許多泵用戶錯(cuò)誤地指責(zé)軸斷裂時(shí)軸材料的選擇,認(rèn)為他們需要更堅(jiān)固的軸。但選擇這條“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)于制造商或者用戶來(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為葉輪出口中心線與徑向軸承之間的跨距(mm)。
1. 遠(yuǎn)離BEP工作:偏離泵BEP的允許區(qū)域運(yùn)行可能是導(dǎo)致軸故障的最常見(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)格的軸直線度的制造商處購(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,即使停止泵并檢查泵軸時(shí),泵軸仍會(huì)筆直??梢哉f(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,選擇和設(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)。比重的增加將導(dǎo)致類似的問(wèn)題。另請(qǐng)注意,腐蝕將大大降低軸材料的疲勞強(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)的選擇。
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,用戶還必須檢查泵應(yīng)用中每100 rpm極限所允許的BHP。
6. 誤用:忽略制造商指南將導(dǎo)致軸問(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)降低,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)明顯降低。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降低。許多泵制造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)導(dǎo)致彎矩。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. 裝配不正確:另一個(gè)原因是葉輪和聯(lián)軸器安裝不正確(裝配和間隙不正確,無(wú)論過(guò)緊或過(guò)松)。不正確的配合可能導(dǎo)致磨損。輕微磨損導(dǎo)致疲勞破壞。未正確安裝的鍵和/或鍵槽也會(huì)導(dǎo)致該問(wèn)題。
10. 不正確的速度: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。