32SA—19E水泵斷軸原因分析與對策

虎春生

摘 要：通過對水泵32SA-19E葉輪變化前后基本性能對比、實測數據分析、葉輪變化前后與泵殼之間距離大小的理論分析等方面進行失效分析.結果表明：泵軸斷裂的主要原因是泵軸、葉輪和泵殼不協調而使軸功率過大引起的.

關鍵詞：水泵性能對比；功率分析；間距分析

中圖分類號：TV675 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）05-0062-02

Abstract： By comparing the basic performances before and after the change of pump 32SA-19E impeller and analyzing the measured data， a failure analysis is conducted about the distances between the impeller and the pump shell before and after the change of the impeller. The result shows that the main reason for the fracture of the pump shaft is that the shaft power is too large， which is caused by the fact that the pump shaft， impeller and pump shell are not in harmony.

Keywords： pump performance comparison； power analysis； spacing analysis

泵軸斷裂的危害是是多方面的，不僅導致水泵機組不能正常工作，而且給管理人員帶來麻煩，更會造成嚴重的經濟損失.目前國內眾學者對泵軸斷裂的主要原因有：非金屬夾雜和背帽外緣的點焊[1]，未按要求調制處理[2]、軸材質熱處理不當[3]、原有的裂紋和剝離伸展[4]以及電化學腐蝕[5]等引起疲勞斷裂。某泵站的水泵投入運營后，出現了多起水泵泵軸斷裂的現象，為了防止泵軸再次斷裂和保證水泵機組的正常運行，本文根據調查數據就水泵泵軸斷裂的原因進行了分析，提出相應的解決措施。

1 情況簡介

某泵站裝備機組11臺，泵型號為32SA-19E，單機額定流量5278m3/h（1.466m3/s），額定揚程33.8m，軸功率523kW，葉輪直徑有750mm，轉速730r/min，電動機額定功率600kW；6#在運行2200h，開停機14次，2013年5月30日斷軸；10#水泵運行5319h，開停機36次，在2013年7月25日斷軸；11#水泵葉輪（泵軸材質35CrMo鋼）直徑車削為745mm，運行功率降為646kW，運行5800h，開停機16次，到2013年8月19日斷裂。

2 泵軸斷裂原因分析

2.1 水泵性能對比分析

由于32SA-19葉輪尺寸已知，通過車削定律確定32SA-19E的流量Q，揚程H和軸功率N，然后檢驗它們性能是否在水泵工作性能曲線的高效范圍內工作；按照下列公式[6]：

從表1可知：葉輪直徑相差5mm，流量相差0.01m3/s，揚程相差0.04kW，軸功率相差10.8kW，可知相差比較小，而轉數和效率都沒有發生變化；兩種直徑下水泵性能相近，可以利用葉輪為750mm水泵理論性能曲線作判斷；32SA-19E實際工作性能曲線上的效率高效范圍84.5%～92%，32SA-19車削后效率均是90%，對應的流量、揚程和軸功率也在相應高效范圍內，故水泵性能設計不合格的原因基本可以排除。

2.2 實測數據分析

從某泵站管理處調研獲得水泵運行期間的觀測記錄數據以及廠家提供水泵性能數據，通過整理總結分析，獲得水泵泵軸未斷裂運行期間記錄的具有代表性性的流量、揚程和軸功率等數據；如下表2。

從表2泵軸的實際觀測值中可以發現，葉輪直徑相同、轉數一致的情況下，實測流量和揚程均在高效范圍內，而水泵運行的實測效率范圍69.30%～77.58%，實測的軸功率在632～687kW范圍內；相比之下，實測的效率比理論效率低10%左右，實測的軸功率超出理論軸功率100kW以上；結果表明：導致效率降低的原因是實測軸功率過大。

由于表2中可以觀測到，水泵在運行過程中轉速發生了變化，但變化不大，可以再利用水泵比例律公式[6]校核。

對于同一臺泵，葉輪直徑均為D1=D2=745mm，，轉速發生改變，根據水泵相似律：當n=738r/min時，水泵的流量1.58m3/s，軸功率551.75kW；實際上n=738r/min中實測軸功率648kW，大于理論上計算的551.75kW；以上結論均表明是水泵的實測軸功率過大；水泵在長期的超額運行下，泵軸自然就會斷裂，這就是泵軸斷裂的主要原因。

2.3 實測軸功率過大原因及危害

2.3.1 葉輪直徑變大，葉殼間距變小

由于水泵生產廠家提供32SA-19水泵尺寸是已知，故32SA-19E葉輪大小是由32SA-19車削而來，車削前716mm，車削后葉輪直徑為745mm和750mm；我們在調查中發現：葉輪發生了變化，水泵泵殼還是原來的尺寸，生產廠家沒有對泵殼做出相應的改變。因此水泵葉輪變大使原來的協調性發生了變化，使葉輪與泵殼的間距離變小，這可能是導致實測功率變大的原因。

2.3.2 實測記錄有誤及其他原因

由于泵站管理處測量不僅全程測量記錄水泵運行數據，還要局部人工定期測量記錄，故記錄錯誤的原因可以排除。通過檢查發現電動機與水泵的匹配也合理；電動機和水泵軸線同心，震動小，構成的威脅不大；技術人員拆分了水泵后發現除葉輪外其他各個零件基本符合要求，也沒有安裝上的失誤。軸承潤滑劑也比較合適，啟動和關閉都是按規章制度，不存在養護和管理問題。

2.3.3 軸功率過大導致的結果

水泵運行期間，由于泵軸的微小變化在泵的內部，只有在斷裂后才會被發現。實際上反映出來就是軸功率過大，軸功率過大導致水泵效率降低，能耗增高，長期在這種超額狀態下運行，嚴重影響了電動機的壽命。

3 泵軸斷裂的應對措施

經過上述分析得出該泵站泵軸斷裂主要原因有以下兩個方面：

（1）軸功率過大，超出額定功率，長期在超額狀態下工作，致使泵軸過早的疲勞而斷裂，是直觀原因。（2）加大了葉輪的直徑而泵殼沒有按相應的比例增大，從而使泵軸、葉輪和泵殼之間的協調性降低，又長期工作致使功率過大而直接導致泵軸斷裂，是本質原因。

綜上所述，我們分析了泵軸斷裂原因，提出以下建議：

（1）在保證水泵額定出水量基礎上，適當車削葉輪直徑，使水泵不要超負荷運行。（2）按照一定比例變化來確定泵軸、葉輪和泵殼大小，從而保持協調性。

參考文獻：

[1]于永泗等.1107JC泵軸斷裂原因分析[J].大氮肥，1999，22（1）：54-56.

[2]楊力，王濱.35CrMo鋼帶泵軸斷裂原因分析[J].機械工程材料2008，32（6）：78-81.

[3]張學彬等.40Cr鋼機油泵泵軸斷裂分析[J].理化檢驗--物理分析冊，2010，46（4）：257-262.

[4]吳玉蘭.泵軸斷裂失效原因分析[A].南通紡織職業技術學院學報（綜合版），2012，12（4）：9-11.

[5]曹穎等.高壓水泵軸斷裂失效分析[J].金屬熱處理，2007，12（增刊）：305-306.

[6]劉超.水泵及水泵站[M].北京：中國水利水電出版社，2009.endprint