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

江蘇雙達泵業股份有限公司 江蘇靖江 214500

泵軸是連接傳動機構和葉輪的主要部件，其性能的好壞直接影響泵的穩定和安全運行。經了解，此離心泵運行前三個月狀態良好，后震動偏大直至斷裂并損壞了葉輪及其他部件。經查看，斷口有扭曲和粘連，泵軸主要材質為3Cr13。現主要從材質的成分、力學性能、和受力等方面進行一下分析。

1 泵軸材料分析

1.1 成分分析

采用只讀光譜儀ARL3460進行標樣分析：斷軸本體的化學成分如表1所示。

1.2 力學性能分析

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，采用拉力機按照GB/T228-2009對其進行拉伸測試，測試結果見表2。

表3 判定標準值（GB/T1220-2007）

對比以上兩表中數據，符合GB/T1220-2007。

2 軸受力分析

校核軸的強度，假設危險斷面為葉輪螺母斷裂處，計算其所受的壓應力，結合安全系數做出評判。

A單位（N），F單位（m2）

經查，此泵參數：流量Q為175m3/h，揚程H為95m，電機轉速n為1450r/min，入口壓力p為0．3Mpa，密度ρ為990kg/m3，電機功率P為132KW,最小軸徑d為27mm，螺紋孔內徑d1為12mm,可得：

根據《現代泵理論與設計》計算軸向力A=19401N

表4 材質3Cr13的理論應力值和安全系數

對比表中數據可知實際安全系數僅僅相比GB安全系數大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象，表面有介質腐蝕或者高

溫留下的一層氧化膜，斷口中心開裂。

表1 斷軸化學成分對比（w，%）

表2 泵軸力學性能

4 結論

軸頭部位設計時安全余量相對較小，應力多集中于退刀槽處，且泵軸自身已受到一定損傷，長期負荷運轉使其過度疲勞，工況為腐蝕性介質，部分泄漏指泵軸并腐蝕泵軸，內部的P、S等元素使其晶界發生弱化，裂紋逐漸變大且向內部延伸，當達到臨界值時，泵軸發生斷裂。

改進措施：

（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力。

（2）提高軸的安全系數，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。

經試用，泵連續運行6個月無異常。