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轴流压缩机首级叶片疲劳断裂的原因分析

发布时间：2009/10/24 阅读次数：3632 字体大小: 【小】【中】【大】

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表 1 压缩机操作参数

型号	AG060/14L5	介质	空气	进口压力（绝）/MPa	0.0961
进口温度/°C	30.7	功率/kW	8240	出口压力（绝）/MPa	0.4
出口温度/°C	198.5	湿度/%	82	转速/( r/min)	5703
最小流量/(m^３/h)	85000	正常流量/(m^３/h)	122591	最大流量/(m^３/h)	149833

1 　轴流压缩机首级动叶片设计的基本特点

　　轴流压缩机动叶分为静止频率和转动频率。动叶出厂前，每片动叶都要进行测定1阶静频，一般高阶静频不要求测试。首级动叶1阶静频测试见表2。

表2 　首级动叶1阶静频

叶片编号	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1阶静频/Hz	246	248	246	246	244	248	244	246	245	244
叶片编号	11	12	13	14	15	16	17	18	19	—
1阶静频/Hz	245	245	248	246	246	244	246	243	243	—
最小频率/Hz	243			最大频率/Hz		248

　　而每片动叶的转动频率难于测定，一般只能通过计算得到。首级动叶动频和静频计算结果见表3。

表 3 首级动叶片各阶频率（Hz）的计算结果

工作转速/ （r/min）	叶片固定在转轴上的约束状态	振动阶次
工作转速/ （r/min）	叶片固定在转轴上的约束状态	1	2	3	4
0	刚性固定	240	859.6	1060.3	1728
5703	刚性固定	308.1	910.8	1093.8	1757.6

2 　压缩机首级动叶片断裂情况

　　该压缩机组自1990年1月8日投用以来，首级叶片曾发生过3次断裂。1#转子在连续运行24720h
后，于1992年11月9日发生了第一次首级叶片断裂。1#转子更换了有防腐耐磨层的第1级进口叶片后，又连续运行了5200h，于1994年1月4日又发生了第二次首级叶片断裂。1#转子换上有防腐耐磨层的国产叶片后运行了4488h，于1999年3月26日又发生第3次首级动叶片断裂。压缩机转子运行情况见表4。

表 4 压缩机转子运行情况

转子编号	转子开始使用日期	转子运行时间 /h	转子叶片断裂或暂时停用日期	处理措施
1#	1990.1.8 ～ 1992.11.9	24720	1992.11.9 （首级叶片断裂）	更换第 1 级动叶
1#	1992.11.19 ～ 1994.1.4	5200	1994.1.4 （首级叶片断裂）	切掉第 1 级动叶
1#	1994.1.19 ～ 1994.12.4	—	1994.11.26 （暂时停用）	更换 1 ～ 14 级动叶
2#	1994.12.8 ～ 1998.5.24	31056	1998.5.24 （暂时停用）	—
1#	1998.5.28 ～ 1999.3.26	4488	1999.3.26 （首级叶片断裂）	更换第 1 、 2 级动叶
2#	1999.3.26 ～ 2002 .7.5	30168	2002 .7.5 （暂时停用）	更换第 1 、 2 级动叶
1#	2002.7.8～2004.12.28	21600	2004 .12.28 （暂时停用）	更换第 1 、 2 级动叶
2#	2005 .1.28	—	预计 2007 年 3 月大修时更换	—

3 　压缩机首级动叶断裂的断口检查

　　从表4看出，压缩机一共发生了3次的首级动叶断裂。从3次首级叶片断口来看，断口状况基本相同。特点都是从叶片根部断裂，从叶片的断口表面来看，叶片折断从叶背到叶面断裂转变区是从叶背开始，恰好是从叶背根部靠近中心点开始（见图2）。然后断口从叶背中心点向叶面一侧像水波纹一样扩展，形成羽毛状断层，断层线一共有15～20条，从断层表面一直延伸到叶片正面，断层表面光滑，是典型的疲劳裂纹。最后折断口横截面积只留有10%的残余折断面积，表明当时压缩机在较低负荷下运行。

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