高压煤浆泵曲轴断裂分析
浅析GEHO_高压煤浆泵十字头杆断裂原因及处理措施
图1 断裂位置示意图 图2 十字头杆断裂后形貌
2 自身原因分析
2.1 宏观观察
对十字头螺杆进行宏观观察，断裂位置起始于第5个螺牙中部，沿螺杆与螺母的接触面起裂，起裂周围没有明显的塑性变形，在启裂区周围螺牙表面有红棕色物质，如图3所示。
断口形貌分为两部分，一部分表面平整，
图3 十字头杆断裂位置形貌 图4 十字头杆断口形貌
2.2 断口微观观察
对十字头杆起裂位置在扫描电镜下观察，在起裂区附近可观察到多条微小裂纹，见图5（a）。
对十字头杆断面扩展区进行电镜观察，断口表面裂纹扩展区有疲劳辉纹特征，如图5（b）。
与宏观观察结果一致，该十字头断裂形式为疲劳断裂。
图5 微观断口观察
171
中国设备工程 2023.06 （下）
图6 启裂区对侧裂纹
2.4 硬度
对十字头杆轴向截面及径向截面金相进行维氏硬度（HV10）分析。
测试位置从芯部到外表面共计17点，测量结果见表1。
硬度值整体变化不大，测量结果未发现明显异常。
表1 十字头杆维氏硬度测试结果
样品
维氏硬度（HV10）
测点1测点2测点3测点4测点5测点6测点7测点8
失效
248252258256266265268264测点9
测点测点测点测点测点测点测点
图1 激光动态测试系统工作示意图
激光动态测量系统的工作原理是利用激光测距激光
定长周期运行起着至关重要的作用。
因此，GEHO高压煤浆泵在使用过程中必须做好设备维护工作，提高检修人员的检修技能，延长GEHO高压煤浆泵的使用寿命，进而保证气化炉的稳定运行。
参考文献：。
高压煤浆泵活塞杆断裂原因分析与处理
高压煤浆泵活塞杆断裂原因分析与处理作者：张洪伟姬升红来源：《中国科技纵横》2017年第10期摘要：高压煤浆泵为气化炉稳定长周期运行核心设备，通过对活塞杆断裂原因分析并提出有效解决方案，解决了预紧力不足引起的活塞杆断裂问题。
关键词：煤浆泵；活塞杆；断裂中图分类号：TQ205 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）10-0131-011 概述公司气化装置为兖矿集团自主知识产权的对置式四喷嘴加压气化炉，该气化炉工作压力为6.5MPa。
气化炉的高压煤浆通过高压煤浆泵提供，高压煤浆泵作为气化炉运行的心脏，对气化炉的稳定长周期运行起着至关重要的作用。
2 机组运行基本情况公司有六台高压煤浆泵在用，为德国菲鲁瓦（FELUWA）公司生产的双缸双作用软管隔膜往复泵，设备型号为：ZGL 300/250-2K180-4SM 460 HD，出口压力：93bar，流量：14-55m3/h，工作介质：煤浆，电机功率：250KW。
该泵的主要结构由液力端和动力端组成。
液力端由活塞、活塞杆、缸套、隔膜、隔膜室、进口阀、出口阀及推进液加注、排放机构组成；动力端由减速机、齿轮副、曲轴、连杆、十字头等部件组成，由电机通过减速机驱动。
2012年3月投入运行以来运行工况良好，2016年9月一台高压煤浆泵出现电机电流突降，泵体打量异常，气化炉被迫退出一对烧嘴运行[1]。
公司组织对故障高压煤浆泵进行拆检，发现泵的其中一根活塞杆在其和十字头连接处的夹紧环所处的位置发生断裂（见图1所示）。
3 原因分析与处理通过对活塞杆带螺纹的端部处的照片显示约90%为疲劳断裂面，其余为被强制断裂。
分析认为活塞杆的螺纹位置为活塞杆的危险点，断裂处明显地处在活塞杆和驱动装置的十字头之间连接位置的夹紧环处（见图2所示），活塞杆长期做往复运动，致使活塞杆螺纹连接部位预紧力不足，最终造成活塞杆材料出现疲劳断裂。
同时，通过对机组运行趋势及机组振动、温度等主要参数分析，也排除了驱动端出现问题的可能[2]。
高压煤浆泵隔膜破裂的原因分析及维修改造
高压煤浆泵隔膜破裂的原因分析及维修改造王建军(兖矿鲁南化工科技发展有限公司滕州 277527)；郭良军 (兖矿鲁南化肥厂滕州 277527) 2007-01-25德土古气化装置使用63％～68％的水煤浆，是用高压隔膜煤浆泵送至气化炉与纯氧在1270℃左右发生剧烈的氧化反应，生成合成气。
鲁南化肥厂使用的进口高压隔膜煤浆泵性能参数如下：型号：TZPM7 3／4×12×150；泵号：8840002／1和／2；制造商：HOLTHUISBV-GEHO PUMPSP·O·BOX249；5900AE Venlo／the Netherland；泵送介质：水煤浆；泵送能力：9.4～23.3 m3／h；冲程速率：15.7～39.0行程／min(可调)；排出压力：5.573～6.285 MPa；吸人压力：0.092～0.133 MPa；水煤浆的温度：38～60℃；活塞行程：12″(304.8 mm)。
本型号高压隔膜煤浆泵属于往复式活塞正位移泵，主要用来输送象渣、沙和泥浆等固体颗粒的固液混合物，特别适合于有腐蚀性颗粒固体物质的固液混合物。
该泵的设计优点在于：泵送介质不直接和运动部件接触，输送介质是用橡胶隔膜来实现的。
橡胶隔膜把泵送介质和洁净的驱动液隔离开，这样，运动部件就可以在洁净的驱动液(润滑油)内运行，免除了固体颗粒对泵造成的严重磨损，从而使泵的性能稳定性及可靠性大幅度提高，确保了这些重要运动零部件的使用寿命。
1 橡胶隔膜破裂的危害由于化工生产是连续不问断的，高压隔膜煤浆泵又是整个德士古气化装置运行的关键设备，只要不是该泵PLC系统自锁联动跳车，一般出现一些小故障都要坚持运行一段时间，以便让整个系统安全停车，退出生产。
这就使得该泵不得不处于带故障运行的状态，而故障一旦是隔膜破裂，那么煤浆就会进入到活塞缸内与纯净的驱动液混合，并磨损活塞体和活塞缸。
由于此时该泵并未停车，该泵液压油高压补给系统将会自动往活塞缸内强行补油，导致液压油损失。
泵轴断裂原因分析
Receiv ed 18 A p r il 2005; r evised 10 June 2005; accep ted 15 J une 2005 Abstract: T hr ough a great deal of ex periments, a failure axle of air - breathing pump on the top of decompression tower w as analyzed and researched in details, and then its causes of inactivation was found out. Chemical components, mechanical properties, metallurgical structure and corrosion substance in the pit of the pump axle w er e tested. By analyzing t he results of tests, thr ee main causes of the axle inactiv at ion are concluded. F irstly, non- metallic inclusions in the microsco pic structure go heav ily beyond the standard value. Secondly, microscopic structure do esn. t confor m to technical requirements. Finally, in the bottom of pump axle. s keyw ay , sectional dimension chang es g reatly, the keyw ay. s root is sharp- angled, and there ex ist many cor rosion pits. T hese defects act as shar p gaps. U nder the effect of alternately rotating and winding load, notch effects happen heav ily along t hese defects, and a v er y high local stress concentration is formed, which leads to failure due to pump axle. s fatigue fracture. O n the basis of confir ming failure causes, a pr oposal is put for ward that the relevant measures ar e taken to prevent pump axle fr om fatigue cracking too early and prolong its o perating life. Key words: Pump ax le; Fatig ue fractur e; Failure; Stress concentration * Corresponding author . T el. : + 86- 413- 6865150; fax: + 86- 413- 6865150; e- mail: zgf- fs@ 163. com
高压煤浆泵运行故障原因分析及处理措施
2019年03月采用企业公众号，对油田工作人员进行安全意识的宣传，还可以通过广播方式，或者通过集中培训的方式。
总之，应该积极采用多种方式，向油田工作人员进行安全生产的大力宣传，在油田工作人员的意识中形成一种态势，这样促使油田工作人员不断地提高安全意识。
3.2有针对性地开展安全培训工作在安全宣传上做到位后，对于一些特殊的工作施工环节，以及施工中最容易忽略的环节，往往这些环节是最容易出现安全问题的地方。
为此，应当组织员工，有针对性地看展安全培训，在培训中然工作人员切记自己的工作施工，必须严格地按照施工要求进行施工，进而确保油田的安全生产。
3.3将安全长效的管理机制落到实处再好的安全管理制度，再好的安全管理措施，如果不将其落到实处，这些好管理制度，好管理措施，都是一句废话。
所以，在油田安全治理中，必须将安全长效的管理机制落到实处。
比如，在油田企业中所出台的有关于安全生产的各方面要求，有必要积极地将油田工作人员组织起来，进行集中地学习，让每一位工作人员熟悉自己的正确的工作操作流程，确保油田工作人员在工作中能够正确地进行操作。
作为安全管理工作人员，为了确保油田工作人员都严格地按照安全施工安全操作的标准，应当对其进行监控，以敦促油田工作人员真正是按照安全生产的要求在施工操作。
毕竟，油田的安全操作规则，人们知道怎么操作，但在实际中由于种种因素的影响，油田工作人员可能不按照安全生产的规则进行操作，这是会发生的事情，为此对工作人员的监控工作也就势在必行。
只有这样，才能够真正将安全生产的要求和措施，真正落到实处。
安全生产毕竟不是一时半会的工作，对于这一项工作，应该形成一个长效机制，处处抓安全生产，时时抓安全生产，只有这样，才能够为油田的生产提供安全保证。
3.4落实安全管理的奖惩机制油田的安全管理，落实是最为关键的地方。
为了促使管理落到实处，其安全管理的奖惩非常重要。
只有用奖惩机制，才能够幼小地敦促安全管理落到实处。
高压除焦水泵断轴故障的失效分析与改进
高压除焦水泵断轴故障的失效分析与改进发布时间：2022-08-30T03:15:00.630Z 来源：《中国科技信息》2022年33卷第4月8期作者：滕春宏[导读] 针对某炼化企业焦化装置高压除焦水泵轴断裂故障，从工艺参数、断裂处宏观和微观金相组织等方面进行失效分析滕春宏中国石油化工股份有限公司济南分公司，山东济南，250101）摘要：针对某炼化企业焦化装置高压除焦水泵轴断裂故障，从工艺参数、断裂处宏观和微观金相组织等方面进行失效分析，结论为泵轴断裂处镀铬层不完整，在腐蚀环境下多点起裂产生旋转疲劳破坏，最后提出改进意见。
关键词：除焦水泵环境腐蚀断轴改进1.概述1.1 设备简介某炼化企业焦化装置高压除焦水泵P-116/1（型号：TDF230-235*8），为浙江嘉利特泵业股份有限公司于2002年5月生产制造，该泵的作用[1]是为水力除焦系统提供大流量、高压力的水流，驱动切焦器等设备进行水力除焦，为延迟焦化焦炭塔预热、生焦等后续工艺操作提供条件，每塔焦运行2.5h左右，根据加工负荷，每天间断启停。
1.2 故障概况在P-116/1正常运行除焦过程中，现场操作人员突然听到一声闷响，随后该泵非驱动端出险“冒烟”现象，初步怀疑为推力瓦过热损坏，现场立即停1#泵切换2#泵使用，随后检维修人员到场拆检。
初步拆检发现副推力瓦过热损坏严重，推力盘也相应磨损，如图1.1所示，并且泵转动部件卡死盘不动车，经过进一步拆检，发现泵轴从平衡鼓分半卡环处断裂。
P-116/1泵轴出厂信息见表2.1所示，泵轴完全断裂为两部分，位于轴肩与轴径的变径处，轴肩直径为100mm，轴径直径为91.1mm，轴肩与轴径处存在一个“J”形圆弧（图2.1），“J”形圆弧处直径最小，约为88.2mm。
宏观观察发现轴肩与轴径处粗糙度不一致，轴肩处光滑（EDS分析为镀铬层），轴径处有明显加工痕迹，在“J”形圆弧处存在比较集中的腐蚀坑，轴肩的键槽位置也有腐蚀坑存在，如图2.1所示。
FELUWA高压煤浆泵常见故障分析
泵 出 口缓 冲罐 软管 频 繁 出现 翻边 现 象 （ 软 管从 软 管 压盘 中脱 开 ） ， 缓 冲罐 内 的缓 冲 液 从 软 管 压 盘 缝 隙 中流 出 ， 缓 冲罐 失 去 了缓 冲效 果 ， 随着 系统 压 力 的提高 ， 泵 出 口振 动 逐渐增 大 ， 影 响系统 安全 稳
脱焊 、 开裂 现 象 。
２开 １备 ， 气化 压力 ６ ． ５ ＭＰ ａ （ 表压 ） ， 操 作 温 度 １ ３ ５ ０～１ ４ ０ ０℃ 。煤 气 化 装 置 主要 工艺 流 程 ： 煤
解决措施 ： 对柱塞进行整体加工 ， 一体成形 ，
避免 柱塞 头部 脱焊 。
３ 阀球半 裂
２ ０ １ ４年 ２月
化
肥
工
业
６ ５
科 技 简 讯
Ｆ Ｅ Ｌ Ｕ ＷＡ高压 煤浆泵常见故 障分析
兖 州煤 业榆 林 能化 有 限公 司 ６ ０ ０ ｋ ｔ ／ ａ甲醇项
管 翻边 。
２ 泵 柱塞 头部 出现 碎裂 ２ ０ １ １年 ４月 ， 因煤 浆泵 柱 塞头 部 铸件 开 裂而
原因分析 ： ①监控探 头在 出厂时质量验收不 过关 ， 存在 明显的质量 问题 ； ②长期运行后 ， 软管
压盘 密封 水线 上 用 于 排水 和排 气 的 凸台 被 压平 ，
软管两端受力不均。 解决措施 ： 将缓 冲罐安装方式改为立式 ， 因脉 动 的存在 ， 经 缓 冲罐 的水煤 浆不 会 出现沉 积 ， 缓 冲 罐软管受力均匀 ； 水煤浆管线卸压时产生的瞬间
５ 检修 质量 问题 在 更换煤 浆 泵 柱塞 期 间 ， 同 时对 驱 动 液 系 统 进 行 了全面 检修 和清理 。在检修 完毕 后 的试 车过
高压煤浆泵曲轴断裂分析
高压煤浆泵曲轴断裂分析【摘要】从材质、宏观、显微结构等方面分析了进口高压煤浆泵曲轴断裂的原因，对曲轴的结构、材质、高压煤浆泵的使用维护等提出建议。
【关键词】高压煤浆泵曲轴断裂往复式活塞隔膜泵是各类水煤浆气化系统及大型煤化工成套装置的核心设备，主要用途是向煤气化装置高压喂送水煤浆料，该设备采用PLC控制的机电一体化，具有高效、节能、性能可靠、连续运转率高等诸多优点，其设计、制造涉及机械、电子、液压、橡胶等多学科技术，技术含量高。
由于大型水煤浆气化系统对设备连续长期稳定运行要求很高，普通的往复式活塞泵由于其易损件经不住高粘度和高比重煤浆磨蚀与磨损，致使其连续运转率无法满足工艺系统的要求，而往复式活塞隔膜泵采用橡胶隔膜将水煤浆与液力端活塞件隔离，使得活塞免受煤浆的磨蚀与磨损，从而延长了使用寿命，保证了工艺系统的高连续运转率。
因此，煤气化水煤浆喂料大多数选择往复式活塞隔膜泵。
由于国产的往复式活塞隔膜煤浆泵从技术水平、性能指标与进口产品比较还有较大差距，所以目前煤化工企业大多选择进口的往复式活塞隔膜泵，主要有隔膜泵、软管隔膜泵。
某公司高压煤浆泵选用软管隔膜泵，2012年6月至2013年1月，相继发生两台煤浆泵的曲轴断裂故障，另有一台煤浆泵在检查中发现曲轴表面出现长约200mm的裂纹，三台煤浆泵断裂和出现裂纹的部位均在同一位置。
该曲轴材料G26CrMo4，经铸造成型和调质处理，断裂处轴颈350mm。
1 高压煤浆泵技术参数如表1，图1。
2 化学成分分析和力学性能检测为分析曲轴断裂原因，取断面试样进行实验室分析。
对其材质、力学性能、显微组织等进行分析。
各项分析结果如下。
通过表2实测化学成分和标准值的对比，曲轴的材质符合要求，但表3中的冲击功（KU2）试验结果显示数据不均匀，差别较大。
3 断面宏观分析曲轴断裂位置位于轴的结构形状变化处，该处属于应力集中程度较大的位置。
断面呈椭圆形，其上可见疲劳裂纹稳定扩展阶段形成的弧形线，因此断裂性质属疲劳断裂，形态见图2、3。
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高压煤浆泵曲轴断裂分析
往复式活塞隔膜泵是各类水煤浆气化系统及大型煤化工成套装置的核心设备，主要用途是向煤气化装置高压喂送水煤浆料，该设备采用PLC控制的机电一体化，具有高效、节能、性能可靠、连续运转率高等诸多优点，其设计、制造涉及机械、电子、液压、橡胶等多学科技术，技术含量高。
由于大型水煤浆气化系统对设备连续长期稳定运行要求很高，普通的往复式活塞泵由于其易损件经不住高粘度和高比重煤浆磨蚀与磨损，致使其连续运转率无法满足工艺系统的要求，而往复式活塞隔膜泵采用橡胶隔膜将水煤浆与液力端活塞件隔离，使得活塞免受煤浆的磨蚀与磨损，从而延长了使用寿命，保证了工艺系统的高连续运转率。
因此，煤气化水煤浆喂料大多数选择往复式活塞隔膜泵。
由于国产的往复式活塞隔膜煤浆泵从技术水平、性能指标与进口产品比较还有较大差距，所以目前煤化工企业大多选择进口的往复式活塞隔膜泵，主要有隔膜泵、软管隔膜泵。
某公司高压煤浆泵选用软管隔膜泵，2021年6月至2021年1月，相继发生两台煤浆泵的曲轴断裂故障，另有一台煤浆泵在检查中发现曲轴表面出现长约200mm的裂纹，三台煤浆泵断裂和出现裂纹的部位均在同一位置。
该曲轴材料G26CrMo4，经铸造成型和调质处理，断裂处轴颈350mm。
1 高压煤浆泵技术参数
如表1，图1。
2 化学成分分析和力学性能检测
为分析曲轴断裂原因，取断面试样进行实验室分析。
对其材质、力学性能、显微组织等进行分析。
各项分析结果如下。
通过表2实测化学成分和标准值的对比，曲轴的材质符合要求，但表3中的冲击功（KU2）试验结果显示数据不均匀，差别较大。
3 断面宏观分析
曲轴断裂位置位于轴的结构形状变化处，该处属于应力集中程度较大的位置。
断面呈椭圆形，其上可见疲劳裂纹稳定扩展阶段形成的弧形线，因此断裂性质属疲劳断裂，形态见图2、3。
由于疲劳扩展条纹的汇集处即为裂源，所以图2、3中的下方即为裂源位置，与裂源相对的位置为瞬断区，从图2、3可以看出，疲劳扩展区占断口总面积比例较大，超过50%，说明曲轴的断裂性质为交变载荷作用下的（单向）弯曲疲劳断裂，且导致断裂的实际应力（弯曲应力）不大。
4 断面微观分析
在裂源处和瞬断区分别取样，做显微组织分析，裂源附近所取样品，检验面上可见明显的区域成分偏析及铸造枝晶偏析，形态见图4，图5为区域成分偏析交界处的形态。
其中一侧显微组织为回火索氏体+铁素体，属于调质工艺组织，且基体组织中可见粗大的晶界，形态见图6。
另一侧黑色偏析带区域显微组织为回火索氏体，也属于调质工艺组织，基体上可见非金属夹杂物，形态见图7。
在裂源附近的显微组织中可见沿晶界形成的组织偏析，形态见图8，9。
同时，在裂源附近还观察到铸造冷隔缺陷，形态见图10，11。
在瞬断区断口边缘可见微裂纹，形态见图12，靠近断口边缘，呈线状偏析带，形态见图13，14。
基体中也可见非金属夹杂物，形态见图15。
5 断裂原因分析
通过对曲轴断面试样的材质、力学性能、显微组织等分析试验，可以断定该曲轴材质符合G26CrMo4要求。
由于曲轴截面尺寸较大，采用的是铸造成型，通常在铸造成型时，由于金属凝固存在一定的液、固相共存区，由于液态金属中各组分的凝固点不同，因而不可避免的存在结晶的先后次序不同和化学成分的不均匀性，铸造成型后会使铸件存在较多的铸造缺陷，如区域性成分偏析、枝晶偏析、疏松、气孔、夹杂物、裂纹、冷隔等，铸造缺陷破坏了铸件金属表面及内部的连续性，往往成为应力集中源和断裂源，因而铸件的使用范围存在一定局限性。
由试验结果知，曲轴材质中可见明显的区域成分偏析、线状偏析带。
组织的不均匀性可直接导致性能的不一致，使用过程中引发应力集中，降低铸件的力学性能、断裂韧度及抗疲劳性能等。
曲轴材质的不均匀性在力学性能检测检测结果中也得到验证，冲击试验结果数据不均匀，冲击功差别较大。
除在曲轴材质中观察到偏析和不均匀性外，在裂源附近还检测到对材料性能危害最大的铸造冷隔缺陷，冷隔缺陷破坏了铸件组织的连续性与完整性，由于曲轴工作过程中会受到交变载荷的作用，而冷隔缺陷相当于裂纹，交变载荷的作用会使缺陷处形成应力集中，并因疲劳而使缺陷扩大，导致铸件早期失效。
曲轴均在同一位置发生疲劳断裂，但是疲劳扩展区的面积超过50%，曲轴三维图中的另一处曲拐，未出现任何问题。
因此可以断定是曲轴的铸造工艺存在缺陷。
6 结论和建议
综合以上结果和分析，曲轴在正常工作状态会受到交变载荷作用，而断口附近的成分偏析及铸造冷隔缺陷恶化了材料的使用性能，加以交变载荷的持续作用，会使缺陷处形成应力集中，诱发疲劳裂纹的形成和扩展，最终导致疲劳破坏的发生。
建议：为尽早发现曲轴在使用中产生的裂纹缺陷，应定期对高压煤浆泵曲轴曲拐等易形成应力集中部位进行表面着色检测；大型铸件在铸造过程中产生的成分偏析、夹渣、气孔、裂纹、冷隔等缺陷很难避免，建议最好将曲轴材质改为锻件。