摘要：在火电厂发电机组中汽机给水泵是其中的重要组成部件，给水泵对于保证火电机组的安全运行起到了至关重要的作用，给水泵轴突然断裂这种情况是较为严重的故障，虽然少见，但会对火电厂安全运行造成极大危害。本文通过结合实际工作经验对某电厂的给水泵断裂样本进行相关内容的检测，从而分析火电厂给水泵的主轴断裂原因，然后进行归纳与总结。
关键词：给水泵；断轴；防范
一、设备的基本情况
在2015年底，某电厂的2号机组的给水泵在生产活动时突然发生了泵轴断裂的事故，进而给该电厂造成了很大的经济损失。该给水泵推力盘存在较为严重的损坏，由于驱动端联合轴以及耦合器都存在不同情况的故障，进而导致其出现了顶死的情况，这种情况进一步加剧了故障的出现和发展。该电厂给水泵发生泵轴断裂，这一事故给该电厂的锅炉正常运行带来了十分不利的影响，也给该电厂的生产带来了很多困扰。为了进一步查明相关原因，调查该电厂给水泵主轴断裂的情况，同时，为了保证该电厂的正常生产经营，避免这类事故的再次发生，对其加以研究，从而提出相关有效的预防保护措施，在保证机组安全稳定运行的基础上，对设备进行更新和升级。根据相关资料研究，对该电厂所报送的相关样本进行检测，然后根据化学检测结果，对该电厂给水泵主轴断裂情况进行更深层次的探究。
二、该电厂给水泵的设备基本情况
该电厂的给水泵所采用的是多壳体结构，并且为多级卧式的离心水泵，在转速方面达到了4800转每分钟，而水泵的主轴功率为4520千瓦，轴承形式为滑动轴承与推力轴承相互结合的模式。当该电厂发生给水泵主轴断裂情况时，该给水泵的转速突然由正常4800转每分钟，瞬间飙升至6000转每分钟，转速的瞬间提升，使得给水泵的电流也由原本的4300A飙升至5633A，而温度方面也存在了明显的攀升，由之前的68℃瞬时飙升至220℃。给水泵的振动也由原本正常运行的80.12um，瞬间上升至212.7um附近。通过查阅相关资料，可以得出该给水泵的主轴材料为17-4ph，编号是0crl7nscunb，这种材料是典型的马氏体结构，采取的钢化膜是沉淀硬化钢，这种钢体结构在后期生产过程中，固溶处理后的室温组织应为马氏体，通过分析17-4ph的相关化学标准与机械力学特征可以得出该类型材料的强度大于等于725，其抗拉强度大于等于930，伸长率大于等于16%，其硬度大于等于277hb，而且断面收缩率大于等于50%。
三、实验分析
对断口的宏观形态进行分析。该电厂给水泵泵轴出现断裂，是因主轴从叶轮键槽处出现了断裂情况，进而断裂成了两截。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆通过进一步对该给水泵轴断裂情况的宏观图进行观察，并结合该给水泵的主轴非驱动端的相关图示进行分析，可以得知该断裂处的泵轴直径长约95毫米，而断裂处的键槽上部宽度达到13毫米，长度达到33毫米，深度达到5毫米，该断裂处的宏观检查可以得知是因有两处裂纹而产生断裂，裂纹一长约30毫米，裂口深度约为6毫米，而裂纹的开口宽度约为7毫米左右，裂纹二则长度大约为46毫米，其裂纹的开口宽度约为5毫米，深度约为13毫米。进一步观察断口处的相关样态，可以得出主轴断裂没有出现塑性变形，而是直接呈现出脆性断裂的情况，在断裂处几乎呈现出与主轴垂直的状态。整个断裂面可以大致分为以下几个区域，最终断裂区，以及疲劳裂纹扩展区和疲劳源这三部分组成。断面之间由于断裂情况因素的影响和材料结构的影响，使得金属表面颜色存在一定的差异性。通过观察可以得知，无机械损伤以及相关的氧化痕迹，其疲劳源主要位于端角部位以及泵轴键槽侧边的部位及拓展区，其占据了断裂处的绝大部分面积，而最终的断裂区则主要是位于疲劳源附近，偏向于逆旋转方向的位置，而疲劳源处则有明显的裂纹，通过对其进行进一步观察，可知在裂纹附近一键槽侧边为起点，以此处凸起进而形成弧状的断裂纹，向轴心附近逐步扩散，进而可以得知该部分承载了相应的交变应力而造成载荷停歇以及幅度变化等一系列情况，而最终断裂区处则有明显的平台，其所占的面积较小，说明在运行过程中轴过载过小或者无过载。
通过分析可以得知，引起主轴断裂的裂纹主要集中在轴键槽侧边，该部件处相对于其他部分表现为应力较为集中，并且断口处呈现出疲劳断裂特征，而与此相关的其他两处裂纹深度较浅，并且在断裂面附近与之平行，从轴表面进一步发展，向主断裂面处倾斜，从断裂面的开裂方向以及断裂面形貌可以进一步观察和判断，是断裂面受到了转轴断裂后，使得局部弯曲应力增强而产生的。
四、分析结论
通过进行实验比对以及分析，可以得出以下结论。首先，给水泵的断裂处源于键槽侧边应力集中的部位，通过对泵轴键槽以及与其相配合的间隙的宏观、微观进行观察，其中的缺陷可能是导致裂纹产生的主要原因，进行初始的裂纹构建后，在水泵运行过程中进而受到交变应力的作用，使其裂纹向表面及颈项部位不断扩展，最终导致了水泵轴发生疲劳断裂。而经过对材料的相应成分以及力学性质等情况进行分析，该泵轴所采取的材料以及其力学设计方面基本符合要求，但在组织层面存在着组织分布不均的情况，部分铁素体呈网状分布于组织之中，并且有异物夹杂，这种情况对裂纹的形成以及综合机械性能，都会带来一些影响。
结语
通过对该断裂主轴的分析过程可以得知，在验收相关材料时，需要进一步研究审查，从而避免其运行期间所发生的故障，对水泵运行过程中要加强巡查力度，对不良影响要做到及时排查和维修。只有这样，才能进一步确保火电厂的安全稳定运行。
参考文献：
[1]周振东,彭杉,张晓云.船用汽轮给水泵断轴事故及立式直联机组对中方法分析[J]. 机电设备,2016,(8).
[2]田平佩,张玉照,马永桓.锅炉给水泵断轴事故原因分析及修复[J].大氮肥, 2015,(4).
论文作者:李猛
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/5/6
标签：裂纹论文; 给水泵论文; 电厂论文; 主轴论文; 键槽论文; 情况论文; 火电厂论文; 《电力设备》2018年第31期论文;