从图3和图4的叶片折断口中也看出，折断区有微裂纹、融合、耳朵状断层，表明可能反复出现了较 高峰 应力，达到材料的塑性变形范围。叶片断面在较低应力下扩展。断口羽毛状结构、折断口晶粒区、动叶表面和断口表面的腐蚀，说明了腐蚀坑为裂纹开始点，腐蚀促进了断层扩展。可能会反复出现类似旋转脱离或喘振的现象，而使叶片裂纹在交变应力的作用下不断扩展从而导致断裂。

　

4 　压缩机首级动叶片疲劳断裂原因分析

4.1 　压缩机长期在最小流量下运转导致首级动叶片疲劳断裂
　　 根据西安交通大学对该轴流压缩机的流动计算和研究表明 : 压缩机在最小、正常和最大流量下运行时，相对地存在3种流动情况。
　　 (1)当压缩机在最小流量85000m^３/h 运行时， 下一级动静叶的流动状况最为恶劣，在静叶中分离充斥整个流道，在一级动叶叶顶附近也出现分离逆流现象。所以压缩机在最小流量下工作时的压比和效率都下降，分别下降1.13251和76.5%，尤其效率下降最大。
　　 (2)当压缩机在正常流量122591m^３/h（设计点流量）下运转时，叶道内部流动明显改善，尤其是减少了叶根处的流动分离，叶中和叶顶基本没有分离，流动情况改善的直接结果就是效率的提高，冲角接近最佳值。这时压缩机压比和效率达到最大，压比和效率分别达1.1347和 86.5% 。
　　（3）当压缩机在最大流量 149833m^３/h 时，流动状况也不太稳定，出现了较强烈分离；叶根附近叶片上压力面的分离比较严重，尤其是在静叶上的分离最为明显，分离区基本上集中在压力面上，吸力面分离不明显，前导叶尾部也有明显的分离。这时压缩机压比和效率降低不多，压比和效率下降1.1347 和85.5%。
　　 所以当流量偏离设计点 , 减小或者增大时，流动损失增加，尤其是当流量控制在最小时最为明显。当流量减小时，在首级动叶的顶部最先出现逆流；当流量更小时，叶片进口的漩涡区继续扩大，此时，叶片间流道内气体的离心力不能与径向压力保持平衡，气体不再沿轴线方向流动，从而发生倾斜流动，产生了气流分离。这就发生了旋转脱离，即旋转失速现象。 如果 旋转失速时气体激振力的频率或倍频与叶片的固有动频相吻合，则会造成动叶片振动。
　　 该压缩机虽然使用前6级静叶可调来调节流量，但转动静叶减小或增大流量时，只能保证首级动叶叶高中间截面的气流方向与动叶安装角度相同。而不能保证首级动叶叶高其它截面的气流方向与动叶安装角度相同，故压缩机长期在最小流量工作时，会产生不太严重的气体旋转脱离现象。
　　 从操作方面对压缩机首级动叶断裂影响考虑，其影响因素有两个方面。
　　（1）因催化裂化装置在1990～2000年炼油量较小，压缩机的静叶可调长期控制在最小位置的小流量（8500m^３/h） 下工作，即长期在气流稳定区和严重气流旋转脱离区交界点工作，气流容易发生旋转脱离，使压缩机叶片产生振动。发生了3次首级叶片疲劳断裂。
　　（2）压缩机进口过滤器结构落后。进风格栅通流面积太小。过滤器滤布仍采用卷帘式蓬松纤维毛毡过滤，需人工更换或转动滚筒更换，更换困难。且蓬松纤维毛毡两侧与过滤窗口贴合面缝隙太大，基本上不接合，密封效果差，空气容易走短路，过滤效率低。以致大的催化剂粉尘和颗粒可以直接进入压缩机内。对压缩机叶片直接冲刷从而造成损伤。
　　 进口过滤器进风格栅通流面积太小，约7m^２， 流速太快，特别南方雨水多，雨水把催化剂粉尘和灰尘粘在进风格栅上，造成了严重堵塞。 1998年5月，曾发生过进风格栅上粘有大量催化剂粉尘和灰尘，使压缩机流量大幅度降低，即使增大可调静叶角度仍无效。只好进行不停机紧急清理。这必然使压缩机进入旋转失速区工作，流动恶化，会引起压缩机首级叶片振动而疲劳损坏。
　　 压缩机1#转子在1994年1月4日发生的首级叶片断裂前，钳工曾进入过滤器内更换过滤纤维毛毡，导致了大块过滤纤维毛毡被吸入压缩机内；叶片断裂后，打开压缩机检查，发现压缩机首级静叶前吸着两大块过滤纤维毛毡，遮挡住进口风道，影响了吸入风量。并有小块过滤纤维毛毡进入了压缩机。根据操作记录，1993年12月19日压缩机出口流量只有 76304m^３/h，此后到压缩机叶片断裂这段时间，压缩机出口流量也只有93646m^３/h。很可能是这 两大块过滤纤维毛毡影响了压缩机流量。使压缩机进入了气体旋转脱离区工作。气流发生了旋转脱离，使压缩机叶片产生振动。导致首级叶片疲劳断裂。

4.2 　压缩机首级动叶动频的 倍频与气流激振力频率接近易发生振动而导致疲劳断裂
　　 叶片在运行中的气流激振力使叶片产生受迫振动。由于叶片制造的偏差和理论设计的误差及受气体流动尾迹的影响，即使 首级动叶 在设计点流量工作时，气体的流动方向也不可能与叶片的形状一致，气体会产生轻微漩涡和偏离流动，因而在首级动叶就会产生能量很小的气流激振力。 如果首级动叶偏离 设计点流量工作，流量减小或增大时，会使气流冲角与动叶进口安装角不相等，气体产生的漩涡和偏离流动更加厉害。因而在首级动叶产生的气流激振力会更大，尤其是小流量工作时更加突出，对首级动叶产生的气流激振力要比大流量工作时要大得多。气流激振力对动叶产生较大的振动，使叶片高速摆动，动叶根部为刚性固定。动叶根部一般不摆动，而叶顶摆动幅度最大，叶片越长，摆动幅度越大。 振动导致首级叶片产生循环载荷结果见图5。
　　 在正常流量工作状态下，气流冲角与动叶进口安装角相等。高速旋转的动叶受到离心载荷和气流力的联合作用。这种作用是正常的，作用力的方向和大小是恒定的。只是使叶片产生弯曲变形，在叶背产生压应力，在叶面产生拉应力，但这种受力情况不会改变。即一般不认为会对动叶产生大的来回摆动。即叶片振动。在正常流量工作时产生气流激振力的能量有限，一般对动叶振动影响很小。离心载荷和气流力对叶片作用效果见图5。

　　气流激振力的频率对动叶振动影响较大。当气流激振力的1阶频与动叶动频相等时，对动叶产生最大振动。当气流激振力的高阶频率与动叶动频相等时，也会对动叶产生振动，但随着气流激振力阶数的增加，对动叶产生振动能量逐渐减弱。通常，只考虑气流激振力的5阶频率以内的频率对动叶产生一定振动能量。而更高阶气流激振频率对叶片产生振动能量很小。根据该压缩机首级叶片的C ampbll图得到气流激振力的频率（见表5）。

阶数	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
气流激振频率/Hz	100	180	260	375	465	575	660	760	860	945	1040	1120

　　从表4和表7中看出，该压缩机偏离设计点流量操作 , 尤其是小流量操作时 , 产生的气流激振力的第10阶激振频率（945Hz）和第12阶激振频率（1120Hz）分别与首级动叶片的第2阶频率（910.8Hz）和第3阶频率（1093.8Hz）接近，存在着诱发共振的可能，是造成 首级动叶疲劳断裂的原因之一。

4.3 　压缩机首级动叶动频与转速 频率的倍频接近易 发生共振

　　压缩机在正常转速5703r/min 运行时工频（95.1Hz）的3倍频与动叶的1阶动频308Hz接近，避开余度不够，容易诱发共振。 所以首级动叶应进行调频。压缩机升速过程中 , 压缩机升速台阶3700r/min时 频率(61.7Hz)的5倍频与动叶的一阶动频308Hz重合，也容易诱发共振。若压缩机在此转速停留时间太长，首级动叶可能发生共振。压缩机升速台阶频率见表6 。