軸流風(fēng)機(jī)葉片疲勞失效的原因分析及處理

浙江上風(fēng)高科專風(fēng)實(shí)業(yè)股份有限公司□李德義 李林林 竹渝曉 趙志君

眾所周知，葉輪是風(fēng)機(jī)的心臟，是風(fēng)機(jī)中最重要的部件，而葉片是流體機(jī)械中的關(guān)鍵零件，承受離心力，流體動(dòng)力，振動(dòng)等綜合作用，容易發(fā)生疲勞失效。資料表明葉片故障在葉片式流體機(jī)械中占有重大比例，而且葉片疲勞失效故障引起的事故是災(zāi)難性的，會(huì)造成巨大的損失，嚴(yán)重影響這些設(shè)備的運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

本文研究分析配套空調(diào)室外機(jī)組風(fēng)冷式冷（熱）水機(jī)組用的軸流風(fēng)機(jī)葉片疲勞失效產(chǎn)生的原因的分析及處理，供風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)、制造、售后服務(wù)及用戶相關(guān)人員參考。

1 風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)

軸流風(fēng)機(jī)由葉輪 （見圖 1）、面板 （機(jī)殼）、電機(jī)、電機(jī)支架、網(wǎng)罩五大零部件組成，電機(jī)與葉輪直聯(lián)傳動(dòng)。整機(jī)結(jié)構(gòu)見圖2。

圖1 葉輪結(jié)構(gòu)示意圖

空調(diào)軸流風(fēng)機(jī)功率一般在2500W~2800W（6P~8P），風(fēng)量 5000m3/h~27500m3/h。葉輪結(jié)構(gòu)：薄板狀葉片模壓成型，葉片與輪轂為鉚接結(jié)構(gòu)。電機(jī)結(jié)構(gòu)：電機(jī)外殼有四條等分T 形槽，電機(jī)安裝支架 （見圖3）一端連接電機(jī)，另一端連接電機(jī)支架；電機(jī)支架另一端連接面板；風(fēng)機(jī)裝配均采用螺栓連接結(jié)構(gòu)；電機(jī)軸伸結(jié)構(gòu) （見圖4），采用軸用擋圈定位，軸頭設(shè)有螺紋，配六角蓋形螺母。r≥t （t 為板厚），d=電機(jī)軸頸直徑。

圖2 整機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 電機(jī)安裝支架示意圖

圖4 電機(jī)軸伸結(jié)構(gòu)示意圖

2 葉片疲勞失效故障現(xiàn)象、原因分析及故障處理

（1）電機(jī)軸伸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有缺陷

1）故障現(xiàn)象

風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中軸用擋圈扭曲變形，斷裂脫落，葉輪在軸伸上軸向竄動(dòng)，葉片疲勞失效。

2）原因分析

軸伸采用軸用擋圈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)欠合理、有缺陷，擋圈僅用于軸向定位，不能承受較大的軸向力 （見圖4），當(dāng)軸端六角蓋形螺母擰入后，軸向力過大易引起擋圈變形、跑位，嚴(yán)重時(shí)擋圈斷裂脫落。

3）故障處理

軸伸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn) （見圖5），原軸用擋圈定位改為軸肩定位，軸肩高度 h 取 （0.07~0.1）d。另外，為降低軸臺(tái)階處應(yīng)力集中，提高軸疲勞強(qiáng)度，軸伸不宜設(shè)計(jì)砂輪越程槽，采用軸肩圓角過渡，半徑 r 取 0.5mm。h= （0.07~1.0）d。

圖5 改進(jìn)后的電機(jī)軸伸結(jié)構(gòu)示意圖

（2）電機(jī)安裝支架斷裂

1）故障現(xiàn)象

電機(jī)安裝支架折彎處斷裂，引起葉輪歪斜，葉片邊緣與面板內(nèi)孔有摩擦現(xiàn)象，導(dǎo)致葉片疲勞撕裂。

2）原因分析

電機(jī)安裝支架折彎處內(nèi)r 角太小，折彎時(shí)在材料內(nèi)部已產(chǎn)生畸變或微裂，風(fēng)機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后裂紋逐步加大，最終發(fā)生斷裂后葉輪碰殼，葉片撕裂。

3）故障處理

電機(jī)安裝支架折彎處內(nèi)r 角加大，r≥t （t 為板厚），另外電機(jī)安裝支架展開下料排樣時(shí)，注意彎曲線應(yīng)垂直于板材軋制方向，以防止折彎處拉裂。

（3）軸套與電機(jī)軸配合間隙太大

1）故障現(xiàn)象

葉輪裝入電機(jī)軸伸上后，軸套徑向松動(dòng)現(xiàn)象明顯，葉片擺動(dòng)，振動(dòng)加大，加速葉片疲勞撕裂。

2）原因分析

軸套與輪轂采用焊接結(jié)構(gòu)，軸套內(nèi)孔采用非標(biāo)公差，公差帶接近E7，顯然與電機(jī)軸配合間隙過大，手推可裝入。

3）故障處理

軸套內(nèi)孔公差改進(jìn)，采用F7 公差，間隙較小，符合裝配質(zhì)量要求。

（4）鉚接件結(jié)合面間隙超標(biāo)

1）故障現(xiàn)象

葉片 （鋁板）與輪轂 （鋼板）鉚接后，離軸心最遠(yuǎn)一顆鉚釘鉚接后不貼合，最大間隙有3mm~4mm，葉輪剛度不足，風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)葉片搖擺疲勞失效。

2）原因分析

葉片與輪轂?zāi)撼尚秃笄娌毁N合；鉚釘鉚接次序第一顆鉚釘是從離軸心最近一顆開始不合理。

3）故障處理

修改輪轂成形模具，使輪轂成形后的曲面與葉片的曲面貼合；修改鉚接次序，第一顆鉚釘從離軸心最遠(yuǎn)的一顆開始，此后交叉鉚接；加強(qiáng)鉚接質(zhì)量檢驗(yàn)，鉚接結(jié)合面的間隙應(yīng)符合JB/T 10214—2014 《通風(fēng)機(jī) 鉚焊件技術(shù)條件》的規(guī)定，在兩倍鉚接直徑范圍內(nèi)不得大于0.12mm，其余部位不得大于0.3mm。

（5）面板 （機(jī)殼）與葉輪裝配后間隙不均勻

1）故障現(xiàn)象

風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中葉輪振動(dòng)超標(biāo)，引起緊固件松動(dòng)，破壞葉輪對(duì)中，增加轉(zhuǎn)子不平衡量，加快葉片疲勞失效。

2）原因分析

葉輪葉片頂端與面板內(nèi)徑單側(cè)間隙不均勻，經(jīng)測量誤差有2mm~5mm，由于間隙不均勻引起氣流趨于不均勻，葉片振動(dòng)加大。

3）故障處理

葉輪中心與面板中心裝配時(shí)要確保同軸；控制面板內(nèi)孔圓度公差；控制葉片頂端徑向跳動(dòng)公差。圓度公差及跳動(dòng)公差參照表1。

表1 面板內(nèi)孔圓度公差及葉片徑向跳動(dòng)公差

3 結(jié)束語

通過對(duì)空調(diào)室外機(jī)組用軸流風(fēng)機(jī)葉片疲勞失效故障原因?qū)嵗治觯浞肿C明上述故障處理方法在實(shí)際工作中應(yīng)用是行之有效的，能指導(dǎo)軸流風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)、制造、售后服務(wù)及用戶相關(guān)人員及時(shí)找到葉輪疲勞失效原因，以方便排除故障，確保風(fēng)機(jī)可靠運(yùn)行。