富气压缩机叶轮开裂原因分析及预防措施

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1、富气压缩机叶轮开裂原因分析及预防措施第9页富气压缩机叶轮开裂原因分析及预防措施1．　前言催化装置富气压缩机于1996年10月6日随装置投产而投用，该压缩机刚投用时运转情况非常良好。自1999年5月开始，压缩机在升速过程越过一阶临界转速3700rpm时，压缩机轴振动明显增大，甚至达到105µm的跳闸值，越过临界转速后，压缩机的轴振动又恢复到正常值，透平的轴振动值一直处于报警值以下，无异常。2001年底三催化装置停汽大修，压缩机组累计运行了五年后第一次检修，拆盖检查发现压缩机转子二级叶轮轮盖有多条裂纹（裂纹的具体部位见后）。更换了一套新转子后，故障消除。该富气压

2、缩机由美国ELLIOTT公司设计生产，型号为38M7I,，为离心式压缩机，机身为水平剖分形式。压缩机转子由七级叶轮组成，额定转速7877rpm，实际运行转速为6500rpm左右。一级叶轮材料为0Cr17Ni4Cu4Nb钢,二至七级叶轮材料为AISI4140钢，国内相应牌号为42CrMo。1997年和2000年压缩机入口介质成分分析数据见表1.1。表1.1压缩机入口富气分析数据（单位V%）富气压缩机叶轮开裂原因分析及预防措施第9页2．裂纹分析2.1　宏观检验对失效的叶轮进行宏观检验，该叶轮共有27片叶片，叶片与轮盘及轮盖的连接采用焊接形式，检验没有发现明显的腐

3、蚀痕迹，但轮盖和叶片均发现有裂纹。对叶轮进行磁粉检验，结果见图2.1至图2.5。图2.1轮盖裂纹分布图2.21#裂纹宏观形貌图2.32#裂纹宏观形貌图2.43#裂纹宏观形貌检验发现，叶轮轮盖上有4条裂纹，1#∽4#裂纹长度分别约为115mm、105mm、72mm、116mm。裂纹均起源于轮盖边缘叶片角焊缝根部，见图2.6。裂纹沿叶轮径向扩展一定距离后沿斜向扩展，裂纹有少量宏观分叉。27片叶片中有18片发现有裂纹，其中大部分裂纹起源于叶片与轮盘角焊缝的根部，大多穿透叶片，径向长度可达约25mm。图2.54#裂纹宏观形貌图2.6轮盖裂纹在轮盖边缘发生部位2.2　

4、化学成分分析采用直读光谱仪，分别对叶轮轮盘、轮盖和叶片材料的化学成分进行分析，结果见表富气压缩机叶轮开裂原因分析及预防措施第9页2.1。化学成分分析结果表明，轮盘和轮盖材料符合4140钢的成分要求，叶片材料符合4130钢的成分要求。表2.1化学成分分析结果，wt%CMnSiSPCrMo轮盘0.390.870.220.0020.0100.950.19轮盖0.410.890.230.0010.0101.040.20叶片0.310.460.230.0010.0090.980.174140标准0.38~0.430.75~1.000.20~0.35≤0.040≤0.0

5、350.80~1.100.15~0.254130标准0.28~0.330.40~0.600.20~0.35≤0.040≤0.0350.80~1.100.15~0.252.3　叶轮力学性能测试分别从轮盖、轮盘取样，加工成矩形截面试样进行力学性能测试，试验温度为室温。试验按国家标准GB228-1987《金属拉伸试验方法》进行。试验结果见表2.2。断裂拉伸试样的宏观形貌见图2.7。表2.2力学性能试验结果σ0。2，MPaσb，MPaδ5，%轮盖6117282063371819平均62272319轮盘5957192461174025平均603730244140实测*

6、580772*100mm4140钢棒材经850℃淬火，650℃回火的实测数据。图2.7拉伸试样的宏观形貌富气压缩机叶轮开裂原因分析及预防措施第9页2.4　硬度测试采用HXS-1000AK型显微硬度仪对试样，进行硬度测试。测试结果见表6。表2.3硬度测试结果Hv试样1试样2试样3热影响区247241197210207245238251236250230220248246焊缝金属212205138158148208198176168176165144轮盖母材242251245240238231242245248轮盘母材238239246240234238叶片母材

7、214207209213207210测试显示，母材的硬度由高到低依次为轮盖，轮盘和叶片。轮盖的平均硬度值为242Hv，最高达251Hv；轮盘的平均硬度值为239Hv，最高为246Hv；叶片的平均硬度值为210Hv，最高为214Hv。焊接热影响区的硬度平均为233Hv，最高达251Hv，焊缝金属的硬度平均为174Hv，最高为212Hv。2.5　金相检验从叶轮边缘截取金相检验试样，试样经磨平、抛光、并用4%硝酸酒精浸蚀处理后，在光学显微镜下进行观察。轮盘、轮盖及叶片母材的金相组织见图2.8至图2.10。图2.8轮盘母材的金相组织图2.9轮盖母材的金相组织图2.1

8、0叶片母材的金相组织图2.11焊缝金属的金相组织金相