泵断轴的10个常见因素

瑞希特-李宗胜 · 发表于 2022-11-3 08:40:28

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本帖最后由瑞希特-李宗胜于 2022-11-3 08:41 编辑

许多泵用户错误地指责轴断裂时轴材料的选择，认为他们需要更坚固的轴。但选择这条“越强越好”的道路往往是治标不治本。轴故障问题可能发生的频率较低，但根本原因仍然存在。

一小部分泵轴会因冶金和制造工艺问题而失效，如基体材料中未检测到孔隙，退火和/或其他工艺处理不当。一些故障是由于轴加工不当，更小的部分由于设计裕度不足以承受扭矩、疲劳和腐蚀而失效。

对于制造商或者用户来说，另外一个因素是悬臂式泵中的轴挠性系ISF=L3/D4

它表示泵在偏离设计点（最佳效率点或BEP）的情况下，轴由于径向力而会偏转（弯曲）多少。其中，D等于机械密封轴套处的轴径（mm），L为叶轮出口中心线与径向轴承之间的跨距（mm）。

图悬臂泵转子

1. 远离BEP工作：偏离泵BEP的允许区域运行可能是导致轴故障的最常见原因。远离BEP工作会产生不平衡的径向力。轴由于径向力而产生的挠度会产生弯曲力，每转两次。例如，以3550 rpm旋转的轴将弯曲7100次/分钟。这种弯曲动态会产生轴拉伸弯曲疲劳。如果挠度的振幅（应变）足够低，大多数轴都能应对多个循环。

2. 轴弯曲：轴弯曲问题遵循与上述轴偏转相同的逻辑。从具有高标准/规格的轴直线度的制造商处购买泵和备用轴。尽职调查是审慎的。泵轴的大多数公差在0.0254mm至0.0508mm范围内，测量值为总指示器读数（TIR）。

3. 叶轮或转子不平衡：叶轮如果不平衡，泵在运行时会产生“轴窜动”。其影响与轴弯曲和/或偏斜的结果相同，即使停止泵并检查泵轴时，泵轴仍会笔直。可以说，叶轮的平衡对于低速泵和高速泵同样重要。给定时间范围内的弯曲循环次数减少，但位移的振幅（应变）（由于不平衡）保持在与较高速度系数相同的范围内。

4. 流体特性：通常，与流体特性有关的问题涉及设计用于一种（较低）粘度但承受较高粘度的流体的泵。一个例子可能很简单，选择和设计的泵可用于在95 F下泵送4号燃油，然后再用于在35 F下泵送燃油（相差约235厘泊）。比重的增加将导致类似的问题。另请注意，腐蚀将大大降低轴材料的疲劳强度。在这些环境中，具有较高耐腐蚀性的轴是一个不错的选择。

5. 变速：扭矩和速度成反比。随着泵的减速，轴扭矩增加。例如，转速为875 rpm的100hp泵所需的扭矩是转速为1,750 rpm的100 hp泵的两倍。除了整个轴的最大制动马力（BHP）限制外，用户还必须检查泵应用中每100 rpm极限所允许的BHP。

6. 误用：忽略制造商指南将导致轴问题。如果泵由发动机驱动，而不是电机或汽轮机，则许多泵轴的功率因数会降低，因为间歇性转矩与连续转矩。如果泵不是直接驱动（通过联轴器），如皮带/滑轮或链条/链轮驱动，则轴可能会明显降低。许多自吸式垃圾泵和渣浆泵设计为皮带驱动，因此几乎没有问题。按照ANSI B73.1规范制造的泵不设计为皮带驱动（除非使用千斤顶轴）。ANSI泵可以是皮带或发动机驱动，但最大允许马力大大降低。许多泵制造商提供重型轴作为可选的附件，当根本原因无法纠正时，可以解决该症状。

7. 不对中：泵和驱动器之间的不对中，即使是最轻微的不对中也会导致弯矩。通常这个问题表现为在轴断裂前轴承失效。

8. 振动：除了未对准和不平衡以外，其他问题引起的振动（例如气蚀，通过的叶片频率，临界速度和谐波）也会对轴造成应力。

9. 装配不正确：另一个原因是叶轮和联轴器安装不正确（装配和间隙不正确，无论过紧或过松）。不正确的配合可能导致磨损。轻微磨损导致疲劳破坏。未正确安装的键和/或键槽也会导致该问题。

10. 不正确的速度：根据叶轮惯性和皮带驱动器的（圆周）速度限制，存在最大泵速度（例如，通常同意ANSI泵的最大皮带速度为每分钟6,500英尺）。此外，除了增加扭矩问题外，还应注意低速操作，例如洛马金效应的损失。