重油輸油泵泵軸及葉輪失效后成功改造
1、分析計算
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(fā)現(xiàn)宏觀斷口表面可明顯分為3個區(qū)：疲勞裂源區(qū)、疲勞裂紋擴展區(qū)和zui后斷裂區(qū)。仔細觀察軸的邊緣可看到有幾個一次疲勞裂紋臺階，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(qū)占斷口總面積的大部分區(qū)域，zui后斷裂區(qū)域很小，說明此軸肩處所受的拉應力較小。重油輸油泵由于此處過渡圓角半徑R非常小，泊泰邦會產(chǎn)生較大的應力集中。循環(huán)載荷作用在應力集中zui大的螺紋退刀槽部位，使泵軸發(fā)生疲勞斷裂。循環(huán)載荷系葉輪失重引起的動不平衡產(chǎn)生的軸向沖擊力。葉輪*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(fā)現(xiàn)該軸金相組織主要為回火屈氏體，組織中仍可以看到有許多板條狀馬氏體形態(tài)，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，重油輸油泵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，硬度HRC值分別為31、32、31、34，這些值比圖樣中規(guī)定的HB值偏高，進一步表明其組織為非回火索氏體。
(4)掃描電鏡(SEM)分析取樣后用掃描電子顯微鏡分析了泵軸斷口的微觀形貌，重油輸油泵可以看到在疲勞裂源區(qū)和疲勞裂紋擴展區(qū)存在疲勞條紋，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,輪轂表面存在明顯摩擦痕跡。葉輪前后表面密布蝕坑,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為：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)金相分析組織特征為塊狀與針狀的鐵素體＋珠光體，是典型的魏氏體組織，晶粒粗大，平均晶粒度為3級。其中珠光體含量較低，這與含碳量低有關，且晶間有夾雜物存在。這說明葉輪鑄造質量不良，存在大量縮松，且金相組織不均勻，偏析比較嚴重，從而導致了金屬表面狀態(tài)不均勻，而非金屬夾雜物的存在使金屬中形成縫隙，重油輸油泵造成了物理上的不均勻和不完整性。由于蠟油溫度較高，酸值也較高，且含有硫等元素，使得夾雜物周圍成為點蝕的起源點。從葉輪表面的點蝕可以推斷，局部穿孔部位是夾雜物富集的地方，錳含量的偏低可能就是這種富錳硫化物聚集造成的。同時，金相組織中的偏析，造成了晶界的弱化，從而使得點蝕與晶間腐蝕的結合加速了局部的腐蝕。
(4)泵凈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(shù)求解：式中，n為轉速，r/min；qV為體積流量，m3/min；S為泵的吸入比轉數(shù)。對于普通設計的輸油泵，不管比轉數(shù)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(zhí)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
對重油輸油泵的泵軸和葉輪按上述措施進行改造后，于1997年5月裝置大修后安裝投用，至今已運行1年多，運轉良好，沒有發(fā)生斷軸事故，證明改造是成功的。
