帕特：新型式泵構(gòu)件材損壞探討分析

2013-04-18

新型式泵構(gòu)件材損壞探討分析
　　1檢查情況

　　事故發(fā)生后，將該泵進(jìn)行了解體檢查，情況如下：

　?。?）葉輪與軸配合松動(dòng)，葉輪內(nèi)孔已磨損，直徑方向擴(kuò)大2mm。葉輪密封圈四周不均勻磨損，磨損量達(dá)4mm。葉輪鍵槽啃壞，輪轂兩邊有裂紋。

　?。?）葉輪擋套已松動(dòng)，起不到軸向固定的作用。擋套與葉輪間F－4密封墊片冷流變形。

　?。?）斷裂部位在左擋套與葉輪之間靠近擋套鍵槽的地方，裂紋源離鍵槽近處。斷口的宏觀形貌可分為裂源區(qū)、疲勞擴(kuò)展區(qū)和終斷區(qū)三個(gè)區(qū)域。裂源發(fā)生在鍵槽邊的應(yīng)力集中處，整個(gè)斷口屬脆性斷裂。

　　2分析討論

　　2.1水力徑向力的影響

　　我們知道，泵在設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益好，而且其蝸殼內(nèi)的所有截面上沿葉輪出口圓周上壓力分布是均勻的，葉輪出口的速度保持不變，流體是對(duì)稱的。

　　當(dāng)泵開停車或遠(yuǎn)離設(shè)計(jì)工況點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，蝸殼內(nèi)壓力平衡遭到破壞。

　　這一不平衡的壓力作用到轉(zhuǎn)子上，使軸承擔(dān)由此而產(chǎn)生的徑向推力，亦即水力徑向力。泵的流量小時(shí)，徑向力指向蝸室小截面方向；流量大時(shí)，徑向力指向蝸室大截面方向；方向角分別約等于50度及240度。其數(shù)值由下經(jīng)驗(yàn)公式給出：

　　P＝0.36＊［1－（Q／Qd）2］＊H＊B 2＊D2＊γ

　　式中：P―――作用在葉輪上的徑向力（公斤）；Q d―――設(shè)計(jì)流量；Q―――實(shí)際工作流量；H―――泵的揚(yáng)程；B 2―――葉輪出口總寬度（包括前后蓋板）米；D 2―――葉輪外徑；γ―――液體重度（公斤／米3），（水的重度為1000公斤／米3）；隨著生產(chǎn)負(fù)荷由四機(jī)增至六機(jī)，貧液循環(huán)量要求流量由150M 3／h控制在250～280M 3／h取小值，泵的葉輪寬度31mm～64mm取小值，葉輪外徑Φ420，相關(guān)數(shù)據(jù)代入上式：P＝0.36＊［1－（250 2／150 2）］＊240＊0.031＊0.42＊1280 P＝2559.84公斤由此可知，泵的水力徑向力是很大的。從宏觀上看，徑向力使泵軸產(chǎn)生彎曲，軸的彎曲撓度如超過葉輪密封圈等部件的設(shè)計(jì)間隙值，就會(huì)與泵殼發(fā)生接觸磨損，同時(shí)泵殼的反作用力使泵軸產(chǎn)生振動(dòng)。流量調(diào)節(jié)在設(shè)計(jì)工況流量前后，其徑向力的大小和方向均發(fā)生變化，同樣造成泵的振動(dòng)。

　　從水力徑向力對(duì)軸上的某一相對(duì)的任一微元來講，泵軸每旋轉(zhuǎn)一周，就受“拉－0－壓”交變應(yīng)

　　2改造后壓縮機(jī)操作參數(shù)

　　“塔后分氨”，合成氣入合成塔105D前只有169F起到過濾作用，油是合成塔催化劑的毒物，在入塔前必須除掉，否者會(huì)危害到合成塔。改造后機(jī)組選用的Windback密封，安全可靠、泄漏量低，保力循環(huán)。生產(chǎn)實(shí)踐表明，在交變應(yīng)力下工作的構(gòu)件，即使工作應(yīng)力低于材料的屈服強(qiáng)度，經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)后，首先在表面上產(chǎn)生微觀裂紋，并逐漸擴(kuò)展到臨界尺寸后，就會(huì)導(dǎo)致低應(yīng)力脆斷－機(jī)械疲勞破壞。

　　隨著泵軸某一相位任一微元的應(yīng)力循環(huán)，致使同相位的葉輪與擋套之間一張一合。張開時(shí)削弱了擋套的背緊力。排污泵、旋渦泵、多級(jí)泵當(dāng)墊片上的殘余壓緊力小于保持密封所必須的殘余壓緊力時(shí)，使F－4墊片發(fā)生殘余變形過大而冷流。

　　2.2離心力的影響

　　設(shè)轉(zhuǎn)子的質(zhì)量為m，轉(zhuǎn)子的質(zhì)量偏心距為e，機(jī)器的固有頻率為w，則在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生離心力mew 2.影響質(zhì)量偏心因素有制造偏心，彈性變形，安裝偏心和運(yùn)行中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子偏心。轉(zhuǎn)子制造的允許偏心距常用線速度ea加以控制。對(duì)于安裝和運(yùn)行過程中由于轉(zhuǎn)子松動(dòng)、磨損等因素形成的偏心距是個(gè)隨機(jī)變量，無法明確。

　　在靜坐標(biāo)系上看，離心力是旋轉(zhuǎn)的，在它與徑向力同相位時(shí)互相疊加，造成軸更大的彎曲，產(chǎn)生疊加的彎曲應(yīng)力使軸的應(yīng)力幅值和應(yīng)力比發(fā)生變化。大量實(shí)驗(yàn)表明：應(yīng)力每循環(huán)一次的疲勞裂紋擴(kuò)展速度隨應(yīng)力比增大而增大，使構(gòu)件疲勞壽命降低。

　　3事故的處理情況

　　鑒于貧液泵的損壞原因，為防止類似事故，我們采取如下措施：3.1改進(jìn)葉輪的軸向背緊結(jié)構(gòu)。

　　將葉輪擋套的鍵結(jié)構(gòu)去掉，改成螺紋結(jié)構(gòu)；直接用擋套軸向固定葉輪，再用軸套螺紋背緊防松。

　　3.2修復(fù)葉輪。將偏磨密封圈去掉，葉輪內(nèi)孔光刀見亮兩轂端打磨補(bǔ)焊，再光刀。

　　3.3轉(zhuǎn)子每次組裝后進(jìn)行整體動(dòng)平衡處理。通過以上措施使泵的振動(dòng)情況大大改善，軸承處振幅為20u，運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)。

　　3.4多次改變泵軸材質(zhì)。由原設(shè)計(jì)17－4PH沉淀型不銹鋼，陸續(xù)改為45＃鋼或40Cr，σb＝550MPa和17－7PHAl，σ＝900MPa后，但問題仍存在，即貧液泵泵軸運(yùn)行周期一年左右即斷裂報(bào)廢。

　　4建議

　　對(duì)中、高速泵，水力徑向力是不容忽視的！只有按照設(shè)計(jì)工況下穩(wěn)定地操作，才是減少泵軸交變應(yīng)力的根本措施。

上海帕特泵業(yè)制造有限公司

2013年04月18日星期四

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