Page 65 - 理化检验-物理分册2025年第一期

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质量控制与失效分析 DOI:10.11973/lhjy-wl240001

风扇传动轴断裂原因

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吕卓峰 ，贾 路 ，白 晶 ，吕思雨 ，刘西西 ，许莞琪 ，姬丙寅 3
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（1.中石化西北油田分公司 物资供应管理中心，轮台 841600；2.中国石油长庆油田分公司 物资供应处质量管控中心，

咸阳 712000；3.西安三维应力工程技术有限公司， 西安 710075）
摘 要：采用宏观观察、化学成分分析、力学性能测试、扫描电镜分析等方法对某42CrMo4钢风
扇传动轴断裂原因进行分析。结果表明：风扇轴发生早期扭转疲劳断裂的主要原因是电机系统（轴
承、风扇、风扇轴）运行过程中，滚动轴承额定承载能力存在薄弱点，使轴承出现早期偏磨损伤，系
统出现剧烈的扭转振动，导致轴承发生扭转疲劳断裂。建议改进电机系统的稳定性，如使用滑动
轴承。
关键词： 风扇轴；脆性断裂；疲劳；扭转撕裂；应力集中；偏磨
中图分类号：TG115.2；TB31 文献标志码：B 文章编号：1001-4012(2025)01-0053-04

Fracture reason of fan drive shaft

LYU Zhuofeng , JIA Lu , BAI Jing , LYU Siyu , LIU Xixi , XU Wanqi , JI Bingyin 3
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(1. Material Supply Management Center, SINOPEC Northwest China Petroleum Bureau, Luntai 841600, China;
2. Material Supply Department Quality Control Center, PetroChina Changqing Oilfield Branch Co., Ltd., Xianyang 712000, China;
3. Xi’an Serv Stress Engineering Technology Service Co., Ltd., Xi’an 710075, China)
Abstract: The fracture causes of a 42CrMo4 steel fan drive shaft were analyzed by means of macroscopic
observation, chemical composition analysis, mechanical property test and scanning electron microscope analysis. The
results show that the main reason for the early torsional fatigue fracture of the fan shaft was that during the operation of the
motor system (bearing, fan, fan shaft), there was a weak point in the rated bearing capacity of the rolling bearing, which
caused early eccentric wear damage to the bearing and severe torsional vibration of the system, resulting in torsional
fatigue fracture of the bearing. It was recommended to improve the stability of the motor system, such as the use of sliding
bearings.
Keywords: fan shaft; brittle fracture; fatigue; torsion tearing; stress concentration; partial wear

风扇传动轴是压缩机组的核心传动部件，不仅要 气压缩机电机额定转速为500~994 r/min，正常运行
承受弯曲、扭转和离心载荷的作用，还要承受风扇叶 速率为600~980 r/min，额定功率为2 500 kW。风扇
轮零件的接触挤压、振动、疲劳及微动磨损等作用， 轴材料为42CrMo4钢，断裂时仅服役了5个月。笔
较容易产生微裂纹，直至轴承失效断裂，严重影响压 者采用一系列理化检验方法对风扇轴断裂原因进行
缩机组的安全运行，并造成较大的财产和人员损失 [1- 分析，以避免该类事件再次发生。
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。因此，分析风扇轴的断裂机制及影响其断裂的原因， 1 理化检验
并在生产作业中提出防范应对措施，管控其运行风
1.1 宏观观察
险，对压缩机组的安全稳定运行具有重要意义 [7-9] 。
断裂风扇轴宏观形貌如图 1所示。由图 1可知：
某天然气压缩机正常工作时，其电机风扇叶轮 该风扇轴有两个断口，断口整体形貌呈对称特征，
突然脱落，叶轮风扇轴发生45°剪切性断裂。该天然 从左至右分别编号为1，2号。

断口宏观形貌如图2所示。由图2可知：1号断
收稿日期：2024-01-10
口为 45°斜向剪切断口，断口长度约为 11 cm，表面
作者简介：吕卓峰（1998-） ，男，本科，主要从事物资设备管理
工作，863121080@qq.com 光滑，具有陈旧的铜色锈迹，表面辉纹具有疲劳及
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