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(shí)測數(shù)據(jù)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(jìn)行失效分析.結(jié)果表明：泵軸斷裂的主要原因是泵軸、葉輪和泵殼不協(xié)調(diào)而使軸功率過大引起的.

關(guān)鍵詞：水泵性能對比；功率分析；間距分析

中圖分類號：TV675 文獻(xiàn)標(biāo)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(dǎo)致水泵機(jī)組不能正常工作，而且給管理人員帶來麻煩，更會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失.目前國內(nèi)眾學(xué)者對泵軸斷裂的主要原因有：非金屬夾雜和背帽外緣的點(diǎn)焊[1]，未按要求調(diào)制處理[2]、軸材質(zhì)熱處理不當(dāng)[3]、原有的裂紋和剝離伸展[4]以及電化學(xué)腐蝕[5]等引起疲勞斷裂。某泵站的水泵投入運(yùn)營后，出現(xiàn)了多起水泵泵軸斷裂的現(xiàn)象，為了防止泵軸再次斷裂和保證水泵機(jī)組的正常運(yùn)行，本文根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)就水泵泵軸斷裂的原因進(jìn)行了分析，提出相應(yīng)的解決措施。

1 情況簡介

某泵站裝備機(jī)組11臺(tái)，泵型號為32SA-19E，單機(jī)額定流量5278m3/h（1.466m3/s），額定揚(yáng)程33.8m，軸功率523kW，葉輪直徑有750mm，轉(zhuǎn)速730r/min，電動(dòng)機(jī)額定功率600kW；6#在運(yùn)行2200h，開停機(jī)14次，2013年5月30日斷軸；10#水泵運(yùn)行5319h，開停機(jī)36次，在2013年7月25日斷軸；11#水泵葉輪（泵軸材質(zhì)35CrMo鋼）直徑車削為745mm，運(yùn)行功率降為646kW，運(yùn)行5800h，開停機(jī)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(yáng)程H和軸功率N，然后檢驗(yàn)它們性能是否在水泵工作性能曲線的高效范圍內(nèi)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(yáng)程相差0.04kW，軸功率相差10.8kW，可知相差比較小，而轉(zhuǎn)數(shù)和效率都沒有發(fā)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(shí)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(yīng)的流量、揚(yáng)程和軸功率也在相應(yīng)高效范圍內(nèi)，故水泵性能設(shè)計(jì)不合格的原因基本可以排除。

2.2 實(shí)測數(shù)據(jù)分析

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

從表2泵軸的實(shí)際觀測值中可以發(fā)現(xiàn)，葉輪直徑相同、轉(zhuǎn)數(shù)一致的情況下，實(shí)測流量和揚(yáng)程均在高效范圍內(nèi)，而水泵運(yùn)行的實(shí)測效率范圍69.30%～77.58%，實(shí)測的軸功率在632～687kW范圍內(nèi)；相比之下，實(shí)測的效率比理論效率低10%左右，實(shí)測的軸功率超出理論軸功率100kW以上；結(jié)果表明：導(dǎo)致效率降低的原因是實(shí)測軸功率過大。

由于表2中可以觀測到，水泵在運(yùn)行過程中轉(zhuǎn)速發(fā)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(tái)泵，葉輪直徑均為D1=D2=745mm，，轉(zhuǎn)速發(fā)生改變，根據(jù)水泵相似律：當(dāng)n=738r/min時(shí)，水泵的流量1.58m3/s，軸功率551.75kW；實(shí)際上n=738r/min中實(shí)測軸功率648kW，大于理論上計(jì)算的551.75kW；以上結(jié)論均表明是水泵的實(shí)測軸功率過大；水泵在長期的超額運(yùn)行下，泵軸自然就會(huì)斷裂，這就是泵軸斷裂的主要原因。

2.3 實(shí)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(chǎn)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(diào)查中發(fā)現(xiàn)：葉輪發(fā)生了變化，水泵泵殼還是原來的尺寸，生產(chǎn)廠家沒有對泵殼做出相應(yīng)的改變。因此水泵葉輪變大使原來的協(xié)調(diào)性發(fā)生了變化，使葉輪與泵殼的間距離變小，這可能是導(dǎo)致實(shí)測功率變大的原因。

2.3.2 實(shí)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(yùn)行數(shù)據(jù)，還要局部人工定期測量記錄，故記錄錯(cuò)誤的原因可以排除。通過檢查發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)與水泵的匹配也合理；電動(dòng)機(jī)和水泵軸線同心，震動(dòng)小，構(gòu)成的威脅不大；技術(shù)人員拆分了水泵后發(fā)現(xiàn)除葉輪外其他各個(gè)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(dòng)和關(guān)閉都是按規(guī)章制度，不存在養(yǎng)護(hù)和管理問題。

2.3.3 軸功率過大導(dǎo)致的結(jié)果

水泵運(yùn)行期間，由于泵軸的微小變化在泵的內(nèi)部，只有在斷裂后才會(huì)被發(fā)現(xiàn)。實(shí)際上反映出來就是軸功率過大，軸功率過大導(dǎo)致水泵效率降低，能耗增高，長期在這種超額狀態(tài)下運(yùn)行，嚴(yán)重影響了電動(dòng)機(jī)的壽命。

3 泵軸斷裂的應(yīng)對措施

經(jīng)過上述分析得出該泵站泵軸斷裂主要原因有以下兩個(gè)方面：

（1）軸功率過大，超出額定功率，長期在超額狀態(tài)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(yīng)的比例增大，從而使泵軸、葉輪和泵殼之間的協(xié)調(diào)性降低，又長期工作致使功率過大而直接導(dǎo)致泵軸斷裂，是本質(zhì)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(chǔ)上，適當(dāng)車削葉輪直徑，使水泵不要超負(fù)荷運(yùn)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(xié)調(diào)性。

參考文獻(xiàn)：

[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(jī)械工程材料2008，32（6）：78-81.

[3]張學(xué)彬等.40Cr鋼機(jī)油泵泵軸斷裂分析[J].理化檢驗(yàn)--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(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)（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