CN117052711A - 一种延长离心式风机叶轮使用寿命的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及风机改良技术领域，具体涉及一种延长离心式风机叶轮使用寿命的方法。离心式风机叶轮包括转轴和设置在转轴上的转盘，转盘的两面均设有多个风机叶片，风机叶片外部覆盖有叶轮轮盖；叶轮轮盖的顶面为进气端，叶轮轮盖的侧面为出气端；离心式风机叶轮关于转盘所在的平面成平面对称，在叶轮轮盖的进气端安装环形方钢、叶轮轮盖的出气端安装回转体加强环。本发明通过安装环形方钢和回转体加强环，使叶轮轮盖各处的应力得到平衡，一方面避免短时间内因局部应力过高而出现裂纹，另一方面遏制叶轮轮盖外表面裂纹的扩展和延伸，可有效延长叶轮轮盖的使用寿命，进一步使风机叶轮整体的使用寿命延长，大幅降低了设备运行和维护的成本。
Description
技术领域
本发明涉及风机改良技术领域，具体涉及一种延长离心式风机叶轮使用寿命的方法。
背景技术
风机是用于气体输送的机械设备，是把风机电机旋转产生的机械能转换为气体动能的一种机械，工作原理是依靠驱动电机产生的机械能，提高气体压力并按照提前规划好的管线排送气体。离心式风机是钢铁冶金行业中应用最多的风机类型之一。
风机叶轮是离心式风机的主要部件。风机叶轮包括转轴、转盘和设置于转盘两侧的风机叶片和叶轮轮盖，若干个叶片按一定的形状角度和叶轮轮盖焊接连接成一体。在离心式风机的工作中，气流由风机叶轮轴向、叶轮轮盖顶端的进气端进入叶片区域后，在叶轮的驱动下随叶轮旋转，同时在惯性的作用下提高能量，最终沿叶轮半径方向、叶轮轮盖侧面的出气端离开叶轮。
伴随着离心式风机的使用，叶轮轮盖内部不断产生和积累应力，且叶轮轮盖不同的位置所受到的应力不平衡，局部应力集中，在使用一段时间后易因应力得不到释放而出现裂纹。若对叶轮轮盖上的裂纹发现和处理不及时将会导致裂纹加速扩散和延伸，进一步使风机叶轮整体失衡，甚至导致转子飞出，影响设备和人员安全。现有技术中采用更换整个风机叶轮或直接对裂纹进行焊接的方式叶轮轮盖裂纹进行处理，然而一方面整个风机叶轮的成本较高，且在叶轮轮盖出现裂纹时往往其他部位并未损坏，更换整个风机叶轮存在较大的资源浪费；另一方面直接对裂纹进行焊接并未解决叶轮轮盖的应力问题，投入应用后叶轮轮盖的其他部位依然容易再次产生裂纹，且直接对裂纹进行焊接还存在影响风机叶轮动平衡的问题。因此，现有技术中风机叶轮的使用寿命较短，平均仅有5年左右。
发明内容
针对现有技术中离心式风机放热叶轮轮盖易出现裂纹，整个更换风机叶轮成本高、造成资源浪费，直接对裂纹进行焊接易在叶轮轮盖其他部位产生裂纹、焊接影响风机叶轮动平衡，导致风机叶轮使用寿命较短的技术问题，本发明提供一种延长离心式风机叶轮使用寿命的方法，在叶轮轮盖的进气端安装环形方钢，在叶轮轮盖的出气端安装回转体加强环，使叶轮轮盖各处的应力得到平衡，一方面避免短时间内因局部应力过高而出现裂纹，另一方面遏制叶轮轮盖外表面裂纹的扩展和延伸，可有效延长叶轮轮盖的使用寿命，进一步使风机叶轮整体的使用寿命延长，大幅降低了设备运行和维护的成本。
本发明的技术方案如下：
一种延长离心式风机叶轮使用寿命的方法，离心式风机叶轮包括转轴和设置在转轴上的转盘，转盘的两面均设有多个风机叶片，风机叶片外部覆盖有叶轮轮盖；叶轮轮盖的顶面为进气端，叶轮轮盖的侧面为出气端；离心式风机叶轮关于转盘所在的平面成平面对称；在叶轮轮盖的进气端安装环形方钢、叶轮轮盖的出气端安装回转体加强环。
进一步的，步骤包括：
（1）对离心式风机叶轮进行三维建模，进行有限元分析，根据有限元分析结果设计环形方钢和加强环，并对设置环形方钢和加强环后的离心式风机叶轮再次进行三维建模和有限元分析；
（2）制作环形方钢和回转体加强环；
（3）清理离心式风机叶轮，对叶轮叶片和叶轮轮盖分别进行表面除尘、打磨、探伤处理，若叶轮轮盖表面出现裂纹，则在裂纹处打磨出坡口并进行焊接；
（4）安装环形方钢和回转体加强环，将环形方钢焊接至叶轮轮盖进气端上，将回转体加强环焊接至叶轮轮盖出气端上；
（5）对离心式风机叶轮进行去应力处理；
（6）对离心式风机叶轮进行动平衡处理。
进一步的，步骤（2）中环形方钢的制作方法为分别制作三段相同的扇形方钢，三段扇形方钢拼合为环形方钢；回转体加强环使用整片钢板裁剪制作。
进一步的，步骤（4）的具体操作为：先将待焊接部位加热至150-220℃，再将三段扇形方钢依次焊接至叶轮轮盖进气端上，然后在扇形方钢之间的接茬处修理焊接坡口，再对接茬处进行焊接；然后将回转体加强环固定到叶轮轮盖出气端的对应位置，进行对称点焊，最后对回转体加强环进行满焊处理；焊前加热可减少焊接产生的应力。
进一步的，步骤（2）中的环形方钢和回转体加强环的材质为Q345B钢。
进一步的，步骤（3）及步骤（4）中的焊材选自Q345钢、Q355钢。
进一步的，步骤（5）的去应力处理方式为对离心式风机叶轮进行振动时效处理，通过振动时效处理可使离心式风机叶轮的部件产生共振，并将振动能量传递到焊接部位，使焊接部位内部发生微观的塑性形变，使焊接时被歪曲得晶格结构逐渐恢复为平衡状态，从而使焊接部位内部的残余应力得以消除和均化，防止焊后变形和开裂。
进一步的，步骤（5）还包括对叶轮轮盖表面因焊接产生的局部形变进行火焰矫正，使用氧乙炔焰或氧化焰对形变部位进行局部加热，加热温度为600-800℃，利用火焰对形变部位进行局部加热时产生的塑性形变使金属在冷却后收缩，以达到矫正局部形变目的。
进一步的，步骤（6）中动平衡处理的具体操作为：将离心式风机叶轮安装到叶轮动平衡机上连续运转24小时进行动平衡检测，根据检测结果在叶轮轮盖的对应位置焊接金属片，然后对离心式风机叶轮进行喷漆，并再次进行动平衡检测和金属片焊接，最终使平衡精度不低于G2.5级。
本发明的有益效果在于：
1. 本发明通过在叶轮轮盖的进气端安装环形方钢，在叶轮轮盖的出气端安装回转体加强环，使叶轮轮盖各处的应力得到平衡，避免短时间内因局部应力过高而出现裂纹，延长叶轮轮盖的使用寿命，从而延长风机叶轮整体的使用寿命，大幅降低离心式风机运行和维护的成本。
2. 本发明可以应用在已经出现裂纹的叶轮轮盖上，遏止叶轮轮盖外表面裂纹的扩展和延伸，进一步延长叶轮轮盖的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是实施例1设置环形方钢和加强环后离心式风机叶轮的结构示意图。
图2是实施例1设置环形方钢和加强环后离心式风机叶轮的剖面图。
图3是图2的局部放大示意图。
图中，1-叶轮轮盖，2-风机叶片，3-转轴，4-环形方钢，5-回转体加强环。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种延长离心式风机叶轮使用寿命的方法，离心式风机叶轮包括转轴3和设置在转轴3上的转盘，转盘的两面均设有多个风机叶片2，风机叶片2外部覆盖有叶轮轮盖1，叶轮轮盖1的顶面为进气端，叶轮轮盖1的侧面为出气端，离心式风机叶轮关于转盘所在的平面成平面对称。步骤包括：
（1）对离心式风机叶轮进行三维建模，进行有限元分析，根据有限元分析结果设计环形方钢和加强环，并对设置环形方钢和加强环后的离心式风机叶轮再次进行三维建模和有限元分析；
（2）分别制作三段相同的扇形方钢和回转体加强环；三段扇形方钢可拼合为环形方钢，回转体加强环使用整片钢板裁剪制作；扇形方钢和回转体加强环的材质均为Q345B钢；
（3）清理离心式风机叶轮，对叶轮叶片和叶轮轮盖分别进行表面除尘、打磨、探伤处理，若叶轮轮盖表面出现裂纹，则在裂纹处打磨出坡口并进行焊接，焊材选自Q345钢、Q355钢；
（4）安装环形方钢和回转体加强环，将环形方钢焊接至叶轮轮盖进气端上，将回转体加强环焊接至叶轮轮盖出气端上，具体操作为先结合步骤（1）的有限元分析结果对叶轮轮盖上安装方钢和加强环的具体部位进行准确定位并做出安装标记，再将待焊接部位加热至150-220℃，并将三段扇形方钢依次焊接至叶轮轮盖进气端上，然后在扇形方钢之间的接茬处修理焊接坡口，再对接茬处进行焊接；然后将回转体加强环固定到叶轮轮盖出气端的对应位置，进行对称点焊，最后对回转体加强环进行满焊处理，焊材选自Q345钢、Q355钢；
（5）对离心式风机叶轮进行振动时效处理，并对叶轮轮盖表面因焊接产生的局部形变进行火焰矫正，使用氧乙炔焰或氧化焰对形变部位进行局部加热，加热温度为600-800℃；
（6）对离心式风机叶轮进行动平衡处理，将离心式风机叶轮安装到叶轮动平衡机上连续运转24小时进行动平衡检测，根据检测结果在叶轮轮盖的对应位置焊接金属片，然后对离心式风机叶轮进行喷漆，并再次进行动平衡检测和金属片焊接，最终使平衡精度不低于G2.5级。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种延长离心式风机叶轮使用寿命的方法，离心式风机叶轮包括转轴和设置在转轴上的转盘，转盘的两面均设有多个风机叶片，风机叶片外部覆盖有叶轮轮盖；叶轮轮盖的顶面为进气端，叶轮轮盖的侧面为出气端；离心式风机叶轮关于转盘所在的平面成平面对称，其特征在于，在叶轮轮盖的进气端安装环形方钢、叶轮轮盖的出气端安装回转体加强环。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，步骤包括：
（1）对离心式风机叶轮进行三维建模，进行有限元分析，根据有限元分析结果设计环形方钢和加强环，并对设置环形方钢和加强环后的离心式风机叶轮再次进行三维建模和有限元分析；
（2）制作环形方钢和回转体加强环；
（3）清理离心式风机叶轮，对叶轮叶片和叶轮轮盖分别进行表面除尘、打磨、探伤处理，若叶轮轮盖表面出现裂纹，则在裂纹处打磨出坡口并进行焊接；
（4）安装环形方钢和回转体加强环，将环形方钢焊接至叶轮轮盖进气端上，将回转体加强环焊接至叶轮轮盖出气端上；
（5）对离心式风机叶轮进行去应力处理；
（6）对离心式风机叶轮进行动平衡处理。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤（2）中环形方钢的制作方法为分别制作三段相同的扇形方钢，三段扇形方钢拼合为环形方钢；回转体加强环使用整片钢板裁剪制作。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤（4）的具体操作为：先将待焊接部位加热至150-220℃，再将三段扇形方钢依次焊接至叶轮轮盖进气端上，然后在扇形方钢之间的接茬处修理焊接坡口，再对接茬处进行焊接；然后将回转体加强环固定到叶轮轮盖出气端的对应位置，进行对称点焊，最后对回转体加强环进行满焊处理。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤（2）中的环形方钢和回转体加强环的材质为Q345B钢。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤（3）及步骤（4）中的焊材选自Q345钢、Q355钢。
7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤（4）中安装环形方钢和回转体加强环前结合步骤（1）的有限元分析结果对叶轮轮盖上安装方钢和加强环的具体部位进行准确定位并做出安装标记。
8.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤（5）的去应力处理方式为对离心式风机叶轮进行振动时效处理。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤（5）还包括对叶轮轮盖表面因焊接产生的局部形变进行火焰矫正，使用氧乙炔焰或氧化焰对形变部位进行局部加热，加热温度为600-800℃。
10.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤（6）中动平衡处理的具体操作为：将离心式风机叶轮安装到叶轮动平衡机上连续运转24小时进行动平衡检测，根据检测结果在叶轮轮盖的对应位置焊接金属片，然后对离心式风机叶轮进行喷漆，并再次进行动平衡检测和金属片焊接，最终使平衡精度不低于G2.5级。
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