风机叶片故障诊断分析（PTA主装置风机叶片断裂）

风机叶片故障诊断分析（PTA主装置风机叶片断裂）新的叶片设计方案制定后，在叶片根部位置打磨后重新补焊，增加叶片承载强度，扩宽风机的应用范围。当叶片重新加固后需要对整个叶轮重新进行动平衡测试，现场校正叶轮动平衡。工艺方面，定期清理干燥机风机入口过滤器滤芯，防止叶片表面因结垢而改变干燥机风机叶轮动平衡，使叶片运行更加平稳。改进后的干燥机风机从2018年6月装机运行后，经过了大约1年半的时间未出现叶片断裂现象，运行状态良好。在应力分布较大的区域增加加强筋，且增加加强筋的长度，将加强筋的长度增加至r /R =0.78位置处，如图5所示。将原始方案整体8mm的背板，改为5mm的背板加上5mm背板加强板，且加强板的长度增大为原来的1.2倍，这样就很好地增强了叶片能够承载的强度，更加适合在变工况条件下运行。如图3所示，叶片表面靠近轮毂处受力较大，轮缘处应力相对较小。由于PTA主装置氧化区域工艺条件变化较大，干燥机风机流量变化较大，其受力情况也发生较大

PTA装置主要分为精对苯二甲酸生产装置区、公用区和灰浆沉降区三个区域。作为装置中的关键设备，粗对苯二甲酸（CTA）氧化干燥机为装置循环输送气体，要求氧化干燥机连续运行周期超过6个月。受工艺条件的影响，干燥机运行过程中易出现载气压力不均和气流不畅等现象，造成干燥风机叶片频繁地受到不稳定应力冲击，长时间在这种工况下运行易出现疲劳损伤，甚至会出现叶片断裂，造成机组不能正常工作。

干燥风机叶片断裂原因

某PTA主装置氧化区域干燥机风机为研究对象，对其叶片断裂原因进行分析。叶片几何结构如图1所示，其主要外形尺寸分别如下：叶片外径为1 289mm，轮毂直径为150mm，叶片厚度为20mm，叶片轮毂到轮缘最外侧倾斜角为87°，其中靠近轮毂处为最大值。

采用有限元法对原始干燥机风机进行数值模拟，采用了局部网格加密技术，对影响叶轮内部流场流动较大的区域（靠近叶片）进行加密，而对计算结果影响较小的区域采用大尺度网格进行处理，这样既能获得较为准确的流场流动，又能节约计算机资源。最后经过网格无关系验证后，最终网格数量为1130万个时，风机的扬程变化为1.23%，此时认为计算结果能够准确地预测风机内部流场变化，叶片表面受力情况。

如图3所示，叶片表面靠近轮毂处受力较大，轮缘处应力相对较小。由于PTA主装置氧化区域工艺条件变化较大，干燥机风机流量变化较大，其受力情况也发生较大的变化。原始方案没有考虑叶片表面的受力分布，叶片根部位置厚度设计偏小，强度不够。当r /R =0.78时出现局部应力下降，其中r 为叶片径向位置的半径，R 为叶片半径，当r /R ＜0.78时应力变化相对较小。结合现场干燥机叶片出现裂纹的位置，发现裂纹出现在叶片靠近轮毂附近，与有限元数值模拟后主要应力较大的位置相吻合，这也从侧面证明了数值模拟结果的准确性。

另外，经过现场排查发现，风机入口处过滤器的过滤效果差，导致载气中杂质附着在叶片上，改变了叶轮动平衡，致使叶片动平衡不达标，叶片长期在交变载荷作用下运行时，叶片出现了疲劳断裂。

改进措施

在应力分布较大的区域增加加强筋，且增加加强筋的长度，将加强筋的长度增加至r /R =0.78位置处，如图5所示。将原始方案整体8mm的背板，改为5mm的背板加上5mm背板加强板，且加强板的长度增大为原来的1.2倍，这样就很好地增强了叶片能够承载的强度，更加适合在变工况条件下运行。

新的叶片设计方案制定后，在叶片根部位置打磨后重新补焊，增加叶片承载强度，扩宽风机的应用范围。当叶片重新加固后需要对整个叶轮重新进行动平衡测试，现场校正叶轮动平衡。工艺方面，定期清理干燥机风机入口过滤器滤芯，防止叶片表面因结垢而改变干燥机风机叶轮动平衡，使叶片运行更加平稳。改进后的干燥机风机从2018年6月装机运行后，经过了大约1年半的时间未出现叶片断裂现象，运行状态良好。

结论

1）干燥机风机叶片靠近轮毂处应力较大，且随着轮毂到轮缘的变化过程中，应力分布不断减小，且在r /R =0.78处出现局部应力下降，在r /R ＜0.78处应力变化相对较小。

2）从叶片设计的角度出发，增长了加强板长度，将加强板增长至出现局部应力下降的位置；从现场工艺出发，定期清理干燥机风机入口过滤器的滤芯，防止叶片表面结垢而改变干燥机风机叶轮动平衡，使叶片运行更加平稳。

以上节选自《通用机械》2020第9期

PTA主装置氧化区域干燥风机叶片断裂原因分析及优化措施

作者：陈海恩 吴新梅 蔡明虎