如果泵軸斷裂，似乎（hū）大（dà）多數泵所（suǒ）有者/操作員會立即責怪製造商。然而，在大多數情（qíng）況下，這並不是製造（zào）商的錯。本文探討了這個問題及其潛在的原因。雖然其中（zhōng）許多（duō）要點是（shì）離（lí）心泵特有的，但也有一些要（yào）點適用（yòng）於所有旋（xuán）轉機械，包括汽（qì）輪機、壓縮機和電機。

可靠（kào）的泵製造商根據正（zhèng）常啟動和運行工況來設計泵（bèng）軸，但有些泵製造商（shāng）在異常工況下有更高的裕量和安全裕量。軸斷裂的（de）主（zhǔ）要（yào）原因通常可以（yǐ）追溯到運行和係統原因。

疲勞失效，也稱為由於反向彎曲疲勞與旋轉（zhuǎn）引（yǐn）起的失效，是泵（bèng）軸斷裂/失效的Z常見原因。

泵軸設計

軸的作用是將驅動機的（de）旋轉運動（dòng）（轉速）和動力（轉矩）傳遞到泵轉子部件 - 主要是葉輪。基本軸設計（jì）將轉矩作為主要動力，因為轉矩是Z重要（yào）的設計元素（sù）（速度和功率是轉矩的整因子）。

泵軸設計還涉及溫度、腐蝕、冶（yě）金、軸承位置、軸承配合尺寸、懸臂部件（葉輪和聯軸器）、預期水力引起的軸向（xiàng）力和徑向力、鍵槽（鍵槽大小、布置及其相關幾何形狀）、圓角半徑、軸肩圓角、直徑變化率以及卡環槽等。

此外，葉輪和（hé）聯軸器等主要轉子零部件的軸向放置位置，以及由此產生的轉子動力學（如（rú）臨界速度），都是軸可靠性（xìng）的（de）主要因素。

所有良好的初始軸設計都包括彎矩圖和模（mó）態分析。本文不（bú）涉及高功率多級泵軸，其中設計參數包括是否（fǒu）設計為濕式或幹式運行（háng）以及轉子剛度（dù）的設計（jì）。

當軸斷裂時，許多（duō）泵用戶錯誤地指（zhǐ）責軸的材（cái）料選擇，認為他們需要更堅固（gù）的軸。但選擇這種“越強越好”的做法往往治標不治本（běn）。軸故障問題（tí）發生的（de）頻率（lǜ）可能較低，但根本（běn）原因仍然（rán）存在。

一小部分泵軸會因（yīn）冶金和製（zhì）造工藝問題而（ér）失效，例如基礎材料中未檢測到的孔隙（xì）率、不適（shì）當的退火和/或其它工藝處理。有些故障是由（yóu）於加工不當造成的，例如尺寸不正確、刀具阻力、半徑過小、遺漏和/或研磨和拋光不當。還有一小部分由於設計裕（yù）量不足以（yǐ）承受扭矩、疲（pí）勞和腐蝕而失效。

另一個可以歸咎於製造商或用（yòng）戶的因素是懸臂泵中（zhōng）的懸臂量，簡稱為軸（zhóu）的L/D比（表示為L3/D4，其中 L 是從葉輪（lún）出口中心線到（dào）徑向軸承中心的軸向距離，D是軸的直徑）。也（yě）稱為“長徑比”或“軸剛度比”，它表示當泵在遠離設（shè）計點（Z佳效率點或 BEP）運行時，軸將因水力徑向力會偏轉（彎曲）多少。

圖1：該ANSI泵軸因皮帶和滑輪布置不正確地加載，導致旋轉彎（wān）曲故障。注意外圍的多個（至少15個）斷（duàn）裂原點。靠近軸中（zhōng）間的較暗區域是瞬時快速斷裂帶（由作者提供）。

症狀處理

查看六種Z常用的泵軸材料，可以發現硬度、強度（dù）和（hé）耐腐蝕性方麵的差異。需要注意的一點是，這（zhè）些材（cái）料的楊氏模量幾（jǐ）乎都在相同的範圍內。楊氏模量本質上是材料的彈性 - 在它斷裂之前，能彎曲多少次？更重要的是，在超（chāo）過（guò）材料的極限之（zhī）前，每次循環中將其（qí）彎曲多遠？

楊氏模量不應與強度、韌性或硬度混淆。由於Z常見的軸材料都具有相似的楊氏模量，因此更換材料的決定很少是糾正軸故障根本原因的解決方案。通過解決其（qí）它運行因素（sù），Z終用戶（hù）將（jiāng）體驗到（dào）更高的可靠性。

軸斷裂的Z常見原因是（旋轉）拉伸彎（wān）曲疲勞。這些斷裂類型是前麵提到的彎曲（qǔ）應力的結果。對於給（gěi）定的材料，循環次數（shù）以及（jí）在某種程度上，彎曲（qǔ）循環的周期性（頻率）和距離（應變或振幅）將決定軸作為（wéi）一個整體保持多長時間。故障從Z薄弱點開（kāi）始，通常是半徑、圓角、卡環或鍵槽處。故障（zhàng）也可能（néng）發生在彎（wān）矩點（diǎn）。

對於Z常見的（de）泵軸材料，彎曲應力引起的斷裂將與軸中心線（xiàn）成直角（90 °），因此這些（xiē）故障看起來幾乎就像軸在該（gāi）故障點折（shé）斷或被切斷一樣。

一種不太常見的失效（xiào）模式是扭轉應力引起的疲勞，其（qí）中斷裂發生在與軸中心線成45 °角的位置。隨（suí）著變速（sù）裝置的出現，扭（niǔ）轉故（gù）障（zhàng）也在增加。

泵軸斷裂的10個可能原因

1）遠離BEP運行：偏離泵的BEP允許（xǔ）區域運行可能（néng）是軸故障的Z常見原因。遠（yuǎn）離BEP的運行（háng）會產生不平（píng）衡的水力徑向（xiàng）力。由於（yú）徑（jìng）向力引起的軸（zhóu）偏轉（撓度）會產生彎曲力，該（gāi）彎曲力將在（zài）軸（zhóu）每轉（zhuǎn）一圈時發生兩（liǎng）次。例如，以3,550 rpm旋轉的軸每分鍾將彎曲7,100次。這種彎曲力產生了軸拉（lā）伸彎（wān）曲（qǔ）疲勞。如果偏轉的幅度（應變）足夠低，大多數（shù）軸可以處理高次數的循（xún）環。

2）軸彎曲：軸彎曲問（wèn）題遵循與上述軸偏轉相同的邏輯。從對軸直線度有（yǒu）高標準/規格的製造商處購（gòu）買泵和備用軸（zhóu）。盡職調查將是謹慎的。泵軸的大多數跳動要求控製在0.001至0.002 英寸範圍內，測量值為總指示器讀數 （TIR）。

3）葉輪或轉子不平衡：不平衡（héng）的葉輪在運行時會對軸產生“鞭打?shaft whip）”。效果與（yǔ）軸彎曲和/或偏轉相同，即使您停泵對軸進行檢查，軸的測量結（jié）果會是（shì）直的。可以說，葉輪平衡對於（yú）低速泵和高速泵一樣重要。在給定的（de）時間範圍內，彎曲（qǔ）循環的次數減少了，但位移的幅度（應變）由於不平衡（héng）、保持在與較高的速度（dù）相同的範圍內。

4）流體性質：通常，有關流體特（tè）性的問題涉及設計用（yòng）於一種（較低）粘度（dù）但承（chéng）受較高粘度的流體的泵。有一個很簡單的例子，例如（rú）泵被選擇並設（shè）計用於在 95 °F下泵送 4號燃料油，然後它被用在 35 °F下泵送（sòng）燃料（liào）油（粘度近似差異為 235 厘泊）。比重的（de）增加也會導致類似的問題。還要注意，腐（fǔ）蝕會顯著降低軸材料的疲勞強度。在這些環境（jìng）中，具有較高耐腐蝕性的軸是很好的選擇（zé）。

5）變速：扭矩與轉速成反（fǎn）比。隨著泵轉速的降低，軸扭矩增加。例（lì）如，在875 rpm時，100 hp泵所需（xū）的扭（niǔ）矩是 1,750 rpm 時 100 hp泵的兩（liǎng）倍（bèi）。除了整根軸的（de）Z大製動馬（mǎ）力（lì）（BHP）限製外，用戶還必須（xū）檢查泵（bèng）應用的（de）每 100 rpm 允許的BHP限製。

6）使用不當：忽視製造商的指南將導致軸的問題。如果泵由發動（dòng）機驅動而不是由電動機或蒸（zhēng）汽輪（lún）機驅動，則由於（yú）間歇與連續（xù）扭矩，許多泵軸具有降額係數。如果泵不是（通過聯軸器）直接驅動，如皮帶（dài）/滑輪驅（qū）動或鏈條/鏈輪驅（qū）動，則軸可能會顯著降額。許多自吸垃圾泵和渣漿泵設計為皮帶驅（qū）動，因此問題不大。根據美國國家標準協會（ANSI）B73.1規範製造的泵（bèng）不設計為皮帶驅動（除非使用中間軸）。ANSI泵可以是皮帶驅動或發動機驅動的，但Z大允許（xǔ）功率會大大降低。許多泵製造商提供（gòng）重（chóng）型軸作為可選的額（é）外部件，當根本原因無法糾正時，這可以解決症（zhèng）狀。

7）不對中：泵和驅動機之間的不（bú）對中，即使是Z輕微的偏差（chà）也會導致彎矩。通常，在軸斷裂之前，此問題表現為軸承失效。

8）振動：除不對（duì）中（zhōng）和不平衡以外的問（wèn）題引起的振動 - 如汽蝕、葉（yè）片通過頻率、臨界轉速和諧波 - 會對軸造成應力。

9）部件安裝不正確：另（lìng）一個原因是葉輪和聯軸器（qì）安裝不（bú）正確（不正確的配合和間隙，無論是（shì）太緊還是（shì）太鬆）。不正確的配合可能會導致微（wēi）動。微動磨損會導致疲勞失效。不正確安裝的（de）鍵和（hé）/或鍵槽也會導致此問題。

10）轉速不當：Z大泵轉速（sù）基於（yú）葉輪慣性和皮帶傳動的速度限製（例如，ANSI 泵的Z大皮帶速度通常約定為6,500 英尺/分鍾）。此外，在低速運行時，除了扭（niǔ）矩增加問題之外，還（hái）有一些注意（yì）事項（xiàng），例如水力（lì）阻（zǔ）尼效應的喪失（Lomakin效應（yīng））。

電機與（yǔ）泵軸承溫度標準

考慮到環境溫度40℃的情況（kuàng），電機運行Z高溫度不能（néng）超過120/130℃。軸承（chéng）溫度Z高允許95度。

一、軸（zhóu）承溫度標準-泵軸承溫度標準

1、GB3215  4.4.1 泵工作期間，軸承Z高溫（wēn）度不超過（guò）80℃  

2、JB/T5294  3.2.9.2 軸承（chéng）溫升不得超過環境溫度40，Z高溫度不得超過（guò）80℃

3、JB/T6439  4.3.3 泵在規定工況下運轉時，內裝式軸承處外表麵溫度不（bú）應高出輸送介質溫度20℃，Z高溫度不高於80℃。外裝式軸承處（chù）外表麵溫升不應高處環境溫度40℃。Z高溫度不高於80℃  

4、JB/T7255  5.15.3 軸承的使用（yòng）溫度。軸承溫升不得超過環境溫度（dù）35℃，Z高溫度不得超過75℃

5、JB/T7743  7.16.4 軸承溫升不（bú）得超（chāo）過環境溫度40℃，Z高溫度不得（dé）超過80℃

6、JB/T8644  4.14 軸承溫升不得超過環境溫度35℃，Z高溫度不得超過80℃

二、電（diàn）機軸承溫度規定（dìng）、出現異常的原（yuán）因及處理

規程規定，滾動軸承Z高溫度不超（chāo）過95℃，滑動軸承Z高（gāo）溫度不超過80℃。並且溫升不超過55℃（溫升為軸承（chéng）溫度（dù）減去（qù）測試時的環（huán）境溫（wēn）度（dù））；

(1)原因：軸彎曲，中心線不準。處理；重（chóng）新找中心。

(2)原因：基（jī）礎螺絲鬆動。處理：擰緊基礎（chǔ）螺絲。

(3)原因：潤滑油不幹（gàn）淨。處理：更換潤滑油。

(4)原（yuán）因：潤滑油使（shǐ）用時間（jiān）過長，未（wèi）更換。處理：洗淨軸承，更換潤滑（huá）油。

(5)原因：軸承中滾珠或滾柱損壞（huài）。

處理：更換新（xīn）軸承。按照國（guó）家標準，F級絕緣B級考核，電機（jī）溫升控製在80K（電阻法），90K（元件法）。考慮到環境溫度40℃的情況，電機（jī）運行Z高溫度不能超過120/130℃。軸承溫（wēn）度Z高允許95度。用（yòng）紅外檢測槍測（cè）量軸承室外表麵的溫度，經驗上，4極電機Z高點溫度不能超過70℃。對於電機本體，不用監測。電機製造完（wán）成後，一般情況下，他（tā）的溫升基本上是固（gù）定（dìng）的，不會隨著電機運行發生突變或者不斷增長。而軸承是易損件，需要檢測。

（來源：陝西（xī）設備管理）