沈鼓石化泵（bèng）有限公司（sī）　王英（yīng）敏

一、前言

某煉油廠80萬t/a延遲焦（jiāo）化裝置，共兩台高壓除焦水泵,均采用（yòng）沈陽水泵廠生產（chǎn）的DBM250-155X13型（xíng）高壓水泵,性能參數如下。

額（é）定流量：Q=250m³/h

額定揚程：H=2050mo

轉速：n=2980r/min

泵級數：13級

該泵自2003年開始投入運行以（yǐ）來，每天需要工作4h左右，起停一（yī）兩次，運轉一直十分平穩（wěn）。但是2014年泵軸葉輪卡環處突然發生斷裂。

二、斷軸失效（xiào）原因分析

1.原泵結構

泵結構如圖1所示。

從圖1可以看出葉輪是按（àn）順序熱（rè）裝（zhuāng）在軸上，所有葉輪都用卡環軸向逐（zhú）級定位。這樣不會出現累計加工誤差，可以保（bǎo）證（zhèng）每個葉輪與導葉都能夠（gòu）良（liáng）好（hǎo）對中，同時（shí）熱裝也提高了轉子的剛性（xìng），使泵工作平（píng）穩可靠，是目前很多重要的大機（jī）組轉子普遍采用的種裝配方式。但這種結構對加（jiā）工精度要求很高（gāo），由於（yú）合金鋼對應力集中的敏感（gǎn）度高，卡環槽處極易產生應力集中和疲勞失效，如遇工況（kuàng）不穩定，頻（pín）繁起停，操（cāo）作不當等（děng）外在因素，很（hěn）可能會產生斷軸。

2.斷軸原因分析

停車解體檢（jiǎn）查發現，斷麵發生（shēng）在第8級的葉輪卡環處，如圖2所示，此處位於轉子的中心位置，撓度Z大，很容易發生斷裂，泵軸總長2960mm，葉（yè）輪軸徑φ105mm，材質為4Cr14Mo，並經調質處理。

通過一係列（liè）的分析可知，泵軸斷口表現為疲勞失效特征，位於斷口位置的卡環槽處過渡圓角過小，形成了很高的（de）局部應力集中，裂紋往往在（zài）此處（chù）萌生，這是葉（yè）輪失（shī）效的主要原因。

此處泵軸的疲勞斷裂（liè）還與運（yùn）行條件有（yǒu）關。由於泵軸長（zhǎng）期接觸含有（yǒu）酸、堿、鹽（yán）的汙水，在這樣惡劣的腐蝕（shí）環境下，金屬材料的疲勞強（qiáng）度（dù）急劇（jù）下降，其表麵的腐蝕（shí）產物嵌入金屬表麵（miàn），在外加交變（biàn）應力的作用（yòng）下，引起腐蝕疲勞斷（duàn）裂。

三、結構改進及優化

1.更改葉輪和軸的裝配（pèi）形式

葉輪（lún）和軸的裝（zhuāng）配形式改為滑裝(見圖3)，首級一哢輪采（cǎi）用軸肩定位（wèi），次級（jí）葉輪（lún）逐級靠死，這樣就取消了卡環(槽)，葉輪處的軸全是光（guāng）軸，這種結構可能會出現累計誤差，但這種（zhǒng）結（jié）構避免了由卡環槽加工質（zhì）量不（bú）好而引起的應力集中。

2.更改葉輪鍵槽的布置形式

原泵相鄰兩個葉輪的鍵槽是180°對稱布置(見圖l)，實踐證明，這樣的布置形式很容易在鍵槽處產生應力集中。更改相鄰兩個葉輪的鍵（jiàn）槽互為120°布置，這樣軸的受力（lì）更加均勻。

3.選擇強度更高的（de）材料

原泵的材質為IR3Mo (4Cr14Mo)，該材質為引進德國KSB公司高壓鍋爐給水泵（bèng）用材（cái）料，該材（cái）料的強度等性能參數非常優良，通過多年的使用經驗，發現其熱處理後很容易出現表麵裂紋。針對高（gāo）壓除（chú）焦水泵（bèng）運行工（gōng）況的特點，決定泵軸材料選用1.4313(0Cr13Ni4Mo)，該材料為沈（shěn）陽（yáng）鼓（gǔ）風機集團石化泵有限（xiàn）公司近年來引進的超臨界機組高壓鍋爐給（gěi）水泵（bèng）所用的軸材料，該材料的各（gè）項力學性（xìng）能指標均優於IR3Mo (4Cr14Mo)，更適合（hé）作為高壓除焦水泵上傳遞大扭（niǔ）矩的泵軸使用。兩者主要性能指標見（jiàn）下表。

4.優化泵（bèng）軸的結構.提高加工質量

設計方麵，應盡量降低（dī）軸危險截麵的應力集中係數，改善泵軸（zhóu）的工作應（yīng）力（lì）狀態。軸的截麵（miàn）變化（huà）處如軸肩、鍵槽等位置，會產生應力集中，疲勞（láo）破壞往往在此發生，因此（cǐ）在軸的結構設計中，應盡可能提高軸的表麵質量，如可采用增大軸（zhóu）肩處圓角（jiǎo）半徑，在鍵槽底部加圓角及提高軸（zhóu）的表麵粗糙度等（děng）措施（shī）。

5.選擇合理（lǐ）的長徑比

經驗表明，對於H-=1800m係（xì）列的n=3000r/min的多級泵，軸的長徑比 L/d (L為（wéi）兩徑向（xiàng）軸承中心距離(公眾號:泵管家)，d為裝葉輪處的軸徑)應該在（zài）20~25,對於要求頻繁起動的泵，建議值不小於23。

6.選擇合適的（de）轉速

對於高壓除焦水泵和除鱗泵等這（zhè）些揚程較高的泵，在汽蝕餘量允許的情況下，盡可能選擇較高的（de）轉速（sù）。這樣可以減少泵的休積（jī）和級數，泵軸（zhóu）的長徑比會更小一些，減小泵軸承受的扭（niǔ）矩，使泵的運行更加穩（wěn）定可靠。

經驗（yàn）表明對於n=5000~6000r/min的多級泵，長徑比應在20以下。

四、改造方（fāng）案的確定（dìng）

據此泵（bèng）的實際情況，考（kǎo）慮到用（yòng）戶檢修工（gōng）期比較短，決定?對泵的轉子部分進行改造，所有的定子件利（lì）舊這樣既保證了交貨（huò）朔又可（kě）以降低改造成本。

由於首級葉輪（lún）要（yào）采取軸肩定位，葉輪輪毅處的水力尺寸需要增加，考（kǎo）慮到吸入麵積的減小會影響到泵的必需汽（qì）蝕佘（shé）量，在保證（zhèng）吸入口麵積不變的情（qíng）況下，上抬葉輪的前蓋板入口（kǒu）尺寸。次級葉（yè）輪吸入口麵積適當減小對泵的性能影響不大，聽以次級葉輪之間采用（yòng）薄軸套定位，並適當增加葉輪處（chù）的軸徑，這樣次（cì）級葉輪的毛（máo）壞就可（kě）以利舊，縮短了加工周期，平（píng）衡鼓和（hé）末級葉輪之間采用（yòng）軸套定位。其餘的轉子零件，比（bǐ）如平衡盤鎖緊螺母和推力盤等全部利（lì）舊。

五、結語

高壓水泵改造完成後（hòu），在廠內進行性（xìng）能（néng）試驗（yàn），各項性能指標均滿（mǎn）足要求。在用戶現場已安全穩定運行兩年（nián），用戶（hù）對改（gǎi）造結果非常滿（mǎn）意。此高壓水泵的改（gǎi）造成功為多級數、高揚程的高壓離心泵的改造和（hé）同類新產品的設計積累了經驗。