泵斷軸的10個(gè)常見(jiàn)因素

泵軸斷裂問(wèn)題并非單一因素所致，軸材料挑選僅是表象，根本原因涉及冶金工藝、設(shè)計(jì)裕度、工作點(diǎn)偏離、軸撓性、流體特性、變速操作、誤用、不對(duì)中、振動(dòng)及裝配錯(cuò)誤等多方面因素，需綜合考量解決。

許多泵用戶(hù)錯(cuò)誤地指責(zé)軸斷裂時(shí)軸材料的挑選，認(rèn)為他們需要更堅(jiān)固的軸。但挑選這條“越強(qiáng)越好”的道路往往是治標(biāo)不治本。軸故障問(wèn)題可能發(fā)生的頻率較低，但根本原因仍然存在。

一小部分泵軸會(huì)因冶金和制造工藝問(wèn)題而失效，如基體材料中未檢測(cè)到孔隙，退火和/或其他工藝處理不當(dāng)。一些故障是由于軸加工不當(dāng)，更小的部分由于設(shè)計(jì)裕度不足以承受扭矩、疲勞和腐蝕而失效。

對(duì)于生產(chǎn)商或者用戶(hù)來(lái)說(shuō)，另外一個(gè)因素是懸臂式泵中的軸撓性系ISF=L3/D4

它表示泵在偏離設(shè)計(jì)點(diǎn)（最佳效率點(diǎn)或BEP）的情況下，軸由于徑向力而會(huì)偏轉(zhuǎn)（彎曲）多少。其中，D等于機(jī)械密封軸套處的軸徑（mm），L為葉輪出口中心線(xiàn)與徑向軸承之間的跨距（mm）。

圖 懸臂泵轉(zhuǎn)子

1. 遠(yuǎn)離BEP工作：偏離泵BEP的允許區(qū)域運(yùn)行可能是造成軸故障的最常見(jiàn)原因。遠(yuǎn)離BEP工作會(huì)產(chǎn)生不平衡的徑向力。軸由于徑向力而產(chǎn)生的撓度會(huì)產(chǎn)生彎曲力，每轉(zhuǎn)兩次。例如，以3550 rpm旋轉(zhuǎn)的軸將彎曲7100次/分鐘。這種彎曲動(dòng)態(tài)會(huì)產(chǎn)生軸拉伸彎曲疲勞。如果撓度的振幅（應(yīng)變）足夠低，大多數(shù)軸都能應(yīng)對(duì)多個(gè)循環(huán)。

2. 軸彎曲：軸彎曲問(wèn)題遵循與上述軸偏轉(zhuǎn)相同的邏輯。從具有高標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)格的軸直線(xiàn)度的生產(chǎn)商處購(gòu)買(mǎi)泵和備用軸。盡職調(diào)查是審慎的。泵軸的大多數(shù)公差在0.0254mm至0.0508mm范圍內(nèi)，測(cè)量值為總指示器讀數(shù)（TIR）。

3. 葉輪或轉(zhuǎn)子不平衡：葉輪如果不平衡，泵在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生“軸竄動(dòng)”。其影響與軸彎曲和/或偏斜的結(jié)果相同，即使停止泵并檢驗(yàn)泵軸時(shí)，泵軸仍會(huì)筆直。可以說(shuō)，葉輪的平衡對(duì)于低速泵和高速泵同樣重要。給定時(shí)間范圍內(nèi)的彎曲循環(huán)次數(shù)減少，但位移的振幅（應(yīng)變）（由于不平衡）保持在與較高速度系數(shù)相同的范圍內(nèi)。

4. 流體特性：通常，與流體特性有關(guān)的問(wèn)題涉及設(shè)計(jì)用于一種（較低）粘度但承受較高粘度的流體的泵。一個(gè)例子可能很簡(jiǎn)單，挑選和設(shè)計(jì)的泵可用于在95 F下泵送4號(hào)燃油，然后再用于在35 F下泵送燃油（相差約235厘泊）。比重的增加將造成類(lèi)似的問(wèn)題。另請(qǐng)注意，腐蝕將大大下降軸材料的疲勞強(qiáng)度。在這些環(huán)境中，具有較高耐腐蝕性的軸是一個(gè)不錯(cuò)的挑選。

5. 變速：扭矩和速度成反比。隨著泵的減速，軸扭矩增加。例如，轉(zhuǎn)速為875 rpm的100hp泵所需的扭矩是轉(zhuǎn)速為1,750 rpm的100 hp泵的兩倍。除了整個(gè)軸的最大制動(dòng)馬力（BHP）限制外，用戶(hù)還必須檢驗(yàn)泵應(yīng)用中每100 rpm極限所允許的BHP。

6. 誤用：忽略生產(chǎn)商指南將造成軸問(wèn)題。如果泵由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，而不是電機(jī)或汽輪機(jī)，則許多泵軸的功率因數(shù)會(huì)下降，因?yàn)殚g歇性轉(zhuǎn)矩與連續(xù)轉(zhuǎn)矩。如果泵不是直接驅(qū)動(dòng)（通過(guò)聯(lián)軸器），如皮帶/滑輪或鏈條/鏈輪驅(qū)動(dòng)，則軸可能會(huì)明顯下降。許多自吸式垃圾泵和渣漿泵設(shè)計(jì)為皮帶驅(qū)動(dòng)，因此幾乎沒(méi)有問(wèn)題。按照ANSI B73.1規(guī)范制造的泵不設(shè)計(jì)為皮帶驅(qū)動(dòng)（除非使用千斤頂軸）。ANSI泵可以是皮帶或發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，但最大允許馬力大大下降。許多泵生產(chǎn)商提供重型軸作為可選的附件，當(dāng)根本原因無(wú)法糾正時(shí)，可以解決該癥狀。

7. 不對(duì)中：泵和驅(qū)動(dòng)器之間的不對(duì)中，即使是最輕微的不對(duì)中也會(huì)造成彎矩。通常這個(gè)問(wèn)題表現(xiàn)為在軸斷裂前軸承失效。

8. 振動(dòng)：除了未對(duì)準(zhǔn)和不平衡以外，其他問(wèn)題引起的振動(dòng)（例如氣蝕，通過(guò)的葉片頻率，臨界速度和諧波）也會(huì)對(duì)軸造成應(yīng)力。

9. 裝配不準(zhǔn)確：另一個(gè)原因是葉輪和聯(lián)軸器安裝不準(zhǔn)確（裝配和間隙不準(zhǔn)確，無(wú)論過(guò)緊或過(guò)松）。不準(zhǔn)確的配合可能造成磨損。輕微磨損造成疲勞破壞。未準(zhǔn)確安裝的鍵和/或鍵槽也會(huì)造成該問(wèn)題。

10. 不準(zhǔn)確的速度：根據(jù)葉輪慣性和皮帶驅(qū)動(dòng)器的（圓周）速度限制，存在最大泵速度（例如，通常同意ANSI泵的最大皮帶速度為每分鐘6,500英尺）。此外，除了增加扭矩問(wèn)題外，還應(yīng)注意低速操作，例如洛馬金效應(yīng)的損失。