文档介绍：离心泵主轴失效分析案例 Failure Analysis of a Motor Spindle : A Case Study
机硕151 魏巍 Y30150559
失效分析的过程
失效分析现象原因
影响因素
材料
环境
载荷
1 工况调查
该离心泵位于石化常减压装置管路中,泵轴前轴承轴肩退刀槽处发生断裂,针对此情况进行失效分析。该泵是沈阳格瑞泵业有限公司生产的离心泵,型号为100AY120,其设计参数如表所示。该泵主轴材质为3Cr13,泵主轴全图如图1-1,其中A处为泵轴断裂部位。在整套常减压装置运行过程中,减二中泵P208/2作为减一中泵P208/1和减二中泵P209的公共备泵,泵轴在工作过程中承受交变弯曲载荷作用。
电机设计参数
泵型号
100AY120
转速(r/min)
2950
材料
出厂编号
11312
介质
减二中油
材料代号
S-6
流量(m3/h)
92
轴功率(KW)
壳体
Zzg230-450
扬程(m)
110
润滑方式
喷雾润滑
叶轮
ZG1Cr13Ni
效率(%)
50
传动方式
柔性膜片式联轴器
叶轮口环
3Cr13
轴
电机
功率(KW)
55
机械密封型号
L65-60G/TD-T0R94/3
喉部衬套
1Cr13MoS
型号
YBXn250M-2W
壳体口环
现场图片
主轴结构还原
泵轴断裂处A
2 断口分析
对失效的离心泵主轴进行观察:泵主轴断裂成两部分,在此将断裂后较短的一端称为短轴部分,另一部分为长轴部分。泵轴的断裂位置为短轴轴承轴肩退刀槽处。由此可以判断造成轴失效的可能原因是:
(1)离心泵主轴材质存在缺陷;
(2)泵轴力学性能不合格;
(3)短轴轴承轴肩处有台阶(阶梯轴)且存在退刀槽,设计加工不合理。
断口形貌
短轴断口
长轴断口
由于泵轴断裂后未立刻停运,离心泵轴的两端面相互摩擦、挤压,短轴断口全部被磨平,无法判别宏观断口形貌,长轴断口大部份被磨平,仅保存一部分断口形貌。
SEM扫描结果
A
被磨平的断口
利用SEM扫描电镜对断口进行微观分析,其截面A处断口微观下断面扫描结果如图3-2所示。通过对不同倍率下的扫描结果发现:图(a)中可看到明显的小裂纹,说明泵轴材料内部可能存在缺陷,或断面两端面相互摩擦、挤压后也可能出现裂纹。仅从图(a)无法判断小裂纹出现的原因;图(b)和图(c)中可明显看到断口微观形貌呈冰糖状,说明泵主轴发生了沿晶脆性断裂;图(d)中可看到粗大晶粒,通过Shepherd断口晶粒度测量法,断口晶粒度等级约为3级,正常晶粒度约为6级,晶粒明显偏大。
小裂纹
粗大晶粒
4 材料成分
该离心泵轴的材质为3Cr13,对断裂后的泵轴进行切割。通过表4中数据对比发现:失效泵轴化学成分均符合GB/T1220-2007《不锈钢棒》标准中对3Cr13成分的规定。
元素
C
Si
Mn
P
S
Ni
Cr
1#
2#
3#
平均值
GB/T 1220
~
≤
≤
≤
≤
≤
~