离心式鼓风机叶轮裂纹补焊试验及应用                 摘要：介绍了低合金高强度钢焊接叶轮裂纹补焊新方法，并对叶轮补焊后的性能和成分进行了分析，对低合金高强度钢焊接叶轮裂纹补焊提出了建议。 0 引言 在冶金工业中，高炉鼓风机为高炉输送燃烧用空气，其运行情况直接影响高炉产量，是整个高炉的心脏。某钢铁公司高炉用风机D1400由于运转过程中产生振动，造成转子第三级叶轮口圈部位出现约40mm长的穿透性裂纹，从而造成风机停机，使整个高炉停产。由于该转子要求较高，转子转速为5700/min；要求轴径部位跳动小于0.01mm,口圈部位跳动小于0.15mm（见图1）；叶轮轮盖、轴盘和叶片材料为低碳合金钢15MnNiCMoV，组织为淬火马氏体、回火索氏体，轮盖、轴盘和叶片分别经过调质、焊接和焊后消应力处理，然后又进行了加工、平衡和超转试验。为了恢复生产，进行了有关试验，对该叶轮进行了补焊处理。 1 焊接试验 1.1 试验材料 叶轮材料为15MnNiCMoV，要求σb≥920MPa，σs≥850MPa，ψ≥35%，&dela;≥12%，HB270～320，材料成分见表1。                                  表1 材料成分                                 %   C C Si Mn Mo V Ni 15MnNiCMoV 0.14 0.78 0.29 0.9 0.45 0.055 1.5 680S焊条熔敷金属 0.12 30 1.20 1.70 0.30 0.25 9.0 由于叶轮焊接后需要进行550℃高温消应力处理，之后进行半精加工，然后再进行消应力处理。共需要进行两次高温消应力。由于要求转子轴径部位跳动小于0.01mm，叶轮口圈部位跳动小于0.15mm，特别是轴径部位不能出现大的焊接变形，以免引起转动过程中的振动和不平衡。叶轮补焊过程和消应力处理后也不能出现大的变形，结合叶轮焊接工艺过程，并根据消应力处理温度和以往单个叶轮补焊经验及焊后消应力处理对变形影响的数据分析[1-3]，拟对转子补焊后的消应力处理采用低温消应力[2-3]。 叶轮原来焊接和补焊用低碳合金钢焊条，经焊后消应力处理，焊缝金属延伸率和断面收缩率与母材接近。考虑到叶轮口圈部位结构应力和工作应力很大，而且补焊后消应力处理采用低温消应力[2-3]，决定采用不锈钢焊条做补焊试验。通过仔细研究和比较后，决定采用焊缝金属屈服强度大于640MPa，抗拉强度大于770MPa，延伸率为22%～25%的卡斯特林焊条680S（化学成分见表1）进行焊接试验，母材用15MnNiCMoV板材，经调质处理后进行坡口加工和焊接。 1.2试验过程     将厚度为8mm的15MnNiCMoV板材按要求加工单边45°坡口，钝边2mm,进炉预热200℃，拼装、点焊，拼装间隙2mm，以保证单面焊双面成型。打底焊用Φ3.2焊条，盖面焊用Φ4焊条。 焊条：680SΦ3.2Φ4；Φ3.2焊接电流：60～110A；Φ4焊接电流：90～150A。     直流正接，层间温度≤300℃，焊条烘干温度：350℃&imes;2h。 焊接完成后清理焊缝，立即进炉进行焊后消应力处理。   消应力规范：温升≤100℃/h,进炉进行400℃&imes;2h消应力处理，炉冷。 探伤：着色探伤。 加工：加工拉伸试样。 检验：最后进行检验。 1.3 试验结果 对试样进行化学成分和接头力学性能检验，力学性能见表2。 表2 力学性能   σb/MPa σs/MPa HB 1 1068.2 1048.8 306 2 1083.1 1073.1 308 3 1058.1 1050.6 306 平均值 1069.8 1057.5 306.8 由于焊接接头在拉伸过程中变形存在不均匀性，屈服强度仅供参考，化学成分见表3。                       表3 化学成分                              % C C Si Mn Mo Nb Ni 0.087 27.91 1.315 0.732 0.430 0.066 9.16 试验结果表明：焊接接头力学性能满足叶轮材料强度要求。 2 叶轮裂纹补焊 2.1 叶轮的基本情况 转子共3级叶轮，转速5700/min,叶轮直径Φ1000mm,材料15MnNiCMoV。裂纹部位见图1，裂纹长度40mm，深度20～30mm。 2.2 叶轮补焊工艺过程 ⑴清理：对裂纹部位清理，打磨，开出焊接U型坡口，要求：留1～2mm钝边（保证单面焊双面成型），裂纹端部磨净,见图2。 ⑵着色检验：对缺陷部位进行着色探伤，直至确认裂纹源清理干净为止。 ⑶焊接：①用氧-乙炔将焊部位及两边20mm区域预热到200℃，保持10～20min。 ②焊接：焊条680S Φ3.2 Φ4；直流正接； Φ3.2进行打底焊，焊接电流：60～110A；Φ4焊条进行焊接，焊接电流：90～150A。 ⑷消应力：温升≤100℃/h,进炉进行400℃&imes;4h消应力，炉冷。温度低于150℃时出炉。要求：转子应垫平，不要歪斜。 ⑸清理、探伤：清理焊接部位，打磨，着色探伤。 ⑹加工：补焊部位加工光滑。 ⑺做平衡。   2.3检验结果 消应力处理后进行着色探伤，无任何缺陷（图3）；对转子在车床上进行打表检测，轴径部位跳动0.012mm，第三级叶轮口圈部位跳动0.14mm，满足了图样和使用要求。 3 结论 (1)对低合金高强度钢焊接叶轮裂纹的补焊，焊接规范是保证补焊质量的关键。 (2)低合金高强度钢焊接叶轮产生裂纹后，在转子上直接进行补焊，可将各部位的变形控制在要求的范围内，焊接接头力学性能满足叶轮材料强度要求。 (3)采用不锈钢焊条补焊低合金高强度钢焊接叶轮，焊后采用低温消应力是成功降低拘束应力、控制变形的有效方法。 补焊后的转子从2008年6月开始运转至今，运转正常。

离心引风机转子现场一次加重平衡法 摘要：提出了锅炉离心引风机现场找平衡的必要性,介绍了一次加重平衡法的优点及其在现场的实际应用效果。 1 概述 我厂有5台锅炉离心引风机，风机Y6-51№25D。这些风机是电解烟气干法净化工艺中的关键设备，只有风机正常运转，使烟气净化系统正常运行，保证烟气的集气效率，才能保障电解烟气排放量达到国家烟气排放指标。引风机的不平衡是该设备正常运转的一个重要问题，为了降低引风机的故障率，笔者就引风机的不平衡问题作一些探讨。 利用振动频谱分析仪，通过对轴承座的振动监测，发现和解决了风机不平衡的故障，降低了引风机的振动量，使振动值在正常运行范围之内。保证了风机的正常运行，保障了生产的正常进行。 2 相对相位平衡法分析 风机转子现场动平衡试验，通常采用相对相位平衡法。即通过向风机转子施加一个试加质量，造成转子振动向量发生变化，利用这种向量的相对变化进行计算，求出转子原始不平衡质量的大小和位置。然后，在原始不平衡的反方向适当位置，加焊一个平衡质量，使转子得到平衡。 由上可知，相对相位平衡法必须有试加质量这一工序。即使平衡一个最简单的转子，也需要在已测取到原始不平衡振动数据的基础上，至少停开机两次，才能使转子达到平衡。 第一次停开机：测取装上试加质量后的振动数据。 第二次停开机：根据已测得的振动数据，采用影响系数法进行计算，求出应加平衡质量的大小和位置，再加装到转子上，测取振动数据。 若测得振动数据符合振动标准，则运转生产。若测得振动数据不符合振动标准，还要进行第三次开停机。以测得剩余振动量为基数，进行计算、加重，再一次进行动平衡。 这样，完成一次风机转子现场动平衡试验，风机开、停机次数较多，既影响生产，也影响大型电机的使用寿命。若只用一次加重就能完成风机转子动平衡试验，不但能减少电机启动次数，提高电机使用寿命，减少对电网的冲击，也大大减少停机时间，提高产量。为此，经过认真研究和探索，总结出了一次加重平衡法。 3 一次加重平衡法 1998年起，就对风机进行现场动平衡试验，采用的是相对相位平衡法。经过几年来风机转子现场动平衡试验，积累了较为丰富的资料和数据。通过对这些资料和数据进行认真整理分析，找出了风机转子现场动平衡其中的一些规律，在总结规律的基础上，探索出了一次加重平衡法。即只需测得风机转子原始不平衡振动数据，便可找出风机转子不平衡质量的大小和相位。这样只需停开机一次就能完成风机转子现场动平衡工作。 在风机转子动平衡时，测到的振动量：振幅和相位，都是风机各轴瓦的振动位移和相位，测不到不平衡质量的大小和相位，但是测得的振动向量与原始不平衡质量之间存在一种特定规律。即   α=ψ测－ψ 式中α为不平衡质量相位；ψ测为测得的振动相位；ψ为对一套固定测振系统是定值。 　　应加平衡质量的位置&bea;应在α的反方向，即&bea;=α+180°。 　　所以，应加平衡质量的相位&bea;=ψ测－ψ+180°，ψ值的确定是一次加重平衡法的重要环节。几年来，利用一次加重平衡法在Y4-73-11№29.5D和Y4-73-11№23.5D引风机转子上进行现场动平衡应用，取得了较好的效果。 4 一次加重平衡法的实际应用（分析实例） 4.1引风机及电机主要参数 流　　量：Ｑ＝300000ｍ３/ｈ 全　　压：4.488kPa 介质密度：0.745kｇ／ｍ３　　　 电机功率：630kW 电机转速：990/min 润滑方式：30＃机械油甩油 轴承内径：210mm 4.2 发现问题 在排烟机的状态监测当中，发现4#排烟风机叶轮端轴承座径向振动忽然增大。利用数据采集器将振动数据采集回来后，看到该振动有以下特点：  振动的波形接近于正弦波； 振动频谱上1&imes;工频异常高，高达6.32mm/s，2&imes;、3&imes;、4&imes;工频虽然出现，但都较低。 4.3 解决动平衡问题 根据以上两点判断该风机为不平衡故障。用动平衡仪对该风机进行测量、处理，采用一次加重平衡法进行了现场动平衡试验。具体步骤：  （1）测原始数值，得到的振动数据为6.32mm/s ms57°； （2）在叶轮上任取一点A为0°，在此处加一块290g的试重块，启动风机。用现场动平衡仪测得风机前轴承振动速度和相位(度)：11.4mm/s ms 49°； （3）动平衡仪根据以上两次测量数据，经过动平衡仪计算后，得出352.2g locaion 197； （4）取下290g的钢板； （5）按照动平衡仪上得出的数据，自A点反向旋转197°处，在风叶的相应位置焊配重块320ｇ（352.2减去焊条质量）。焊接完毕后，重新启动风机。得到相应数据1.26mm/s ms140°（表1），风机振动值达到正常范围，动平衡故障处理完毕。 表1 动平衡仪上的数据   振速/（mm/s） 角度/（°） 处理前 6.32 57 加试重块 11.4 49 处理后 1.26 140 5  经济效益分析 一次加重平衡法做动平衡，减少了大型风机启动次数，提高了风机轴瓦及电机使用寿命，减少了对电网的冲击。相对相位平衡法动平衡，停开机两次至少需用8h，而一次加重平衡法只需2 h即可完成动平衡，这样每次减少停机6h。由于风机转子磨损，平均每年至少进行一次动平衡，每年减少停机6h。 由于电解生产的连续性，若风机异常影响供料，将造成电解槽的减产。以每停1h少产2.5原铝，吨铝利润8000元计算，6h损失2.5&imes;8000&imes;6＝120000元＝12万元。利用动平衡仪，采用一次加重平衡法处理风机的不平衡故障，基本上是一次配平实现风机平衡，非常简单实用。