軸流風機葉片斷裂的原因以及系統對風機性能影響分析

徐俊

摘 要：隨著現代經濟社會的不斷發展，機械研究和機械使用在多個領域中都發揮著不可替代的優勢，本文就軸流風機葉片出現斷裂的原因加以分析，并對這種斷裂導致的系統對風機性能造成的影響進行分析，制定出可以運用的措施，保證軸流風機能夠實現安全運行。

關鍵詞：軸流風機；葉片斷裂；風機性能影響

目前軸流風機系統內部選擇的風機一般控制風量為80000m3/h，風壓控制在2300Pa左右，其配套電機功率控制在110kW左右。在對其進行檢測時發現部分葉片出現了不同程度的裂縫，對這些裂縫出現的原因進行分析，并對系統對風機性能造成的影響加以概括。

一、裂縫原因分析

（一）葉片結構

風機輪轂的直徑在700mm左右，單臺風機輪轂上的葉片數量為14片，葉片的尺寸控制為260mm，葉尖弦長度為210mm左右，葉根厚度控制為19mm，葉片選擇的是焊接的結構，葉身則是由兩塊厚度規格為2mm的鋼板沿著周邊實現焊接，葉片內部上下兩端則使用加強筋來進行焊接，下端則是由葉身鋼板和加強筋焊接在厚度為22mm的鋼板蘭盤之上，控制焊接區長度為100mm。[ 1 ]14片葉片使用6只螺栓將其與風機輪轂實現連接。

（二）葉片斷裂原因探討

1.葉片制造

從風機制造以及葉片強度來分析，葉片焊縫的總負載要超過設計載荷，不會誘發強度斷裂的現象。葉片材料的硬度和金相組織相對正常。但是，從金相和端口結果來分析，由于葉片葉身屬于中空薄鋼板和剛性較大的法蘭盤之上，這種焊接屬于單面角焊，葉片焊接內側邊緣可能出現焊瘤以及焊透等缺陷，導致內部邊緣應力出現嚴重集中現象。[ 2 ]使用常規性的表面PT探傷無法檢查出焊縫存在的缺陷，超聲波探傷以及磁粉探傷又因為葉片結構的影響難以順利進行。裂紋全部都是由內緣缺陷位置開始逐漸向四周擴散的疲勞斷裂裂縫，所以，葉片結構以及焊接裂縫則是風機葉片出現斷裂的主要原因。

2.風機運行狀況影響

因為這些風機安裝的空間尺寸要能夠達到緊湊的要求，因此要能夠控制額定風量在80000m3/h左右，額定的風壓則控制在2300Pa左右，所設計選擇了軸流的風機。但是，結合風機性能的曲線來分析，其提供的最大全壓在2400Pa之下，并且和設計額定工況點之間具有100Pa的余量。[ 3 ]若管網實際的阻力超過了設計阻力、管網在實際運行過程中出現其他問題，則風機實際運行工況則難以加入到不穩定區域。

在對管網系統加以檢查之后不難發現，軸流風機進口區域1m處屬于空氣冷卻器，前后設置突拓突縮變徑管，這就可能讓系統局部阻力增加，對于軸流風機進氣氣流組織造成不利影響，減少有效通風面積。結合現場風機單體調試所得到的實測數據，在消除密閉隔離閥的前提下要能夠對系統風機的風壓進行測量。如果考慮到密閉隔離閥的實際阻力降、密閉隔離閥閥板伸入到90°彎頭誘發阻力降低的現象。實際系統阻力值則可能超過設計規定內的阻力值。所以，風機實際運行也是進氣流不均勻的條件下實施。

通過上述的分析研究之后不難發現風機葉片斷裂的原因包括風機運行的區域不夠穩定、風機葉片受到結構疲勞強度較大交變應力的影響，作用在葉片強烈應力集中的位置，也就是焊接角度因為焊接缺陷誘發的疲勞斷裂的現象。

二、系統對軸流風機性能造成的影響

對系統特性曲線進行分析不難發現，其構成包括適當系統附加阻力系數、氣流阻力等，精確地對系統的連接、氣流阻力進行確定顯得十分重要。所以，要能夠選擇風機達到必要的壓力條件，當風機安裝在系統上面才能夠保證風機達到設計流量的需求。

若對系統阻力進行精確確定、選擇正確科學的風機，則其性能曲線就會在管網系統特性曲線的100%的流量點。[ 4 ]若系統實際阻力超過設計阻力要求，為了能夠克服系統阻力風機風壓升高的現象，則風量逐漸降低，系統曲線和風機性能曲線的交叉點向風機性能超過起始點之后，風機就會在不穩定工況內部運行；若系統實際阻力低于設計阻力，曲線和風機性能曲線的交叉點就會朝著風機性能曲線右端移動，其實際運行風壓會低于設計數值，風量則超過設計數值。系統阻力超過風機設計風壓數值，其風量就會逐漸降低，單臺風機運行進入到不穩定的工況區域，則可能誘發單臺機葉輪旋轉出現脫落，誘發其出現喘振現象，在系統中并聯的其他同特性風機也可能出現掄風問題，讓風機葉片在短時間內出現斷裂。

三、整改措施分析

一般情況下的軸流風機要想實現安全運行，除了要能夠保證風機本身結構達到合理要求之外，其安裝以及制造質量也要符合技術要求，并且讓一切運行的工況都不會再不穩定工況區域內產生。首先，要能夠對風機葉片制造工藝、焊接工藝、以及設計結構進行變更，并且做好焊縫檢驗工作，從樣機試驗、理論計算、運行業績等不同的方面對方案加以整改；其次，做好系統管道修改工作，增加風道彎頭導流葉片、靜壓箱等，減少系統管道受到的阻力，重新核算系統阻力數值；[ 5 ]最后，要能夠增加系統風機運行的實際監控措施，這一系統風機僅出扣風壓能夠在PLC機上面得到顯示，其他風機運行的參數難以顯示。因此，需要對重要系統的風機進行監測，對風機的運行狀況進行監控，保證其運行安全不受到影響。

四、結語

軸流風機葉片斷裂將會對系統的實際運行造成直接的影響，通過對葉片斷裂的原因進行分析、系統對風機性能造成的影響進行分析之后提出相應的應對措施，從而減少軸流風機葉片斷裂現象的出現，保證系統的順利進行。

參考文獻：

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