Page 84 - 理化检验-物理分册2021年第九期

DOI : 10.11973 / lh jy -wl202109016

大型铝合金风机叶片断裂原因

左玉婷 1 , 2 , 杜风贞 , 张丽民 , 夏 雯 , 刘淑凤 2

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( 1. 国合通用测试评价认证股份公司, 北京 100088 ; 2. 国标( 北京) 检验认证有限公司, 北京 100088 )
摘 要: 某地铁隧道轴流风机叶片在运行过程中断裂, 通过化学成分分析、 宏微观分析及力学性
能测试等方法对叶片的断裂原因进行了分析。结果表明: 铝合金风机叶片发生了疲劳断裂。断裂
的主要原因是叶片内部存在大量粗大的氧化皮夹渣以及疏松、 针孔缺陷, 而叶片根部是叶片应力集
中区域, 此处存在缺陷会导致疲劳裂纹萌生。在离心力和气动力的作用下, 叶片根部承受拉力、 弯
曲和扭转作用力, 疲劳裂纹会在这种复合应力的作用下扩展, 最终导致叶片快速断裂。

关键词: 风机叶片; 疲劳断裂; 铸造铝合金; 应力集中; 夹渣缺陷

中图分类号: TU973+.254 文献标志码: B 文章编号: 1001-4012 ( 2021 ) 09-0068-06

CauseofFractureonLar g eAluminumAllo yFanBlade

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ZUOYutin g 1 , 2 , DUFen g zhen , ZHANGLimin , XIAWen , LIUShufen g 2

( 1.GuoheGeneralTestin g andEvaluationCertificationCo. , Ltd. , Bei j in g 100088 , China ;

2.Guobiao ( Bei j in g ) Testin g&CertificationCo. , Ltd. , Bei j in g 100088 , China )

Abstract : Thebladeofaxialflowfaninasubwa y tunnelfractureddurin go p eration.Thecausesoffracture

onbladewereanal y zedb ymeansofchemicalcom p ositionanal y sis , macroandmicroanal y sis , mechanical p ro p ert y

test.Theresultsshowthatthealuminumallo y fanbladehadfati g uefracture.Themainreasonforthefracturewas

thattherewerealotofcoarseoxideinclusions , looseand p inholedefectsintheblade , andtherootofthebladewas

thestressconcentrationareaoftheblade , thedefectsontherootofbladeledtotheinitiationoffati g uecracks.

Undertheactionofcentrifu g alforceandaerod y namicforce , therootofbladeboretensileforce , bendin g forceand

torsionforce , andthefati g uecrackwouldex p andundertheactionofthiscom p ositestress , whicheventuall y ledto

thera p idfractureofblade.

Ke y words : fanblade ; fati g uefracture ; castin g aluminumallo y ; stressconcentration ; sla g inclusiondefect
地铁风机为地铁站的重要通风设备。某地铁隧
道轴流风机叶片在工作中发生了多起断裂事故, 导
致风机函道内非驱动端一侧锥形环发生脱焊并被扯
断, 机壳多处破损, 轴流风机地脚减振垫发生移动,
软连接处破损撕裂; 该风机周围的设备也受到了不
同程度的撞击, 事故现场破坏严重, 如图1所示。该
风机主要负责列车运行前的隧道送风工作, 兼顾隧
道排烟。该风机服役6a发生了断裂, 正常情况下

图1 风机叶片断裂事故现场
地铁风机可使用 10a 以上 [ 1-6 ] , 该风机属于早期

Fi g 1 Sceneoffanbladefractureaccident
失效。
( ZL114A )。为避免此类事故再次发生, 作者对风
该 风 机 叶 片 材 料 为 高 强 度 低 压 铸 铝 合 金
机叶片的碎片进行拼接, 观察并统计了叶片的表
面伤痕, 同时对碎片进行了宏观分析、 微观分析、
收稿日期: 2020-08-31
作者简介: 左玉婷( 1986- ), 女, 高级工程师, 主要从事金属材料 能谱分析、 化学成分分析、 力学性能测试、 组织结
微观组织及结构分析工作, beatlesz y t@163.com 构分析, 以找到叶片的断裂原因。
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