轴流风机系统内部选择的风机一般控制风量为80000m3/h，风压控制在2300Pa左右，其配套电机功率控制在110kW左右。

在对其进行检测时发现部分叶片出现了不同程度的裂缝，对这些裂缝出现的原因进行分析，并对系统对风机性能造成的影响加以概括。

一、裂缝原因分析
（一）叶片结构
风机轮毂的直径在700mm左右，单台风机轮毂上的叶片数量为14片，叶片的尺寸控制为260mm，叶尖弦长度为210mm左右，叶根厚度控制为19mm，叶片选择的是焊接的结构，叶身则是由两块厚度规格为2mm的钢板沿着周边实现焊接，叶片内部上下两端则使用加强筋来进行焊接，下端则是由叶身钢板和加强筋焊接在厚度为22mm的钢板兰盘之上，控制焊接区长度为100mm。

[ 1 ]14片叶片使用6只螺栓将其与风机轮毂实现连接。

（二）叶片断裂原因探讨
1.叶片制造
从风机制造以及叶片强度来分析，叶片焊缝的总负载要超过设计载荷，不会诱发强度断裂的现象。

叶片材料的硬度和金相组织相对正常。

但是，从金相和端口结果来分析，由于叶片叶身属于中空薄钢板和刚性较大的法兰盘之上，这种焊接属于单面角焊，叶片焊接内侧边缘可能出现焊瘤以及焊透等缺陷，导致内部边缘应力出现严重集中现象。

[ 2 ]使用常规性的表面PT 探伤无法检查出焊缝存在的缺陷，超声波探伤以及磁粉探伤又因为叶片结构的影响难以顺利进行。

裂纹全部都是由内缘缺陷位置开始逐渐向四周扩散的疲劳断裂裂缝，所以，叶片结构以及焊接裂缝则是风机叶片出现断裂的主要原因。

2.风机运行状况影响
因为这些风机安装的空间尺寸要能够达到紧凑的要求，因此要能够控制额定风量在80000m3/h左右，额定的风压则控制在2300Pa左右，所设计选择了轴流的风机。

但是，结合风机性能的曲线来分析，其提供的最大全压在2400Pa之下，并且和设计额定工况点之间具有100Pa的余量。

[ 3 ]若管网实际的阻力超过了设计阻力、管网在实际运行过程中出现其他问题，则风机实际运行工况则难以加入到不稳定区域。

在对管网系统加以检查之后不难发现，轴流风机进口区域1m处属于空气冷却器，前后设置突拓突缩变径管，这就可能让系统局部阻力增加，对于轴流风机进气气流组织造成不利影响，减少有效通风面积。

结合现场风机单体调试所得到的实测数据，在消除密闭隔离阀的前提下要能够对系统风机的风压进行测量。

如果考虑到密闭隔离阀的实际阻力降、密闭隔离阀阀板伸入到90°弯头诱发阻力降低的现象。

实际系统阻力值则可能超过设计规定内的阻力值。

所以，风机实际运行也是进气流不均匀的条件下实施。

通过上述的分析研究之后不难发现风机叶片断裂的原因包括风机运行的区域不够稳定、风机叶片受到结构疲劳强度较大交变应力的影响，作用在叶片强烈应力集中的位置，也就是焊接角度因为焊接缺陷诱发的疲劳断裂的现象。

二、系统对轴流风机性能造成的影响
对系统特性曲线进行分析不难发现，其构成包括适当系统附加阻力系数、气流阻力等，精确地对系统的连接、气流阻力进行确定显得十分重要。

所以，要能够选择风机达到必要的压力条件，当风机安装在系统上面才能够保证风机达到设计流量的需求。

若对系统阻力进行精确确定、选择正确科学的风机，则其性能曲线就会在管网系统特性曲线的100%的流量点。

[ 4 ]若系统实际阻力超过设计阻力要求，为了能够克服系统阻力风机风压升高的现象，则风量逐渐降低，系统曲线和风机性能曲线的交叉点向风机性能超过起始点之后，风机就会在不稳定工况内部运行；若系统实际阻力低于设计阻力，曲线和风机性能曲线的交叉点就会朝着风机性能曲线右端移动，其实际运行风压会低于设计数值，风量则超过设计数值。

系统阻力超过风机设计风压数值，其风量就会逐渐降低，单台风机运行进入到不稳定的工况区域，则可能诱发单台机叶轮旋转出现脱落，诱发其出现喘振现象，在系统中并联的其他同特性风机也可能出现抡风问题，让风机叶片在短时间内出现断裂。

三、整改措施分析
一般情况下的轴流风机要想实现安全运行，除了要能够保证风机本身结构达到合理要求之外，其安装以及制造质量也要符合技术要求，并且让一切运行的工况都不会再不稳定工况区域内产生。

首先，要能够对风机叶片制造工艺、焊接工艺、以及设计结构进行变更，并且做好焊缝检验工作，从样机试验、理论计算、运行业绩等不同的方面对方案加以整改；其次，做好系统管道修改工作，增加风道弯头导流叶片、静压箱等，减少系统管道受到的阻力，重新核算系统阻力数值；[ 5 ]最后，要能够增加系统风机运行的实际监控措施，这一系统风机仅出扣风压
能够在PLC机上面得到显示，其他风机运行的参数难以显示。

因此，需要对重要系统的风机进行监测，对风机的运行状况进行监控，保证其运行安全不受到影响。

四、结语
轴流风机叶片断裂将会对系统的实际运行造成直接的影响，通过对叶片断裂的原因进行分析、系统对风机性能造成的影响进行分析之后提出相应的应对措施，从而减少轴流风机叶片断裂现象的出现，保证系统的顺利进行。

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