帕特：新型式泵構件材損壞探討分析

2013-04-18

新型式泵構件材損壞探討分析
　　1檢查情況

　　事故發(fā)生后，將該泵進行了解體檢查，情況如下：

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

　?。?）葉輪擋套已松動，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。

　　（3）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)、疲勞擴展區(qū)和終斷區(qū)三個區(qū)域。裂源發(fā)生在鍵槽邊的應力集中處，整個斷口屬脆性斷裂。

　　2分析討論

　　2.1水力徑向力的影響

　　我們知道，泵在設計工況下運行經濟效益好，而且其蝸殼內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，流體是對稱的。

　　當泵開停車或遠離設計工況點運行時，蝸殼內壓力平衡遭到破壞。

　　這一不平衡的壓力作用到轉子上，使軸承擔由此而產生的徑向推力，亦即水力徑向力。泵的流量小時，徑向力指向蝸室小截面方向；流量大時，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)值由下經驗公式給出：

　　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―――設計流量；Q―――實際工作流量；H―――泵的揚程；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）；隨著生產負荷由四機增至六機，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，徑向力使泵軸產生彎曲，軸的彎曲撓度如超過葉輪密封圈等部件的設計間隙值，就會與泵殼發(fā)生接觸磨損，同時泵殼的反作用力使泵軸產生振動。流量調節(jié)在設計工況流量前后，其徑向力的大小和方向均發(fā)生變化，同樣造成泵的振動。

　　從水力徑向力對軸上的某一相對的任一微元來講，泵軸每旋轉一周，就受“拉－0－壓”交變應

　　2改造后壓縮機操作參數(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，否者會危害到合成塔。改造后機組選用的Windback密封，安全可靠、泄漏量低，保力循環(huán)。生產實踐表明，在交變應力下工作的構件，即使工作應力低于材料的屈服強度，經長期運轉后，首先在表面上產生微觀裂紋，并逐漸擴展到臨界尺寸后，就會導致低應力脆斷－機械疲勞破壞。

　　隨著泵軸某一相位任一微元的應力循環(huán)，致使同相位的葉輪與擋套之間一張一合。張開時削弱了擋套的背緊力。排污泵、旋渦泵、多級泵當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，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

　　設轉子的質量為m，轉子的質量偏心距為e，機器的固有頻率為w，則在轉子旋轉時就會產生離心力mew 2.影響質量偏心因素有制造偏心，彈性變形，安裝偏心和運行中產生的轉子偏心。轉子制造的允許偏心距常用線速度ea加以控制。對于安裝和運行過程中由于轉子松動、磨損等因素形成的偏心距是個隨機變量，無法明確。

　　在靜坐標系上看，離心力是旋轉的，在它與徑向力同相位時互相疊加，造成軸更大的彎曲，產生疊加的彎曲應力使軸的應力幅值和應力比發(fā)生變化。大量實驗表明：應力每循環(huán)一次的疲勞裂紋擴展速度隨應力比增大而增大，使構件疲勞壽命降低。

　　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改進葉輪的軸向背緊結構。

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

　　3.2修復葉輪。將偏磨密封圈去掉，葉輪內孔光刀見亮兩轂端打磨補焊，再光刀。

　　3.3轉子每次組裝后進行整體動平衡處理。通過以上措施使泵的振動情況大大改善，軸承處振幅為20u，運轉非常平穩(wěn)。

　　3.4多次改變泵軸材質。由原設計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，即貧液泵泵軸運行周期一年左右即斷裂報廢。

　　4建議

　　對中、高速泵，水力徑向力是不容忽視的！只有按照設計工況下穩(wěn)定地操作，才是減少泵軸交變應力的根本措施。