重油輸油泵泵軸及葉輪失效后成功改造
1、分析計(jì)算
1.1泵軸
(1)斷口宏觀分析對(duì)失效泵軸斷口部位進(jìn)行宏觀觀察，發(fā)現(xiàn)宏觀斷口表面可明顯分為3個(gè)區(qū)：疲勞裂源區(qū)、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)和zui后斷裂區(qū)。仔細(xì)觀察軸的邊緣可看到有幾個(gè)一次疲勞裂紋臺(tái)階，說明該斷口的疲勞裂紋源有多處，這些疲勞裂紋源反映了軸端退刀槽處應(yīng)力集中比較嚴(yán)重。疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)占斷口總面積的大部分區(qū)域，zui后斷裂區(qū)域很小，說明此軸肩處所受的拉應(yīng)力較小。重油輸油泵由于此處過渡圓角半徑R非常小，泊泰邦會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。循環(huán)載荷作用在應(yīng)力集中zui大的螺紋退刀槽部位，使泵軸發(fā)生疲勞斷裂。循環(huán)載荷系葉輪失重引起的動(dòng)不平衡產(chǎn)生的軸向沖擊力。葉輪*未更換，引起的動(dòng)不平衡愈加嚴(yán)重，泵軸斷裂時(shí)間愈來愈短。
(2)金相分析在斷口附近取樣分析，發(fā)現(xiàn)該軸金相組織主要為回火屈氏體，組織中仍可以看到有許多板條狀馬氏體形態(tài)，說明軸在進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理時(shí)，高溫回火溫度或時(shí)間不到位，沒有獲得回火索氏體組織，重油輸油泵造成軸的缺口敏感性提高，加快了疲勞裂紋的萌生和擴(kuò)展。
(3)硬度試驗(yàn)取樣進(jìn)行硬度試驗(yàn)，硬度HRC值分別為31、32、31、34，這些值比圖樣中規(guī)定的HB值偏高，進(jìn)一步表明其組織為非回火索氏體。
(4)掃描電鏡(SEM)分析取樣后用掃描電子顯微鏡分析了泵軸斷口的微觀形貌，重油輸油泵可以看到在疲勞裂源區(qū)和疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)存在疲勞條紋，說明失效是由于疲勞斷裂引起的，疲勞裂紋擴(kuò)展的微觀形貌是解理花樣。
1.2葉輪
(1)宏觀觀察和分析泵的吸入口葉輪表面存在多處蜂窩狀穿孔,輪轂表面存在明顯摩擦痕跡。葉輪前后表面密布蝕坑,鑄造組織也比較疏松。從整體裝配來看,葉輪失重穿孔部位與軸端疲勞裂源點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。
(2)化學(xué)成分分析各種成分的含量為：w(C)=0.162%,w(Si)=0.218%,w(Mn)=0.119%,w(P)=0.015%,w(S)=0.030%,從化學(xué)成分看,碳和錳的含量偏低。
(3)金相分析組織特征為塊狀與針狀的鐵素體＋珠光體，是典型的魏氏體組織，晶粒粗大，平均晶粒度為3級(jí)。其中珠光體含量較低，這與含碳量低有關(guān)，且晶間有夾雜物存在。這說明葉輪鑄造質(zhì)量不良，存在大量縮松，且金相組織不均勻，偏析比較嚴(yán)重，從而導(dǎo)致了金屬表面狀態(tài)不均勻，而非金屬夾雜物的存在使金屬中形成縫隙，重油輸油泵造成了物理上的不均勻和不完整性。由于蠟油溫度較高，酸值也較高，且含有硫等元素，使得夾雜物周圍成為點(diǎn)蝕的起源點(diǎn)。從葉輪表面的點(diǎn)蝕可以推斷，局部穿孔部位是夾雜物富集的地方，錳含量的偏低可能就是這種富錳硫化物聚集造成的。同時(shí)，金相組織中的偏析，造成了晶界的弱化，從而使得點(diǎn)蝕與晶間腐蝕的結(jié)合加速了局部的腐蝕。
(4)泵凈正吸入壓頭核算由于泵的允許汽蝕余量Δh未知，在此由吸入比轉(zhuǎn)數(shù)求解：式中，n為轉(zhuǎn)速，r/min；qV為體積流量，m3/min；S為泵的吸入比轉(zhuǎn)數(shù)。對(duì)于普通設(shè)計(jì)的輸油泵，不管比轉(zhuǎn)數(shù)多大，均可取1200。從而計(jì)算可得Δh=7.4m。
2、改進(jìn)措施
①增大退刀槽過渡圓角半徑R，建議R=1.5～2mm，以改善該部位應(yīng)力集中的程度。②嚴(yán)格按照?qǐng)D樣要求執(zhí)行熱處理工藝，保證軸獲得良好的綜合力學(xué)性能。③在安裝葉輪時(shí)，螺母的預(yù)緊力要適當(dāng)，不宜太大。④對(duì)葉輪進(jìn)行表面處理以提高耐蝕性能。
3、結(jié)語
對(duì)重油輸油泵的泵軸和葉輪按上述措施進(jìn)行改造后，于1997年5月裝置大修后安裝投用，至今已運(yùn)行1年多，運(yùn)轉(zhuǎn)良好，沒有發(fā)生斷軸事故，證明改造是成功的。
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