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1 泵軸彎曲失效故障概況與機理分析
1. 1 故障描述
某排水泵站一臺14Sh 型離心泵,流量1 440m3 / h ,揚程13. 4 m ,軸功率71 kW ,轉速1 470r/ min ,運行3 800 h 后, 水泵軸承振動值達0. 2mm ,軸封摩擦異常發熱,軸承盒晃動,至緊急停機。
揭開泵蓋檢查,用手盤車非常困難,且晃動度始終在0. 8 mm,確認泵軸已經彎曲。用百分表分點測量泵軸徑向跳動值,繪制成晃動曲線,見圖1。泵軸最大彎曲點在直徑為Á80 mm處,其最大值為0. 62 mm。
圖1 泵軸校正前后彎曲變化
1. 2 機理分析
泵軸彎曲變形分為兩種:臨時性彎曲變形和永久性彎曲變形。前者為彈性變形;而后者為塑性變形,會影響水泵的正常運行。泵軸與葉輪轉子組成一個彈性體,當其旋轉時,由于軸和軸上零件的材料組織不均勻,制造有誤差,或者對中不良等因素,使轉子不平衡質點偏離回轉中心,產生以離心力為表征的周期性的干擾力,從而引起泵軸的彎曲和振動。當這種強迫振動的頻率與轉子的自振頻率相重合時,就會出現彎曲共振現象。從理論上分析,此時,軸的彎曲變形將無限制地增大,實際中也會增大到極大的程度,當泵軸上的載荷所產生的正應力超過了材料的屈服極限,但尚未超過材料的強度極限時,發生了不可恢復的變形,以致造成泵軸的彎曲失效。
2 影響泵軸彎曲變形失效的主要因素
2. 1 材質及加工質量的影響
材質對泵軸彎曲的影響主要反映在材料的彈性模量E 和屈服極限σs 。對于軸類零件,變形撓度與E 成反比,即其他條件不變時,材料E 愈大,產生的撓度愈小;而對于塑性材料,當彎曲正應力達到屈服點時,將產生顯著的塑性變形,故把σs 作為塑性材料的極限應力。σs 愈高,其抗彎曲性能愈強。加工制造不良也會使泵軸彎曲。在機械加工過程中,軸內存有殘余應力,運行時此種應力消失將導致泵軸的永久性彎曲變形。還有,泵軸未經調質處理或表面感應淬火,致使基體組織不均勻,抗拉強度σb 、屈服極限σs 等性能指標下降。表1 是45 鋼調質
熱處理前后機械性能的比較。 |
