泵轴及叶轮失效分析
浅谈汽车水泵叶轮失效原因及应对措施
浅谈汽车水泵叶轮失效原因及应对措施汽车水泵作为汽车发动机冷却系统中的重要组成部分，起着对发动机进行冷却的重要作用。
而水泵叶轮作为水泵的核心部件之一，其失效将会导致水泵无法正常工作，进而影响到发动机的正常工作。
了解水泵叶轮的失效原因及应对措施对于保障汽车发动机的安全运行具有重要意义。
在本文中，将会就汽车水泵叶轮的失效原因及应对措施进行详细的探讨。
一、汽车水泵叶轮失效原因1. 腐蚀由于水泵在长时间的工作过程中，受到冷却液的侵蚀和高温的影响，水泵叶轮容易发生腐蚀。
特别是在使用低质量的冷却液或者使用时间较长的情况下，腐蚀会更加严重。
腐蚀会导致叶轮表面出现疤痕或者产生裂纹，进而影响到叶轮的正常工作。
2. 磨损水泵叶轮在长时间的高速旋转过程中，容易发生磨损。
而磨损又主要分为磨损和疲劳磨损两种情况。
磨损主要是由于水泵叶轮长时间的高速旋转导致叶轮表面磨损，而疲劳磨损则是由于水泵叶轮在多次的启停过程中，因叶轮的自由度受到限制而引起的疲劳磨损。
3. 沉积物堵塞在冷却液中，容易出现各种各样的沉积物。
而这些沉积物有可能会堵塞水泵叶轮，从而导致叶轮无法正常工作。
尤其是在使用时间较长的情况下，由于冷却液中的沉积物会越来越多，加重水泵叶轮的堵塞情况。
4. 不良浇铸不良的浇铸质量会导致水泵叶轮本身就存在一些质量问题，比如表面粗糙度不符合要求、内部存在气孔等问题。
而这些问题将会直接影响到叶轮的使用寿命和可靠性。
5. 高速旋转水泵叶轮是以高速旋转来进行水的抽取和输送的，长时间的高速运转不仅容易导致叶轮表面的磨损，还会增大叶轮失效的风险。
1. 定期更换冷却液定期更换冷却液是防止水泵叶轮腐蚀的重要措施。
较好的冷却液能够有效减少水泵叶轮的腐蚀情况，延长叶轮的使用寿命。
2. 定期清洗水泵定期清洗水泵可以有效地减少水泵叶轮因为沉积物堵塞而导致的失效情况。
3. 注意冷却液的质量使用好质量的冷却液是能够有效避免叶轮因为腐蚀而发生裂纹，因此在选择冷却液时需要注意其质量。
泵轴机械密封的失效分析
泵轴机械密封的失效分析1. 引言泵轴机械密封是一种常见的泵密封形式，其主要作用是防止泵在工作时发生泄漏。
然而，在使用过程中，泵轴机械密封可能会出现失效的情况，导致泵泄漏，影响设备的正常运行。
因此，本文将对泵轴机械密封的失效原因进行分析，并提供相应的解决方案。
2. 失效原因2.1 密封面磨损密封面磨损是泵轴机械密封失效的常见原因之一。
在泵运行时，由于轴向力和离心力的作用，导致密封面产生相对运动，从而引起磨损。
长时间的磨损会导致密封面的平整度下降，进而使泄漏增加。
2.2 密封环老化密封环的老化是导致泵轴机械密封失效的另一个重要因素。
密封环通常由橡胶或聚氨酯等弹性材料制成，在长期的使用过程中，受到介质的侵蚀和温度的影响，密封环会发生老化，丧失其原有的弹性，从而无法有效密封。
2.3 温度过高温度过高是泵轴机械密封失效的常见原因之一。
在一些高温工况下，密封面和密封环会因温度过高而变软，导致泄漏增加。
同时，高温还会引起密封面和密封环的热胀冷缩，进一步破坏密封性能。
2.4 泵压力过高泵轴机械密封在过高的泵压力下容易失效。
高压会增加密封面和密封环之间的接触力，导致磨损加剧，进而引起泄漏。
同时，过高的压力也会导致泵轴变形，进一步破坏密封性能。
3. 解决方案3.1 选用合适的材料合适的材料选择对泵轴机械密封的失效有重要影响。
在选择密封面材料时，需要根据介质的性质和温度要求进行合理选择，以提高密封面的耐磨性和耐腐蚀性。
同时，密封环材料也需要具有良好的耐热性和耐化学性，以延长密封环的使用寿命。
3.2 加强密封面润滑合适的润滑方式可以有效减少密封面的磨损，延长泵轴机械密封的使用寿命。
可以采用外润滑或者内润滑方式，对密封面进行充分润滑。
外润滑可以通过给密封腔注入润滑油进行实现，而内润滑则是通过在密封环内部设置润滑油腔来实现。
3.3 控制温度和压力控制温度和压力是预防泵轴机械密封失效的重要措施之一。
可以通过降低介质的温度和减少泵的运行压力来避免泵轴机械密封的失效。
泵的故障分析及案例
01
通过监听泵的运行声音，判断泵的工作状态是否正常。
02
声音分析法可以检测到泵内部的流体流动是否顺畅、轴承是 否正常运转等。
03
声音分析法需要经验丰富的操作人员或专业人员进行分析和 判断。
温度分析法
通过监测泵的表面温度，判断泵的工作状态是否 正常。
温度分析法可以检测到泵内部的热量积累、轴承 过热等情况。
压力波动
泵的压力波动可能由于气蚀、旋转失速或流体 性质变化等原因引起。
效率下降
随着磨损和腐蚀的积累，泵的效率可能逐渐降低。
流体故障
汽蚀现象
当泵的吸入压力低于流体 饱和蒸汽压力时，会发生 汽蚀现象，导致泵性能下 降。
流体泄漏
由于密封件老化、机械振 动或压力波动等原因，泵 的流体可能发生泄漏。
堵塞与腐蚀
泵的故障分析及案例
目录 CONTENT
• 引言 • 泵的常见故障类型 • 泵故障分析方法 • 泵故障案例 • 泵故障预防与维护 • 结论
01
引言
泵的重要性
01
泵是工业生产中不可或缺的重要 设备，广泛应用于化工、石油、 电力、食品等各个领域。
02
泵的主要功能是输送液体，包括 液体物料、水、油等，其性能好 坏直接影响到生产线的稳定性和 产品的质量。
不清洁的流体或腐蚀性流 体可能导致泵内部堵塞或 腐蚀，影响泵的正常运行。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
03
泵故障分析方法
振动分析法
通过监测泵的振动情 况，分析泵内部的运 转状态，判断是否存 在故障。
振动分析法需要专业 的振动测量仪器进行 测量和分析。
振动分析法可以检测 到泵内部的轴承、齿 轮等部件的异常磨损 或松动。
声音分析法
船用离心泵叶轮失效分析及改进设计
式 中 ， ｌ ‘ ， ＋ ；Ｃ ．８ ５ ｆ １ ９ ＝ ．９ ０ ４ ；０＝ ． ； ０ ｋ ３ １ ； ３
Ｃｌ ． ２； Ｃ ＝ ． ８ ＝１４ ２ １６
维湍流流动 ，在直角坐标系形式 的绝对参考系下 。
流 动状 态满 足连 续性 方程 和 动量方 程 。 连续 性方 程
图 １ 叶片 背 面
图 ２ 叶片工作 面
２１年第 ２ ０１ 期
小 番 柱 木
＝
・７ １・
２ 控制方程与数值计算 方法
２１ 控 制方 程 ．
＝
ｉ毒（ ／ｋ ｉ… ） ＼ ＋占 … 暗 Ｇ 毒 （ ｋ ） 暗 Ｇ－ ： Ｇ
所 计 算 的 三 维 流道 内 ，可 以认 为 不 可 压 缩 三
较 大 的变 化 ，扬 程 变 化 量 为 ０９８ ．０２ｍ，在 有 效 汽 蚀 余 量 为 ０９７ ３ｍ 时 ，扬 程 变 化 量 为 ３０ ９ ．３６ ．５５ｍ， 扬 程 开 始 急 剧下 降 。根 据 国 家 相关 标 准可 知 ，当
麻点 以至穿孔 ，ｌ） ｎｅ 。假 设 在 进 口截 面 上 压 力 为均 匀 分 布 。通 过 ｔ 调 节 进 口总 压 来 控 制 泵 内部 汽蚀 的发 生 程 度 。 出 口条 件给 定 出 口质 量 流量 （ ｓ ｆｗａｅ ，通 过 出 ｍａｓｌ ｒｔ ｏ ） 口边界 条 件 控 制模 型 的 质 量 流 量 。壁 面粗 糙 度 设 为 ｌ 米 ；近 壁 面处 选 用标 准 壁 面 函数 ，壁 面边 ０微 界 条 件 设 为 绝 热 无 滑 移 壁 面 ；湍 流 模 型设 为 Ｒ Ｇ Ｎ
℃ ｃ １ ／） ． ｎ －ｎ － 一（ｎｏ
１／ ＋３ ｎ
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拿＋ 。如 ： ０
泵轴机械密封的失效分析
摘要：概述了机械密封端面泄漏、端面偏磨、密封环碎裂、密封圈泄漏等常见早期失效现象，并分析了产生这些现象的原因，主要是设计制造问题造成的。
同时介绍了延长泵轴机械密封使用寿命的一些有效措施，如选用密封可靠、寿命较长的摩擦付材料及静密封圈材料。
机械密封系指两块密封元件在其垂直于轴线的光洁而平直的表面上相互贴合，并作相对转动而构成密封的装置。
如图1所示。
它通常由静环、动环、弹簧加荷装置(包括推环、弹簧、弹簧座、固定螺钉，传动销)、辅助密封圈(动环密封圈和静环密封圈)等元件组成。
防转销固定在压盖上，用以防止静环转动。
过氧从结构来看，机械密封主要是将极易泄漏的轴向密封，改变为不易泄漏的端面密封。
因为机械密封具有密封性能可靠、泄漏量少、使用寿命长、功率损耗少、不需要经常维修等优点，且能满足生产自动化和高温、低温、高压、高真空、高速、各种易燃易爆、腐蚀性以及腐蚀性介质的密封要求，因此较其它密封获得更为迅速的发展和推广，越来越多地替代填料密封和其它密封。
现将我厂常见机械密封早期失效现象、原因及补救措施介绍如下。
1 新端面早期磨损原因及解决办法机械密封端面早期磨损的原因常见的有以下几种。
1.1机动环和静环的材料选择是否合适由动环和静环所组成的摩擦副是机械密封最重要的零件。
密封的寿命和工作质量(泄漏指标)都和它有直接关系。
机械密封摩擦副的材料要根据泵的工作介质的性质、工作压力、温度、转动速度等因素来选择，特别是对老产品上填料密封改装机械密封或原机械密封的改造，合理地选用机械密封材料是非常重要的。
当机械密封在腐蚀性介质中时，它经受着化学腐蚀和电化腐蚀，尤其在摩擦面上，腐蚀率极大，这是因为端面上腐蚀生成物刚产生(能降低腐蚀率)就被摩擦所破坏的缘故。
这种由耐腐蚀表层的产生到磨去，周期性的循环不止,通常称为磨蚀现象。
其磨蚀速度约为无摩擦作用表面的腐蚀率的10至50倍。
因此，摩擦副应选择既耐腐蚀耐磨性又好的材料。
一般来说，石墨浸渍酚醛树脂耐酸不耐碱，浸渍呋喃树脂耐酸亦耐碱，浸渍环氧树脂耐碱性好，浸渍聚四氟乙烯树脂和陶瓷能耐强腐蚀性介质。
探讨多级离心泵常见故障及处理措施分析
探讨多级离心泵常见故障及处理措施分析一、多级离心泵常见故障1. 叶轮磨损叶轮是多级离心泵的核心部件，其工作状态直接影响到泵的性能。
在泵长时间运行过程中，叶轮经受着高速液体的冲击和磨擦，容易产生磨损，导致叶轮表面不平整或甚至出现裂纹，进而影响泵的流量和压力性能。
2. 泵轴弯曲泵轴是多级离心泵承受着旋转运动和传递功率的关键部件。
在泵运行过程中，如果承受过大的压力或者遭受外力冲击，泵轴很容易产生弯曲，这会导致泵与驱动机之间的配合不良，引起泵的振动增大，严重时还会造成轴承受力不均匀，加速轴承的损坏。
3. 泵体内损坏泵体是多级离心泵的承托和固定部件，承受着液体的内外压力。
在泵运行过程中，泵体容易受到内部介质的侵蚀和冲击，导致泵体内壁出现疲劳裂纹、损坏或者甚至破裂，这对泵的安全运行构成了严重威胁。
4. 泵轴封泄漏泵轴封作为多级离心泵的关键部件，其密封性对泵的正常运行起着至关重要的作用。
在泵运行过程中，由于泵轴封部件自身质量不好或者使用环境恶劣，会导致泵轴封泄漏，从而影响泵的运行效率。
5. 泵轴承故障泵轴承是支撑泵转子的重要部件，它的损坏直接影响到泵的稳定性和可靠性。
在泵长时间运行过程中，泵轴承容易因润滑不良或者超负荷工作而损坏，进而引起泵的振动增大，噪音加大，甚至还会造成泵的运行不稳定。
以上就是多级离心泵常见的故障，这些故障都会对泵的正常运行产生不同程度的影响，甚至会引发泵的停机和事故。
工程技术人员需要对这些故障进行认真分析，并采取相应的措施加以解决。
叶轮磨损是多级离心泵常见的故障之一，为了解决叶轮磨损问题，可以选择在叶轮表面进行特殊处理，增加叶轮的耐磨性；或者选择更换新的叶轮部件，保证泵的流量和压力性能。
泵轴弯曲会导致泵的振动增大，严重影响到泵的正常运行。
在发现泵轴弯曲问题时需要立即停机检查，并进行必要的修复或更换。
需要加强泵的维护和保养，避免泵轴弯曲的发生。
泵体内损坏一旦发生，会给泵的安全运行带来极大的隐患，因此需要定期对泵体内部进行检查和维护，及时发现并处理泵体的损坏问题，确保泵体的完好和安全。
蜡油离心泵泵轴及叶轮失效分析
到 ３９ ９ 万 吨 ， ７．６ 增加 了５ ． ８万 吨 ， ２６ 水驱动 用 程度 提
高 了 ５４ 。 ．７
收 稿 日 期 ：０ ６ １ ６ ２ ０ —０ —０
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关 键词 ： 离心泵 ； 泵轴 ； 叶轮
我单 位 制 蜡 车 间 的蜡 油 离 心 泵 为悬 臂 离 心 泵 ， 其 泵 轴 的设 计 要 求材 质 为 ３ Ｃ Ｍｏ 调 质 处 理 ， 度 ５ｒ ， 硬 为 ＨＢ＝２ ９ ０ 。叶轮材 质 为 Ｇ２ ６ ￣３ ２ ５钢 ， 平 衡允 差 静 为 ８ 。泵 轴 端 有 一 Ｍ２ ×１ ５的螺 纹 ， 于 固 定 叶 ｇ ４ ． 用 轮 。泵 扬 程 １０ 体 积 流 量 ２ ０ ／ ， 速 ２ ５ ｒ ５ ｍ， ０ ｍ。ｈ 转 ９０／ ａ ｎ 蜡油 密度 ０ ９ ９ ｇ ｍ。 从 １ ９ ｒｉ ， ． １ ｋ ／ 。 ９ ５年 １ ２月开 始 ， 该 泵发 生 多起 断轴 事 故 ， 裂部 位 都 在 轴端 螺 纹退 刀 断 槽 处 ， 轴 时 间 间隔 越 来 越 小 ， 短 只有 一 个 月左 断 最 右。 同时 叶轮 表面 多处 出现蜂 窝 状穿孔 ， 响 了装置 影 的正常 运 转 。 １ 分析 计 算
生较大的应力集中。循环载荷作用在应力集中最大 的螺 纹退 刀槽 部位 ， 泵轴 发 生疲 劳断 裂 。 使 循环 载 荷 系 叶轮失 重 引起 的动 不平衡 产 生 的轴 向冲 击力 。叶 轮长 期未 更换 ， 引起 的动不 平衡 愈 加严 重 ， 泵轴 断裂 时 间愈来 愈短 。
１ １ ２ 金 相分 析 ．． 在断 口 附近取 样 分 析 ， 现 该 轴 金 相组 织主 要 发 为 回火屈 氏体 ， 织 中 仍可 以看 到 有 许 多板 条 状 马 组
离心泵泵轴发生断裂失效的原因分析
工艺与设备2018·02124Chenmical Intermediate当代化工研究离心泵泵轴发生断裂失效的原因分析＊王鹏 樊靖波（陕西延长中煤榆林能源化工有限公司 陕西 718500）摘要：某离心泵在运转过程中，泵轴在叶轮螺母根部发生断裂失效，造成叶轮、泵体等主要部件损坏。
通过外观检查、材质成分分析、断面分析及应力分析对其断裂原因进行诊断和分析。
结果表明，因轴头钻有深度为16mm的M12内螺纹，加工轴头螺纹时设有一退刀槽，退刀槽相对螺纹加工过深，且在圆弧过度区有一明显的钝刀痕迹形成了锐利的缺口，造成应力集中，大大降低了其抗疲劳强度，当泵运转时内部产生的力作用在退刀槽上使其内部产生细小裂纹，而轴内部的P、S等元素使其晶界发生弱化，裂纹逐渐变大，当裂纹扩展到临界尺寸时，泵轴突然断裂。
关键词：离心泵；断轴；断面分析；应力分析中图分类号：T 文献标识码：ACause Analysis of Fracture Failure of Centrifugal Pump ShaftWang Peng, Fan Jingbo(Shaanxi Yanchang China Coal Yulin Energy Chemical CO., LTD., Shaanxi,718500)Abstract ：In the process of centrifugal pump running, the pump shaft fracture failure occurs in the impeller nut root, causing damage tothe impeller, pump body and other major components. The fracture causes were diagnosed and analyzed by visual inspection, material composition analysis, section analysis and stress analysis. The results show that because of the 16 mm deep M12 internal thread in shaft head drill, and a cutter withdrawing groove is arranged when machining shaft head thread,, and the cutter withdrawing groove is too deep relative to the thread, besides there is a clear blunt tool mark in the arc transition area to form a sharp gap, resulting in stress concentration, which greatly reduces the anti-fatigue strength. When the pump is running, the internal force acts on the relief groove to generate a small crack inside, while the elements such as p and s in the shaft weaken the grain boundary, and increases the crack gradually. When the crack expands to the critical dimension, the pump shaft suddenly breaks.Key words ：centrifugal pump ；broken shaft ；section analysis ；stress analysis轴在泵中的主要作用是将电动机的转矩传递给叶轮，它是传递机械能的主要部件，轴断裂会使泵的主要部件受到很大的伤害。
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蜡油离心泵泵轴及叶轮失效分析
我公司炼油二套常减压车间的蜡油离心泵为悬臂离心泵，其泵轴的设计要求材质为
35CrMo，调质处理，硬度为HB=269～302。
叶轮材质为G25钢，静平衡允差为8g。
泵轴端有一M24×1.5的螺纹，用于固定叶轮。
泵扬程150m，体积流量200m3/h，转速2950r/min，蜡油密度0.919kg/m3。
从1995年12月开始，该泵发生多起断轴事故，断裂部位都在轴端螺纹退刀槽处，断轴时间间隔越来越小，最短只有一个月左右。
同时叶轮表面多处出现蜂窝状穿孔，影响了装置的正常运转。
1分析计算
1.1泵轴
(1)断口宏观分析对失效泵轴断口部位进行宏观观察，发现宏观断口表面可明显分为3个区：疲劳裂源区、疲劳裂纹扩展区和最后断裂区。
仔细观察轴的边缘可看到有几个一次疲劳裂纹台阶，说明该断口的疲劳裂纹源有多处，这些疲劳裂纹源反映了轴端退刀槽处应力集中比较严重。
疲劳裂纹扩展区占断口总面积的大部分区域，最后断裂区域很小，说明此轴肩处所受的拉应力较小。
由于此处过渡圆角半径R非常小，会产生较大的应力集中。
循环载荷作用在应力集中最大的螺纹退刀槽部位，使泵轴发生疲劳断裂。
循环载荷系叶轮失重引起的动不平衡产生的轴向冲击力。
叶轮长期未更换，引起的动不平衡愈加严重，泵轴断裂时间愈来愈短。
(2)金相分析在断口附近取样分析，发现该轴金相组织主要为回火屈氏体，组织中仍可以看到有许多板条状马氏体形态，见图1。
说明轴在进行调质处理时，高温回火温度或时间不到位，没有获得回火索氏体组织，造成轴的缺口敏感性提高，加快了疲劳裂纹的萌生和扩展。
图1轴金相组织350×
(3)硬度试验取样进行硬度试验，洛氏硬度HRC值分别为31、32、31、34，这些值比图样中规定的HB值偏高，进一步表明其组织为非回火索氏体。
(4)扫描电镜(SEM)分析取样后用扫描电子显微镜分析了泵轴断口的微观形貌，可以看到在疲劳裂源区和疲劳裂纹扩展区存在疲劳条纹，见图2和图3，说明失效是由于疲劳断裂引起的，疲劳裂纹扩展的微观形貌是解理花样。
图2疲劳裂源区附近的疲劳条纹
1.2叶轮
(1)宏观观察和分析泵的吸入口叶轮表面存在多处蜂窝状穿孔，轮毂表面存在明显摩擦痕迹。
叶轮前后表面密布蚀坑，铸造组织也比较疏松。
从整体装配来看，叶轮失重穿孔部位与轴端疲劳裂源点相对应。
(2)化学成分分析各种成分的含量为：w(C)=0.162%,w(Si)=0.218%,
w(Mn)=0.119%,w(P)=0.015%,w(S)=0.030%,从化学成分看，碳和锰的含量偏低。
图3疲劳裂纹扩展区的疲劳条纹
(3)金相分析组织特征为块状与针状的铁素体＋珠光体，是典型的魏氏体组织，见图4。
晶粒粗大，平均晶粒度为3级。
其中珠光体含量较低，这与含碳量低有关，且晶间有夹杂物存在。
这说明叶轮铸造质量不良，存在大量缩松，且金相组织不均匀，偏析比较严重，从而导致了金属表面状态不均匀，而非金属夹杂物的存在使金属中形成缝隙，造成了物理上的不均匀和不完整性。
由于蜡油温度较高，酸值也较高，且含有硫等元素，使得夹杂物周围成为点蚀的起源点。
从叶轮表面的点蚀可以推断，局部穿孔部位是夹杂物富集的地方，锰含量的偏低可能就是这种富锰硫化物聚集造成的。
同时，金相组织中的偏析，造成了晶界的弱化，从而使得点蚀与晶间腐蚀的结合加速了局部的腐蚀。
图4叶轮金相组织100×
(4)泵净正吸入压头核算由于泵的允许汽蚀余量Δh未知，在此由吸入比转数求解：
式中，n为转速，r/min；q
V
为体积流量，m3/min；S为泵的吸入比转数。
对于普通设计的离心泵，不管比转数多大，均可取1200。
从而计算可得Δh=7.4m。
有效净正吸入压头H
g
可用下式核算：
式中，H
g 为有效的净正吸入压头，m；p
1
为泵入口处的绝对压力，Pa；v
1
为泵入
口处的平均流速，m/s；p
v
为输送温度下油的汽化压力，Pa;g为重力加速度，m/s2；
ρ为油的密度，kg/m3；H
f
为管路压头损失，m。
在计算过程中，取H
f
=6m，查得蜡油在此条件下的饱和蒸汽压为169kN/m2，
从而计算可得H
g
=11.9m。
由以上计算说明，在正常操作情况下，不可能发生汽蚀。
2改进措施
①增大退刀槽过渡圆角半径R，建议R=1.5～2mm，以改善该部位应力集中的程度。
②严格按照图样要求执行热处理工艺，保证轴获得良好的综合力学性能。
③在安装叶轮时，螺母的预紧力要适当，不宜太大。
④对叶轮进行表面处理以提高耐蚀性能。
3结语
对蜡油离心泵的泵轴和叶轮按上述措施进行改造后，于1997年5月装置大修后安装投用，至今已运行1年多，运转良好，没有发生断轴事故，证明改造是成功的。
作者简介：杨火生(1962-)，男，湖北天门市人，工程师，硕士学位，现从事静设备的研究、失效分析、安全评定及压力容器检验等方面工作。
作者单位：镇海炼化股份有限公司研究中心，浙江宁波315207
参考文献：
［1］高明泉.循环水泵叶轮汽蚀的原因及预防［J］.石油化工设备技术，1986，7(1)：42-43.
作者:[]。