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離心泵軸總是斷裂是什么原因

作者：離心泵來源：泵軸發布時間：2023-11-24

如果泵軸斷裂，大多數泵所有者會立即從制造商找原因。然而，在大多數情況下，這不是制造商的錯。本文探討了該問題和潛在原因。
可靠的泵制造商根據正常啟動和運行因素設計離心泵軸，但有些泵制造商在異常條件下的安全余量更高。軸斷裂的主要原因通常可以追溯到操作和系統原因。
疲勞失效（也稱為旋轉反向彎曲疲勞引起的失效）是泵軸斷裂/失效的常見原因。

一，泵軸設計對軸斷裂的影響
泵軸的目的是將旋轉運動和功率（扭矩）從驅動設備傳遞到葉輪。
泵軸設計將扭矩作為主要參數，扭矩是重要的設計元素（速度和功率是扭矩的積分因素）。
泵軸設計還涉及溫度、腐蝕、冶金、軸承位置、軸承尺寸、懸臂部件、預期的軸向和徑向力、鍵槽、圓角半徑、軸肩、直徑變化比以及其他部件。
此外，葉輪和聯軸器等主要軸部件的軸向放置位置以及由此產生的轉子動力學（如臨界速度）是泵軸可靠性的主要因素。
所有好的初始泵軸設計還都包括彎矩圖和模態分析。
許多離心泵用戶在泵軸斷裂時，會錯誤地責怪泵軸材料選擇，認為他們需要更堅固的軸。但選擇這種“更強”的道路往往治標不治本。軸故障問題可能不那么頻繁地發生，但根本原因仍然存在。
小部分泵軸會因冶金和制造工藝問題而失效，例如：基礎材料未檢測到的孔隙率、退火不當和/或其他工藝處理。有些故障是由于加工不當造成的，例如尺寸不正確、刀具阻力、半徑尖銳、研磨和拋光不當。更小的部件由于設計余量不足而失效，無法承受扭矩、疲勞和腐蝕。
另一個歸咎于制造商或用戶的因素是懸臂泵中的懸臂量，簡稱為軸的L-D 比（表示為L3/D4，其中L是從葉輪中心線到徑向軸承中心的軸向距離，D是泵軸的直徑）。它表示當泵在遠離效率點BEP運行時，泵軸會因徑向液壓力而偏轉（彎曲）的程度。
：泵軸被不正確地加載，導致旋轉彎曲故障
：泵軸外圍的多個（少15個）斷裂原點。靠近泵軸中間的較暗區域是瞬時快速斷裂區。
二，治標不治本的解決方案
查看常用的泵軸材料，可以發現硬度、強度和耐腐蝕性的差異。但我們如果仔細觀察可以發現這樣一點：這些材料的楊氏模量幾乎在同一范圍。
楊氏模量本質上是材料的彈性——在泵軸斷裂之前，可以彎曲多少次？在超過材料極限之前，可以在每個循環中將其彎曲多遠？
楊氏模量不應與強度、韌性或硬度混淆。由于常見的泵軸材料都具有相似的楊氏模量，因此更換材料很少是糾正泵軸失效根本原因的解決方案。
泵軸斷裂的常見原因是旋轉拉伸和彎曲疲勞。對于給定的泵軸材料，疲勞循環次數以及在某種程度上彎曲循環的周期性和幅度將決定泵軸作為一個整體能運行多長時間。故障將從薄弱點開始，通常是小半徑、倒角或鍵槽處，當然故障也可能發生在彎矩點。
對于常見的泵軸材料，彎曲應力引起的斷裂將與軸中心線成直角，因此這些故障看起來幾乎就像泵軸在該故障點折斷或切斷一樣。
不太常見的失效模式是扭轉應力引起的斷裂，其斷裂發生在與軸中心線成 45 度角處。隨著變速裝置的出現，扭轉故障有所增加。
三，泵軸斷裂的10個可能原因
1，遠離BEP運行：
偏離BEP區域運行是泵軸故障的常見原因。遠離BEP的運行會產生過大的徑向力。由于徑向力引起的軸偏轉會產生彎曲力，每次泵軸旋轉將發生兩次彎曲，這種彎曲會產生軸拉伸彎曲疲勞。如果撓度的幅度足夠低，大多數泵軸可以應對大量的循環。
2，彎曲的泵軸：
彎曲軸問題遵循與上述偏轉軸相同的邏輯。從高標準/規格的制造商處購買泵和備用軸。泵軸的大多數公差在 0.001 至 0.002 英寸范圍內。
3，誤用：忽視制造商指南將導致泵軸問題。
如果由于間歇與連續扭矩，泵由發動機驅動而不是電動機或蒸汽輪機驅動，則許多泵軸具有降額系數。
如果泵不是通過聯軸器直接驅動，例如皮帶/皮帶輪，鏈條/鏈輪驅動，則泵軸可能會顯著降額。
許多自吸泵設計為皮帶驅動，因此幾乎沒有上述問題。但是按照ANSI B73.1規范制造的離心泵設計的不是皮帶驅動，采用皮帶驅動時，允許馬力會大大降低。
4，部件安裝不正確：
比如葉輪和聯軸器在軸上的安裝不正確，不正確的配合可能會導致蠕動。蠕動磨損會導致疲勞失效。
5，速度不當：
泵速基于葉輪慣性和皮帶傳動的（外圍）速度限制。此外，除了扭矩增加問題之外，還有低速運行的注意事項，例如：流體阻尼效果的喪失（Lomakin 效應）。
6，不平衡葉輪或轉子：
不平衡葉輪在運行時會產生“軸攪動”。效果與軸彎曲和/或偏轉相同，即使停泵檢查，泵軸也會滿足要求。可以說，平衡葉輪對于低速泵和高速泵一樣重要。
7，不對中：
泵和驅動設備之間的不對中，即使是輕微的偏差也會導致彎矩。通常，此問題表現為軸承在泵軸斷裂之前失效。
8，振動：
除不對中和不平衡以外的問題（如：氣蝕、通過葉片頻率等）引起的振動會對泵軸造成應力。
9，流體性質：
通常有關流體特性的問題涉及設計用于一種較低粘度但承受較高粘度的流體的泵。一個簡單的例子，例如選擇的泵用于在 35℃下泵送 4 號燃料油，然后再用于在 0℃下泵送燃料油（近似差異為235Cst）。泵送液體比重的增加也會導致類似的問題。
另請注意，腐蝕會顯著降低泵軸材料的疲勞強度。
10，變速運行：
扭矩和速度成反比。隨著泵減速，泵軸扭矩增加。例如，在875 rpm時，100 hp泵所需的扭矩是1,750 rpm時100 hp泵的兩倍。除了整個軸的大制動馬力 (BHP)限制外，用戶還必須檢查泵應用的每100 rpm轉速變化允許的(BHP)限制。

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