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        離心泵葉輪螺母處斷裂的根本原因

        2019-04-16 12:17:16陳亞軍馮劍陸亞棟馮小兵
        商品與質(zhì)量 2019年40期
        關(guān)鍵詞:軸頭斷口安全系數(shù)

        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?,F(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)危險斷面為葉輪螺母斷裂處,計算其所受的壓應(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》計算軸向力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)計時安全余量相對較小,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,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個月無異常。

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