Page 89 - 理化检验-物理分册2021年第九期

左玉婷, 等: 大型铝合金风机叶片断裂原因

低应力高周疲劳断口, 其余断口均为快速冲击断口。 叶片根部萌生疲劳裂纹, 疲劳裂纹会在这种复合应力

而5 , 10号叶片根部疲劳裂纹源位于靠近表面的氧 的作用下发生扩展, 最终导致叶片快速断裂。
化皮夹渣处, 9 号叶片根部疲劳裂纹源位于靠近表 建议按照标准要求对叶片的化学成分、 力学性
面的疏松缺陷处; 同时在断口中发现叶片存在粗大 能、 显微组织及铸造缺陷等进行检验, 提高叶片冶金
的氧 化 皮 夹 渣, 5 号 叶 片 断 口 单 个 夹 渣 尺 寸 质量, 提高叶片使用的可靠性。针对已投入使用的

为2cm , 夹渣总面积为2.5cm 。夹渣的存在严重 风机叶片, 通过宏观分析或采用探伤的方法检查叶
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降低了叶片的断裂性能。 片是否存在疲劳裂纹, 排除潜在隐患, 减少事故的发
由叶片的宏观分析结果可知, 各叶片表面( 不包 生, 降低损失。载荷也是影响材料疲劳断裂的主要
含侧面) 均未见较深的冲击凹坑, 排除外来异物进入 因素, 应考虑风机整个管网设计是否合理, 风机运行
与叶片发生撞击导致断裂的可能性。由于首先发生 时载荷是否过大, 再进行设计校核计算, 防止过载运
断裂的叶片在离心力的作用下其碎片可能与其他仍 行。
在高速旋转的叶片发生碰撞, 而导致更加严重的破 参考文献:
碎, 因此首断叶片的破碎程度可能较高。而发生疲
劳断裂的叶片, 可能是最先发生断裂的叶片, 除 5 , [ 1 ] 黄丽燕, 陈虎. 轴流风机叶片的叶栅法设计与失效分
9 , 10号叶片根部断口为疲劳断口外, 其余断口均为 析[ J ] . 煤矿机械, 2015 , 36 ( 12 ): 281-282.
快速冲击断口, 因此这3个叶片最先发生断裂的可 [ 2 ] 佟文伟. 航空发动机风扇叶片裂纹失效分析[ J ] . 失效
能性较大。可以推断, 由于5 , 9 , 10号风机叶片根部 分析与预防, 2013 , 8 ( 2 ): 112-116.
[ 3 ] 施康, 吴天超, 黄亨. 防喘振环对地铁风机性能和噪声
发生疲劳断裂, 这3个叶片中一个首先发生疲劳断
影响的研究[ J ] . 风机技术, 2015 , 57 ( 6 ): 32-38.
裂, 碎片撞击锥形环导致锥形环脱焊掉落, 并冲击其
[ 4 ] 陈杰. 通风机叶片和叶轮强度分析方法研究[ D ] . 上
余叶片, 同时叶片碎片也在风机风筒内撞击筒壁及
海: 上海交通大学, 2005.
其他完好叶片而成为碎片, 最终导致整个风机叶片
[ 5 ] LIU M X , MAF , CHANG G R , etal.Ex p erimental
全部断裂。 3个叶片断口的疲劳区面积相当, 说明其 investi g ationoffailurebehaviorofthecracked17-

发生疲劳的开始时间大致接近。其中, 由于9号叶片 4PHsteelbladesinato pg asener gy recover y turbine

侧面存在与锥形环的冲击凹坑, 说明9号叶片未发生 [ J ] .En g ineerin g Failure Anal y sis , 2019 , 105 : 545-
断裂时锥形环已经断裂, 部分掉落, 因此9号叶片不 554.

是首断件, 5 , 10号叶片可能为首断件。而9号叶片 [ 6 ] LYNCHSP.Failuresofstructuresandcom p onents

碎片的数量最多、 表面划伤最严重, 说明9号叶片较 b ymetal-inducedembrittlement [ J ] .JournalofFailure

Anal y sisandPrevention , 2008 , 8 ( 3 ): 259-274.
早发生断裂, 破碎较严重。从叶片的排列顺序可知, 9
[ 7 ] POURSAEIDI E , AIENERAVAIE M ,
号叶片与10号叶片为相邻的叶片, 两者之一发生断
MOHAMMADIM R.Failureanal y sisofasecond
裂, 极易造成周围的另一个叶片发生断裂, 而成为较
sta g ebladeinag asturbineen g ine [ J ] .En g ineerin g
早发生断裂的叶片。因此10号叶片为首断件的可能
FailureAnal y sis , 2008 , 15 ( 8 ): 1111-1129.
性较大。由于10 , 5 , 9号叶片均为疲劳断裂, 说明在 [ 8 ] MAZURZ , LUNA-RAMÍREZA , JUÁREZ-ISLASJ

风机发生失效前一段时间, 叶片已经存在巨大的断裂 A , etal.Failureanal y sisofag asturbineblademade

隐患, 即使没有异物的冲击, 叶片最终也将在疲劳扩 ofInconel 738LC allo y [ J ] .En g ineerin g Failure
展到临界值时而发生快速断裂, 至于哪一个叶片首先 Anal y sis , 2005 , 12 ( 3 ): 474-486.

断裂, 已经不是最为重要的问题 [ 7-11 ] 。 [ 9 ] YOON W N , KANG MS , JUNGN K , etal.Failure

anal y sisofthe defect-induced blade dama g e ofa
3 结论及建议 com p ressorinthe g asturbineofaco g enerationp lant

[ J ] .InternationalJournalofPrecision En g ineerin g
铝合金风机叶片的断裂原因是叶片内部存在大
andManufacturin g , 2012 , 13 ( 5 ): 717-722.
量粗大的氧化皮夹渣以及疏松、 针孔缺陷, 而叶片根 [ 10 ] 孙振西, 蒋作文, 韩贯凯, 等. 烟气轮机叶片断裂原因
部区域是叶片应力集中区域, 此处若存在一定尺寸的 [ J ] . 理化检验( 物理分册), 2020 , 56 ( 11 ): 66-69.
缺陷, 最容易萌生疲劳裂纹。在离心力和气动力的作 [ 11 ] 付星星, 张梅, 卢柳林. 汽轮机叶片断裂原因分析[ J ] .
用下, 叶片根部将承受拉力、 弯曲和扭转作用力, 一旦 理化检验( 物理分册), 2017 , 53 ( 11 ): 812-817.
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