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耐腐蝕泵葉輪出現裂紋的原因分析

點擊次數:   更新時間:20/03/09 18:01:03     來源:www.sz0352.com關閉
  葉輪是耐腐蝕泵傳送液體的關鍵零部件,葉輪損傷會極大的影響到耐腐蝕泵的流量,揚程等主要參數,對耐腐蝕泵性能要求就不能滿足,如耐腐蝕泵葉輪出現裂痕是怎麽回事的,要怎樣改善呢?
  一、葉輪機械結構解析
  給耐腐蝕泵葉輪由前蓋板、後蓋板、葉片、輪轂等零部件構成。葉片與前蓋板接口的尖角設計方案狹窄,易於造成應力集中。在各種載荷的相互作用下,葉片拉伸,其與前蓋板的連接處形成一個超負荷的應力,造成連接處反向收縮形成裂痕。
  1、斷口形貌解析
  從葉輪上切下一個葉片樣品,觀察裂紋從葉片尖端擴展到後蓋板和葉片與輪轂的接頭。實際上,裂紋的總長度是70~80mm。從葉片斷麵觀察到與裂紋擴展方向垂直的疲勞步驟,這是金屬疲勞斷裂的基本宏觀特征。用掃描電鏡觀察了斷裂表麵,清晰地觀察了疲勞階段形成的海灘圖。低滑係數鋼材的疲勞條紋越來越短、越來越小,葉輪的轉速越來越高,因此很難觀察典型的疲勞條紋。但是,刀片的斷裂麵是直的,斷裂麵上有一個由疲勞弧形成的海灘圖案。
  2、依據本文的解析,葉片形成裂痕因素匯總如下:
  刀尖角的設計方案太窄,刀尖角的剛度由於製造偏差而低於設計值。在各種載荷的綜合作用下,葉片局部應力集中。通過對斷裂形態的分析,證實了二次葉輪葉片裂紋是由脆性疲勞引起的。
  二、葉輪結構改善
  1、葉片、後蓋板厚度
  老葉輪葉片設計厚度為5mm,新葉輪葉片設計厚度為7mm,老葉輪背蓋板設計厚度為5mm,新葉輪背蓋板設計厚度為8.6mm。由於葉片剛度和強度增大,實測值高於設計值,因此在理論上葉輪強度應高於設計值。
  2、葉片前緣總長度
  為解決所述的問題,新型二級葉輪將葉片前緣縮短到葉輪內徑處,生根位置增加至前、後蓋板兩處,加工難度小,厚度尺寸控製精度高。縮短了葉片前緣的總長度,消除了尖角,大大減輕了應力集中問題。
  3、葉片受力有限元分析
  由於設計方案較短,在正常運行、小流量運行和超速運行下,老葉輪葉片進口角處的峰值應力超過了葉片材料的拉伸強度。而設計方案優化後的新型葉輪葉片局部峰值應力大大降低,大為254MPa,遠低於屈服強度設計方案值,解決了葉片尖角處抗拉強度不足的問題,滿足設計方案要求。
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