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《離心式壓縮機(jī)葉輪裂紋分析及修復(fù)措施》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、離心式壓縮機(jī)葉輪裂紋分析及修復(fù)措施劉中原樊建成/寶鋼股份公司寶鋼分公司摘要：針對某大型空壓機(jī)葉輪根部產(chǎn)生裂紋問題，通過有限元方法（FEM）對葉輪內(nèi)部應(yīng)力分布進(jìn)行了數(shù)值計算，采用電鏡掃描和能譜分析方法對葉輪裂紋失效機(jī)理進(jìn)行了實驗分析，發(fā)現(xiàn)葉輪裂紋為典型的應(yīng)力腐蝕沿晶開裂，并對該葉輪的修復(fù)技術(shù)進(jìn)行了研究探討。關(guān)鍵詞：離心式壓縮機(jī)；葉輪；有限元分析；應(yīng)力腐蝕；激光熔覆中圖分類號：TG174文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號：1006-8155（2007）05-0034-06AnalysisonImpellerCrackofCentrifugalCompres
2、sorandRepairingMeasuresAbstract:Aimingatimpellercracksofonelargecompressor,thepapergivesthenumericalcalculationforinternalstressofimpellerbyFEM.Thetestanalysisoninvalidmechanismofimpellercrackiscarriedoutbyscanningelectromicroscopeandenergyspectrumanalysismethod.Itisfoundt
3、hatimpellercrackisthetypicalstress-erosioncracking.Sothepapergivestheinvestigationanddiscussiononrepairingtechnologyofimpeller.Keywords:centrifugalcompressor;impeller;FEM;stress-erosion;laser-cladding0引言寶鋼某大型空壓機(jī)為德馬克公司制造的大型組合齒輪式離心壓縮機(jī)。其一級葉輪的轉(zhuǎn)速為5190r/min,流量172500Nm3/h，進(jìn)口壓力為一個
4、大氣壓，出口壓力0.548MPa。軸功率11938kW，電機(jī)功率12680kW。自投用至今已穩(wěn)定運行了16年。在該空壓機(jī)的一次年修中，經(jīng)著色探傷發(fā)現(xiàn)該空壓機(jī)一級葉輪有5個葉片的前端根部附近進(jìn)口內(nèi)緣存在著長度不等的裂紋（見圖1），裂紋長度約5～30mm，裂紋距葉根距離10～30mm。1葉輪裂紋失效的有限元分析1.1有限元建模和計算方法根據(jù)葉輪葉片局部尺寸實際測繪結(jié)果并參考現(xiàn)場照片，利用SolidWorks軟件建立一級葉輪的幾何模型。葉輪材料為G-X5CrNi134（DIN標(biāo)準(zhǔn)），材料性能數(shù)據(jù)見表1。7圖2葉輪有限元網(wǎng)格圖1葉片裂紋位置葉片裂紋
5、表1G-X5CrNi134出廠檢驗材料性能E/GPaμρ/（kg/m3）σb/MPaσ0.2/MPa2100.37.85×103998929采用ANSYS/WorkBench軟件將該葉輪劃分為十節(jié)點四面體單元進(jìn)行分析、計算，有限元網(wǎng)格模型如圖2所示。在加載時主要考慮葉輪受的高速旋轉(zhuǎn)時的離心力影響，計算模型中約束葉輪后端中心圓柱面的位移。1.2有限元計算結(jié)果及應(yīng)力分析根據(jù)有限元計算結(jié)果可知：葉輪中的應(yīng)力最大值為999MPa，位于前蓋出口端的外表面。另一個應(yīng)力較大的部位在葉輪進(jìn)口端靠近內(nèi)緣根部的位置（接近本次實際裂紋部位），應(yīng)力值為806MPa
6、。葉輪的第一主應(yīng)力分布如圖3和圖4所示。圖4氣流進(jìn)口第一主應(yīng)力最大應(yīng)力部位進(jìn)口端最大應(yīng)力部位圖3葉輪正面第一主應(yīng)力從計算結(jié)果看出，葉輪的最大應(yīng)力位于前蓋出口端外表面（圖3），其數(shù)值已超出材料的極限強(qiáng)度?？紤]到此應(yīng)力主要是由于前蓋的扭轉(zhuǎn)變形引起的，而扭轉(zhuǎn)變形值與前蓋的厚度以及葉型的幾何尺寸有關(guān)，該處計算應(yīng)力較大的原因可能與未能精確測出葉片曲面的真實尺寸所引起的幾何尺寸差異有關(guān)。另外，由于該處在氣流流道以外，不受高速氣流直接沖刷，即使其計算應(yīng)力較大，但危險性較小。7從圖4看出，另一個應(yīng)力較大的部位在葉輪進(jìn)口端靠近內(nèi)緣根部的位置（接近本次實際裂紋
7、部位），為葉輪最大應(yīng)力所在位置。但同樣由于測量的尺寸不夠精確，其計算應(yīng)力值與圖5葉片進(jìn)口根部沿流道方向應(yīng)力分布真實應(yīng)力可能存在一定差別。另外，對該類離心式壓縮機(jī)的葉輪而言，通常其離心載荷產(chǎn)生的應(yīng)力與氣體載荷產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)相互抵消一部分，但由于沒有氣體流動分布的數(shù)據(jù)，在有限元計算中無法計入氣體載荷的影響，使得計算的應(yīng)力偏大。還需指出的是葉輪有限元方法計算的最大應(yīng)力分布在局部很小的一個區(qū)域內(nèi)，在其周圍的應(yīng)力衰減很快（見圖5），因此從平均應(yīng)力的概念來看，該處實際應(yīng)力情況和有限元計算結(jié)果給出的單點應(yīng)力（處于很小的區(qū)域）在數(shù)值上有一定的差異。2葉輪開裂
8、的失效機(jī)理2.1宏觀分析(a)試樣一(b)試樣二圖6裂紋試樣由圖1看出，5個葉片的開裂位置和形貌較為接近，由此判斷其開裂性質(zhì)應(yīng)是相同的。從中選取兩片開裂葉片，切取含有裂紋的試樣做
