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水泵叶轮出现裂纹的原因分析

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人气:-发表时间:2020-03-06 09:15【

离心泵是水泵业中常见的水泵,通常由:泵壳,叶轮,密封,支架,轴承箱,电机等部份构成。叶轮是水泵传送液体的关键零部件,叶轮损伤会极大的影响到水泵的流量,扬程等主要参数,对水泵性能要求就不能满足,如水泵叶轮出现裂痕是怎么回事的,要怎样改善呢?

一、叶轮机械结构解析

给水泵叶轮由前盖板、后盖板、叶片、轮毂等零部件构成。叶片与前盖板接口的尖角设计方案狭窄,易于造成应力集中。在各种载荷的相互作用下,叶片拉伸,其与前盖板的连接处形成一个超负荷的应力,造成连接处反向收缩形成裂痕。

水泵

1、断口形貌解析

从叶轮上切下一个叶片样品,观察裂纹从叶片尖端扩展到后盖板和叶片与轮毂的接头。实际上,裂纹的总长度是70~80mm。从叶片断面观察到与裂纹扩展方向垂直的疲劳步骤,这是金属疲劳断裂的基本宏观特征。5叶的断裂方向和断面形态相同。用扫描电镜观察了断裂表面,清晰地观察了疲劳阶段形成的海滩图。低滑系数钢材的疲劳条纹越来越短、越来越小,叶轮的转速越来越高,因此很难观察典型的疲劳条纹。但是,刀片的断裂面是直的,断裂面上有一个由疲劳弧形成的海滩图案。

2、依据本章的解析,叶片形成裂痕因素汇总如下:

刀尖角的设计方案太窄,刀尖角的刚度由于制造偏差而低于设计值。在各种载荷的综合作用下,叶片局部应力集中。通过对断裂形态的分析,证实了二次叶轮叶片裂纹是由脆性疲劳引起的。

二、叶轮结构改善

1、叶片、后盖板厚度

老叶轮叶片设计厚度为5mm,新叶轮叶片设计厚度为7mm,老叶轮背盖板设计厚度为5mm,新叶轮背盖板设计厚度为8.6mm。由于叶片刚度和强度增大,实测值高于设计值,因此在理论上叶轮强度应高于设计值。

2、叶片前缘总长度

为解决所述的问题,新型二级叶轮将叶片前缘缩短到叶轮内径处,生根位置增加至前、后盖板两处,加工难度小,厚度尺寸控制精度高。缩短了叶片前缘的总长度,消除了尖角,大大减轻了应力集中问题。

3、叶片受力有限元分析

由于设计方案较短,在正常运行、小流量运行和超速运行下,老叶轮叶片进口角处的峰值应力超过了叶片材料的拉伸强度。而设计方案优化后的新型叶轮叶片局部峰值应力大大降低[8,9],大为254MPa,远低于屈服强度设计方案值(不超过50%),解决了叶片尖角处抗拉强度不足的问题,满足设计方案要求。

三、试验验证

对新型二级叶轮进行总时长为876h的试验,包含4个阶段——水力性能试验、耐久性试验、小流量试验(含超速停机和正常停机)和正常工况运作试验等。在完成每阶段试验之后,均对泵进行解体检查,以证明新型二级叶轮满足电厂全寿期内的设计方案要求。

1、小流量工况下扬程轻微下降状况

小流量工况(25m3/h)下扬程下降约10m,下降幅度约1%。该细微偏差或许原因是泵经历了时间较长的耐久试验,前后口环泄漏轻微增加,造成小流量对应效率轻微下降。此系正常磨损,依据GB/T3216-2005规定[11],水力性能偏差≤3%,在1级标准范围内,因而判断其不影响到设备正常运作。

2、汽蚀状况

对改进型叶轮进行检查时发现叶轮入口处存在着轻微汽蚀的状况。因为汽蚀坑深处小于0.5mm,通过整个876h的试验后,汽蚀程度都没有显著恶化趋势。因而,新二级叶轮形成的细微汽蚀坑并不会对叶轮的总体机械强度造成影响到,与此同时,辅助给水汽动泵,泵的汽蚀余量为7.24m,而实地ASG001BA的正常水位为13~14.52m,因而判断泵在正常运作时发生汽蚀的概率极低。


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