離心泵葉輪螺母處斷裂的根本原因

陳亞軍 馮劍 陸亞棟 馮小兵

江蘇雙達(dá)泵業(yè)股份有限公司 江蘇靖江 214500

泵軸是連接傳動機(jī)構(gòu)和葉輪的主要部件，其性能的好壞直接影響泵的穩(wěn)定和安全運(yùn)行。經(jīng)了解，此離心泵運(yùn)行前三個(gè)月狀態(tài)良好，后震動偏大直至斷裂并損壞了葉輪及其他部件。經(jīng)查看，斷口有扭曲和粘連，泵軸主要材質(zhì)為3Cr13。現(xiàn)主要從材質(zhì)的成分、力學(xué)性能、和受力等方面進(jìn)行一下分析。

1 泵軸材料分析

1.1 成分分析

采用只讀光譜儀ARL3460進(jìn)行標(biāo)樣分析：斷軸本體的化學(xué)成分如表1所示。

1.2 力學(xué)性能分析

取一塊軸的本體材料，按GB/T2975-2009要求加工成長度150mm的試棒作為試驗(yàn)主材，采用拉力機(jī)按照GB/T228-2009對其進(jìn)行拉伸測試，測試結(jié)果見表2。

表3 判定標(biāo)準(zhǔn)值（GB/T1220-2007）

對比以上兩表中數(shù)據(jù)，符合GB/T1220-2007。

2 軸受力分析

校核軸的強(qiáng)度，假設(shè)危險(xiǎn)斷面為葉輪螺母斷裂處，計(jì)算其所受的壓應(yīng)力，結(jié)合安全系數(shù)做出評判。

A單位（N），F(xiàn)單位（m2）

經(jīng)查，此泵參數(shù)：流量Q為175m3/h，揚(yáng)程H為95m，電機(jī)轉(zhuǎn)速n為1450r/min，入口壓力p為0．3Mpa，密度ρ為990kg/m3，電機(jī)功率P為132KW,最小軸徑d為27mm，螺紋孔內(nèi)徑d1為12mm,可得：

根據(jù)《現(xiàn)代泵理論與設(shè)計(jì)》計(jì)算軸向力A=19401N

表4 材質(zhì)3Cr13的理論應(yīng)力值和安全系數(shù)

對比表中數(shù)據(jù)可知實(shí)際安全系數(shù)僅僅相比GB安全系數(shù)大0．5。

3 斷面分析

（1）軸頭斷裂處倒角有明顯刀傷，肉眼可見，直徑最小處為Φ27，較螺紋直徑減小了3mm，初步判斷此處應(yīng)力過于集中。

（2）斷口扭曲粘連，排除脆性斷裂。

（3）觀察軸斷面可以看到斷裂處有明顯頸縮現(xiàn)象，表面有介質(zhì)腐蝕或者高

溫留下的一層氧化膜，斷口中心開裂。

表1 斷軸化學(xué)成分對比（w，%）

表2 泵軸力學(xué)性能

4 結(jié)論

軸頭部位設(shè)計(jì)時(shí)安全余量相對較小，應(yīng)力多集中于退刀槽處，且泵軸自身已受到一定損傷，長期負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)使其過度疲勞，工況為腐蝕性介質(zhì)，部分泄漏指泵軸并腐蝕泵軸，內(nèi)部的P、S等元素使其晶界發(fā)生弱化，裂紋逐漸變大且向內(nèi)部延伸，當(dāng)達(dá)到臨界值時(shí)，泵軸發(fā)生斷裂。

改進(jìn)措施：

（1）取消軸頭吊緊螺栓孔M12，通過增大其受力面積來減小作用在軸段上的應(yīng)力。

（2）提高軸的安全系數(shù)，即在不影響水力效率的前提下加大軸徑。

（3）深度退刀槽不可取，改為圓弧過度，確保無碰傷。

經(jīng)試用，泵連續(xù)運(yùn)行6個(gè)月無異常。