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蠟油多級離心泵泵軸及葉輪失效後成功改造

文章出處:責任編輯:人氣:-发表时间:2015-11-26 15:02【

蠟油多級離心泵泵軸及葉輪失效後成功改造

镇海炼化股份有限公司炼油二套常减压车间的蠟油多級離心泵为悬臂多級離心泵,其泵轴的设计要求材质为35CrMo,调质处理,硬度为HB=269~302。叶轮材质为G25钢,静平衡允差为8g。泵轴端有一M24×1.5的螺纹,用于固定叶轮。泵扬程150m,体积流量200m3/h,转速2950r/min,蠟油密度0.919kg/m3。从1995年12月开始,该泵发生多起断轴事故,断裂部位都在轴端螺纹退刀槽处,断轴时间间隔越来越小,短只有一个月左右。同时叶轮表面多处出现蜂窝状穿孔,影响了装置的正常运转。
    1分析计算

1.1泵軸

 (1)斷口宏觀分析對失效泵軸斷口部位進行宏觀觀察,發現宏觀斷口表面可明顯分爲3個區:疲勞裂源區、疲勞裂紋擴展區和後斷裂區。仔細觀察軸的邊緣可看到有幾個一次疲勞裂紋台階,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力集中比較嚴重。疲勞裂紋擴展區占斷口總面積的大部分區域,後斷裂區域很小,說明此軸肩處所受的拉應力較小。由于此處過渡圓角半徑R非常小,會産生較大的應力集中。循環載荷作用在應力集中大的螺紋退刀槽部位,使泵軸發生疲勞斷裂。循環載荷系葉輪失重引起的動不平衡産生的軸向沖擊力。葉輪長期未更換,引起的動不平衡愈加嚴重,泵軸斷裂時間愈來愈短。

 (2)金相分析在斷口附近取樣分析,發現該軸金相組織主要爲回火屈氏體,組織中仍可以看到有許多板條狀馬氏體形態。說明軸在進行調質處理時,高溫回火溫度或時間不到位,沒有獲得回火索氏體組織,造成軸的缺口敏感性提高,加快了疲勞裂紋的萌生和擴展。

 (3)硬度試驗取樣進行硬度試驗,洛氏硬度HRC值分別爲31、32、31、34,這些值比圖樣中規定的HB值偏高,進一步表明其組織爲非回火索氏體。

 (4)掃描電鏡(SEM)分析取樣後用掃描電子顯微鏡分析了泵軸斷口的微觀形貌,可以看到在疲勞裂源區和疲勞裂紋擴展區存在疲勞條紋,見圖2和圖3,說明失效是由于疲勞斷裂引起的,疲勞裂紋擴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,輪毂表面存在明顯摩擦痕●!H~輪前後表面密布蝕坑,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相對應。

 (2)化學成分分析各種成分的含量爲:w(C)=0.162%,w(Si)=0.218%,w(Mn)=0.119%,w(P)=0.015%,w(S)=0.030%,從化學成分看,碳和錳的含量偏低。

 (3)金相分析组织特征为块状与针状的铁素体+珠光体,是典型的魏氏体组织,见图4。晶粒粗大,平均晶粒度为3级。其中珠光体含量较低,这与含碳量低有关,且晶间有夹杂物存在。这说明叶轮铸造质量不良,存在大量缩松,且金相组织不均匀,偏析比较严重,从而导致了金属表面状态不均匀,而非金属夹杂物的存在使金属中形成缝隙,造成了物理上的不均匀和不完整性。由于蠟油温度较高,酸值也较高,且含有硫等元素,使得夹杂物周围成为点蚀的起源点。从叶轮表面的点蚀可以推断,局部穿孔部位是夹杂物富集的地方,锰含量的偏低可能就是这种富锰硫化物聚集造成的。同时,金相组织中的偏析,造成了晶界的弱化,从而使得点蚀与晶间腐蚀的结合加速了局部的腐蚀。

 (4)泵淨正吸入壓頭核算由于泵的允許汽蝕余量Δh未知,在此由吸入比轉數求解:式中,n爲轉速,r/min;qV爲體積流量,m3/min;S爲泵的吸入比轉數。對于普通設計的多級離心泵,不管比轉數多大,均可取1200。從而計算可得Δh=7.4m。

2改進措施

①增大退刀槽過渡圓角半徑R,建議R=1.5~2mm,以改善該部位應力集中的程度。②嚴格按照圖樣要求執行熱處理工藝,保證軸獲得良好的綜合力學性能。③在安裝葉輪時,螺母的預緊力要適當,不宜太大。④對葉輪進行表面處理以提高耐蝕性能。

3結語

对蠟油多級離心泵的泵轴和叶轮按上述措施进行改造后,于1997年5月装置大修后安装投用,至今已运行1年多,运转良好,没有发生断轴事故,证明改造是成功的。