電廠循環泵軸係斷裂（liè）事故分析及防範措施
2012-03-05
1、事故概況
某電廠5#循環泵是離心（xīn）式泵，配套電機為JSL1000-12L。事故發生時，值班人（rén）員突然聽到一聲巨（jù）響，表盤上3#、4#、5#循環泵運行指示燈亮，運轉層有煙冒上來，5#循環泵電流下降至70A(正常（cháng）運行時電流130A左右)，立即按緊急事故停泵處理。經檢查，設備損壞情況如下：循環泵軸係斷成4節，水泵軸在聯軸（zhóu）器上150mm軸頸處斷開，中間（jiān）軸（zhóu）上、下裝聯軸器處分別斷開，飛出數米遠，砸壞了進水門等設備；電機上、下導瓦頂絲嚴重彎曲，導（dǎo）瓦嚴重磨損；電機轉子彎曲，在（zài）靠聯軸器（qì）處Z大（dà）彎曲達6.91mm；電機軸與中間（jiān）軸、中間軸與水泵軸兩對聯軸器都已不符合要求，其Z大端麵跳動值達1.09mm；水泵（bèng）上、下兩隻236型軸承損壞，一隻8240型推力軸承嚴重損壞；下托（tuō）架體上軸承室有9條裂紋（事故前已發現7條）；銅軸套磨（mó）損嚴重（chóng）。
2、事故分析
①泵的服役及檢修情況
該泵投運以來，年運行約5000h，大修間隔期基本為一年（nián），大修項目有（yǒu）更換葉輪（lún）；修（xiū）正轉（zhuǎn）子磨損；發現軸承室有4條裂紋，未作處理。這次斷軸事故前一次大修，發現水泵轉子磨損較大，軸承（chéng）室裂紋增至7條。當時，由於缺少備品，工（gōng）期又緊，對（duì）軸承室未作處理，對轉子磨損處采用補焊（hàn）修複（fù）。補焊工藝是：焊件需（xū）補焊處焊前未進行車削，焊件（jiàn）放在水箱中，用堆507焊條堆焊，堆焊後按設計（jì）圖紙要求加工（gōng），修複裝聯軸器軸頸處尺寸增加了0.12mm。大修後投運3507.3h，軸係發生斷（duàn）裂。從檢修、運行情況來看，該泵每次大修時均需（xū）更（gèng）換軸承，並一直存（cún）在軸係運行振動較（jiào）大的缺陷。
②軸係（xì）受力分析
該型循環水泵是立式安（ān）裝的單級螺旋（xuán）型壓水（shuǐ）室（shì）泵。泵的吸上口垂直向上，處於泵的軸線位置，排（pái）出口呈水平方向。軸承體有兩處裝有軸承，上部裝有單列向（xiàng）心（xīn）球軸承，用以承受泵（bèng）的軸向推力及轉（zhuǎn）子部分的重量和徑向載荷。
a．徑向力
螺旋型壓水室是按設計流量進行設計的，這（zhè）時（shí）液體在葉輪周圍壓水室中的速（sù）度和壓力是均勻的，軸（zhóu）對稱的。當泵的實際流（liú）量偏離設計值時，破壞了壓力沿葉（yè）輪軸對稱分布的條（tiáo）件；實際工件也與設（shè）計值有偏差，因而產生徑向（xiàng）力。另一方麵，從葉輪流（liú）出液體的動（dòng）反力對葉輪的作用來看，由於壓水室的壓力不軸對稱，液體流出葉輪的速度也是不軸對稱的。這兩個力合成徑向不平衡力。葉輪、聯軸器等轉動部件存在不（bú）平衡質量引起的離心力（lì），且方向是變化的。由於中心誤差，使轉子的質量中心偏離運轉中心而產生徑向力。
b．軸向力
泵是立式安裝（zhuāng），泵轉子的（de）質量包括其中液體的質量，是軸向（xiàng）力的主要來源。葉輪前（qián）後蓋板不對稱產生軸向力，軸台、軸端等結構因素也產生軸向力。
c．扭矩（jǔ）
由電機傳遞扭（niǔ）矩，泵軸受Z大扭矩斷麵（miàn）為聯軸器軸頸。
d．意（yì）外（wài）載荷
事故發生時，供電係統沒有出（chū）現異常，未（wèi）出現過（guò）斷電又送（sòng）電的現象。斷軸後（hòu），電機軸仍在轉動（dòng），轉向正常（cháng），電（diàn）流下降。供（gòng）水係統用水量正常（cháng），循環泵沒有受（shòu）到流量突然減少（shǎo）或增加的水力衝擊（jī）。管道、閥門均正常。因此，泵軸未出現意外的衝擊載荷。
③宏觀斷口分析
肉眼觀察斷口麵，沒（méi）有舊裂紋痕跡，斷麵與軸線基本垂直。斷口上呈（chéng）現疲勞弧線標誌（zhì），疲勞源位於鍵槽底部的尖角處（chù），中心粗糙區為軸Z終破（pò）裂時的折斷區，且折斷區與軸旋轉方向偏移（yí）約45°，整個斷麵（miàn）呈暗灰色，有不明顯的鏽紋。因此，軸頸應屬於彎曲扭轉疲勞斷裂。
3、小結
泵軸（zhóu）頸疲勞裂紋的產生和發展，加劇了整個軸係的振動，Z終導致軸係多處斷裂，電機軸彎曲及其他部件損壞。
下列因素的共同作用導致泵軸頸疲勞破壞：從多次更（gèng）換掉的軸承及（jí）軸承室裂紋逐漸增加來（lái）看，該泵一直在較大（dà）振動狀況下運行，泵（bèng）軸軸頸150mm斷麵受扭（niǔ）矩Z大；軸頸、鍵槽的尖角過渡產生應力集中，從而是（shì）軸截麵（miàn）的Z薄弱部位；軸頸表麵未（wèi）車掉磨損層即采用堆焊補焊，減弱了軸的疲勞強度和韌性。
4、防範措施
①消除導致（zhì）泵振動的因素
泵（bèng）運行（háng）時振動過大，主要原因是水泵與電動機連（lián）接不良、轉子不平衡、電動機磁場不均（jun1）、水泵的基礎不（bú）完善、水泵殼體內混入固體雜物、軸承損壞、導瓦間隙過大等（děng）。該泵及傳動係統均為立式安裝，在電機和泵的各（gè）部件按質量要求組裝後，各聯軸器找中心的質量好壞，是決定泵組振動（dòng）大小的重要因素之一。組裝時應嚴格按（àn）規程（chéng）要求，先測量（liàng）電機轉子，要求其外圓跳動不大（dà）於0.05mm，端麵跳動不大於0.02mm。聯（lián）軸器跳動過大，一般有下（xià）列原因：推力頭與主軸的配合過鬆或歪斜；轉子軸本身（shēn）彎曲；推（tuī）力盤工作（zuò）麵與軸線不垂直。盤動轉子時，導瓦與推力頭間隙不可（kě）過鬆，要（yào）近似於0。但要能盤動，否則測量（liàng）值誤差大。電機聯（lián）軸器測量合格後，才能裝中間軸並測量（liàng）跳動，中問軸下聯軸（zhóu）器外圓跳動不大於（yú）0.1mm。若超（chāo）過標準，則應在對輪之間（jiān）用金屬墊片進行調整。中間軸校正後，即與水泵聯軸器連接。Z後調整（zhěng）上、下導瓦間隙，該問隙單側為0.1～0.12mm。因測量此間隙比較困難，可測頂絲與瓦背間（jiān）隙，並在緊螺母（mǔ）時反複檢查。若間隙過（guò）大，則運轉時軸係上部擺動增加（jiā），對軸承產生衝擊。
②嚴把備件質量關
泵大修時（shí），應對所要更換的備件進（jìn）行檢驗，轉子有關部件有條（tiáo）件時要做靜平衡試驗。對更換量（liàng）Z大的軸承，應測量（liàng）其遊隙（xì）等。因為軸承的質量好壞，不（bú）僅僅影響軸（zhóu）承本身（shēn）的（de）使用壽命，還直接影響泵軸頸（jǐng）、軸承室的磨損。
③改（gǎi）造軸承架
新的軸（zhóu）承架（jià）改成軸承室（shì）與托架體（tǐ）的組合結構，這樣，當軸承室要更換時，不必把整個軸承架拆除更換。實際上，除（chú）軸承室外，其他部（bù）位不（bú）易損壞。原設計的軸（zhóu）承架為（wéi）一整體，體積龐大，安裝（zhuāng）困難，備件不易製作，這也是軸承（chéng）室多次發現裂紋而沒有（yǒu）及時更換的原因之一，其後果是泵的振動（dòng）不斷增大。
④注意（yì）事項
轉子磨損後（hòu），直接堆（duī）焊修複的工藝值得（dé）改進。由（yóu）於轉子磨（mó）損，表麵必產生微觀缺陷（xiàn）（形式雖然不是（shì）開裂裂紋），在堆焊時焊接電流產生的高溫可使這些微觀缺陷擴散和集成為更加有害的缺陷，降低軸的疲勞壽命。在大（dà）修時（shí），應加（jiā）強對泵軸受力部位（wèi）的檢查，發現軸聯軸器根部出現裂紋，應及時（shí）更換。
