離心引風(fēng)機(jī)葉輪的磨損分析及處理措施

孫洛雷

（中國(guó)石油大慶石化公司腈綸廠，黑龍江大慶 163714）

0 引言

離心引風(fēng)機(jī)的葉輪磨損是一種較為常見的故障形式，因此在實(shí)際工作中，每位工作者都應(yīng)從內(nèi)、外兩方面分析其磨損原因，這樣才能得到更加全面、說服力較強(qiáng)的結(jié)論，找到科學(xué)的處理措施。但導(dǎo)致離心引風(fēng)機(jī)葉輪磨損的內(nèi)、外部原因有很多，必須注重細(xì)節(jié)，才能做好此項(xiàng)工作。

1 葉片磨損和斷裂的原因分析

選取一個(gè)包含離心引風(fēng)機(jī)葉輪的鍋爐機(jī)組項(xiàng)目作為研究對(duì)象，經(jīng)過了解該項(xiàng)目的實(shí)際情況發(fā)現(xiàn)，在前期調(diào)試時(shí)電袋除塵器未安裝到位，導(dǎo)致項(xiàng)目調(diào)試階段沒有除塵器的輔助，鍋爐燃燒產(chǎn)生煙氣中的大顆粒沒有被排出，造成引風(fēng)機(jī)葉輪嚴(yán)重磨損。為了弄清磨損原因，對(duì)磨損后的葉輪做進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)該鍋爐機(jī)組還存在煙氣氣流分布不平衡的現(xiàn)象，通過風(fēng)機(jī)葉片的氣流不均衡，使葉片發(fā)生了不均衡磨損，這也是造成磨損的第二個(gè)重要原因。

在該項(xiàng)目中，離心引風(fēng)機(jī)葉輪不僅發(fā)生了嚴(yán)重磨損還發(fā)生了斷裂。為了進(jìn)一步探究導(dǎo)致葉片斷裂的原因，對(duì)其進(jìn)行一系列的研究，如物理與化學(xué)性能檢查和分析，分析葉片的材料和硬度，對(duì)斷裂部位進(jìn)行探傷檢查，分析附加涂層的影響等。

1.1 化學(xué)成分分析

從葉片磨損和斷裂情況來看，該葉片是受到外力作用而導(dǎo)致的疲勞損壞（圖1）。

圖1 葉片磨損和斷裂情況

1.2 金屬硬度分析

對(duì)斷裂的葉片進(jìn)行硬度分析，選擇焊縫附近的測(cè)點(diǎn)2 和測(cè)點(diǎn)4，選擇遠(yuǎn)離焊縫的測(cè)點(diǎn)1 和測(cè)點(diǎn)3，測(cè)點(diǎn)1、測(cè)點(diǎn)2、測(cè)點(diǎn)3 和測(cè)點(diǎn)4 的硬度分別為為150 HB、129 HB、149 HB、139 HB。為了獲得更加準(zhǔn)確的分析結(jié)果，本次研究對(duì)未斷裂葉片進(jìn)行了硬度分析，測(cè)點(diǎn)位置與斷裂葉片一致，硬度分別為130 HB、140 HB。

按照設(shè)備說明書可知該葉片材料為Q390 鋼，經(jīng)查詢機(jī)械手冊(cè)得知這種材料的抗拉強(qiáng)度為490～650 MPa，硬度為130～185 HB。將查詢后的結(jié)果與硬度分析結(jié)果對(duì)比可知，該葉輪葉片的硬度符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 滲透檢驗(yàn)分析

為了進(jìn)一步分析葉片的斷裂原因，本次研究中還進(jìn)行了葉片斷裂處的滲透檢驗(yàn)分析，滲透檢驗(yàn)位置選擇斷裂處兩側(cè)50 mm的范圍。滲透檢驗(yàn)結(jié)果如圖2 所示，該葉片中未發(fā)現(xiàn)大的裂紋。

圖2 撕裂葉片滲透檢驗(yàn)顯示情況

1.4 增加耐磨涂層的影響分析

本次研究選擇專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了葉片材料化學(xué)成分的分析，首先在斷裂處進(jìn)行金屬取樣，然后送檢。經(jīng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的檢驗(yàn)，該葉輪葉片的化學(xué)成分符合國(guó)家對(duì)Q390 鋼的規(guī)定。

1.5 葉片疲勞破壞分析

為了檢驗(yàn)該葉片的疲勞破壞原因，對(duì)其進(jìn)行斷裂特性分析。仔細(xì)觀察斷面，發(fā)現(xiàn)該斷面斷口平整、存在一些撕裂痕跡，但脆性斷裂是導(dǎo)致該葉片破壞的主要原因，圖中較長(zhǎng)的AB 段斷口非常符合疲勞破壞的特征，說明該段受到周期性外力的作用，并促使葉片的薄弱部位發(fā)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象，最終形成裂紋，裂紋不斷向周圍擴(kuò)散（圖3）。當(dāng)裂紋達(dá)到一定程度后葉片突然折斷，AB 段折斷后，在離心力的作用下將BC 段扯開。這也解釋了斷面上存在明顯撕裂痕跡的原因。

圖3 葉片斷裂處情況

從斷口的局部放大圖可以看到，白線下方呈現(xiàn)出一片狹長(zhǎng)的光滑區(qū)域，這部分區(qū)域?yàn)槠诹鸭y的源頭（圖4）。白線上方呈現(xiàn)出一片粗糙的區(qū)域，這部分區(qū)域?yàn)樽詈髷嗔褏^(qū)。也就是說，在裂紋源頭處發(fā)生了頻繁的載荷作用，使D 區(qū)斷面趨于光滑，而瞬間斷裂區(qū)域（E 區(qū)）的表面比較粗糙。

圖4 葉片斷裂AB 段局部放大圖

與現(xiàn)場(chǎng)的工人溝通后了解到，該機(jī)組在安裝時(shí)為了提高離心引風(fēng)機(jī)葉輪的壽命，在葉片的迎風(fēng)面附著了涂層（圖3 中的黑色區(qū)域），但涂層與葉片母材的適配性不好，導(dǎo)致葉輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)涂層發(fā)生脫落、對(duì)葉片造成損害，并且在巨大的力矩作用下，導(dǎo)致葉輪葉片根部的薄弱位置疲勞破裂。受離心力影響，葉片發(fā)生撕裂并脫離葉輪，使葉輪的處于不平衡狀態(tài)，觸發(fā)保護(hù)裝置而停車。圖5 為該葉輪葉片的磨損情況。

圖5 引風(fēng)機(jī)葉片磨損情況

此外還要考慮對(duì)葉輪造成沖擊的煙塵大顆粒物本身硬度的影響。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知，煙塵大顆粒物的硬度直接決定著葉輪葉片的磨損程度，當(dāng)顆粒物硬度超過葉輪葉片硬度1/2 時(shí)，就會(huì)對(duì)葉片造成劇烈磨損，只有當(dāng)顆粒物硬度小于葉片硬度1/2 時(shí)，對(duì)葉片的磨損才比較小。

在葉輪葉片表面附著耐磨涂層是有效降低葉片磨損的方法，但涂層材料研究也是一大難題。葉輪的安裝方式也將影響葉輪的壽命，應(yīng)從理論與實(shí)踐兩方面出發(fā)，為其選擇科學(xué)、合理的安裝方法。例如，煙塵中顆粒物的沖擊會(huì)破壞葉片表面的金屬層，使金屬層脫落加重葉片的磨損，因此進(jìn)風(fēng)口的磨損要明顯高于葉片的其他部位，并由進(jìn)風(fēng)口向葉輪根部延伸，這時(shí)選擇合理的沖擊角度，就能大幅降低葉輪的磨損[2]。

所以，導(dǎo)致葉輪葉片磨損的外部因素主要有煙氣的速度、煙氣中所含顆粒物的硬度與沖擊角度、葉片表面積塵等。葉片的磨損率E 可以用煙氣速度v 的指數(shù)函數(shù)表示。由于煙氣顆粒物的撞擊，導(dǎo)致煙氣顆粒物附著在葉輪表面，產(chǎn)生積塵現(xiàn)象，隨著時(shí)間的增加，積塵不斷變厚變重[3]，破壞了葉輪的原有動(dòng)平衡，進(jìn)一步加劇磨損，使葉輪的維修周期變短，即增加了用戶的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)又會(huì)對(duì)設(shè)備安全造成威脅，在日常工作中應(yīng)對(duì)積塵問題給予一定的重視。

導(dǎo)致葉輪葉片磨損的內(nèi)部原因主要有材料的硬度、涂層材料的物理與化學(xué)性能等，煙塵顆粒物的硬度超過葉片表面硬度1/2 時(shí)，將造成葉片的劇烈磨損，因此可以選擇先進(jìn)的工藝進(jìn)行葉片表面的強(qiáng)化。例如，在葉片表面附著涂層，氮涂層材料應(yīng)與葉片材料的性能相匹配，否則在高溫與沖擊作用下涂層很容易脫落進(jìn)而造成葉片損壞，同時(shí)又要保證葉片內(nèi)部的韌性，以提高葉片的疲勞壽命。

2 措施處理

根據(jù)導(dǎo)致磨損的原因，應(yīng)選擇有針對(duì)性的處理措施，才能真正起到延長(zhǎng)葉輪使用壽命的作用。在生產(chǎn)實(shí)踐中，經(jīng)常采用的處理措施有以下兩種。

（1）為離心引風(fēng)機(jī)配備先進(jìn)的除塵設(shè)備?，F(xiàn)階段的先進(jìn)除塵方式主要有靜電除塵和潮濕除塵。根據(jù)前文提到的導(dǎo)致葉輪磨損的外部因素可知，煙氣中顆粒物的沖擊是導(dǎo)致葉輪磨損的主要原因之一，葉片表面積塵還會(huì)破壞葉輪的動(dòng)平衡，加劇葉輪磨損，加裝先進(jìn)的除塵設(shè)備，能減少煙氣中的顆粒物，減少對(duì)葉片的沖擊與積塵的產(chǎn)生，延長(zhǎng)葉輪壽命。

（2）提高葉輪葉片的耐磨性。根據(jù)前文提到的導(dǎo)致葉輪磨損的內(nèi)部因素可知，材料的硬度、涂層材料的物理與化學(xué)性能是影響葉輪葉片磨損程度的主要原因，隨著材料學(xué)的不斷發(fā)展，高耐磨性材料越來越普及，如陶瓷耐磨材料。事實(shí)證明高耐磨性材料可以大大提高葉輪葉片的壽命[4]，在葉片表面加裝耐磨襯板可以有效保護(hù)葉片內(nèi)部。

3 結(jié)束語(yǔ)

離心引風(fēng)機(jī)葉輪的磨損因素分為內(nèi)、外部?jī)煞矫?，提高葉輪壽命的措施與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展高度相關(guān)，只有與時(shí)俱進(jìn)地選擇先進(jìn)的方法，才能有效處理離心引風(fēng)機(jī)葉輪磨損問題，但一切還要從實(shí)際出發(fā)，只有找出造成葉輪磨損的真正原因，才能有的放矢地選擇正確的處理措施。