如果(guǒ)泵軸斷裂，似乎大多數泵所有(yǒu)者/操作(zuò)員會立(lì)即責(zé)怪制造商(shāng)。然(rán)而，在(zài)大多數(shù)情況下，這并不(bú)是制造商(shāng)的錯(cuò)。本文探讨了這個問(wèn)題及其潛(qián)在(zài)的(de)原因(yīn)。雖然(rán)其中許(xǔ)多(duō)要點(diǎn)是離心(xīn)泵特有的，但也有一些(xiē)要點(diǎn)适用(yòng)于所(suǒ)有旋轉機械，包(bāo)括汽輪機、壓縮(suō)機和電機(jī)。

可靠的泵制造商根(gēn)據正常啟動和(hé)運行(háng)工況(kuàng)來設(shè)計泵軸，但有(yǒu)些(xiē)泵制造商(shāng)在異(yì)常工(gōng)況下(xià)有更(gèng)高的(de)裕量和安(ān)全(quán)裕量。軸斷裂(liè)的主要原因通(tōng)常可以追溯到(dào)運行和系統原(yuán)因。

疲(pí)勞(láo)失(shī)效，也(yě)稱(chēng)為(wéi)由于反向(xiàng)彎曲疲勞(láo)與旋(xuán)轉引起的失效(xiào)，是泵(bèng)軸(zhóu)斷裂/失效的(de)z常見原因。

泵軸設計(jì)

軸的(de)作用是将驅動(dòng)機的(de)旋(xuán)轉(zhuǎn)運動（轉速(sù)）和動力（轉(zhuǎn)矩）傳(chuán)遞到(dào)泵轉(zhuǎn)子(zǐ)部(bù)件 - 主要是(shì)葉輪(lún)。基本(běn)軸(zhóu)設計将(jiāng)轉矩作為(wéi)主要動(dòng)力(lì)，因為(wéi)轉矩是z重要的(de)設計元(yuán)素(sù)（速度(dù)和功(gōng)率是轉(zhuǎn)矩(jǔ)的整因子）。

泵軸(zhóu)設計還(hái)涉及溫(wēn)度、腐蝕、冶(yě)金、軸(zhóu)承(chéng)位置、軸承配(pèi)合尺寸、懸臂部件（葉輪(lún)和聯軸(zhóu)器）、預期水力引(yǐn)起的軸(zhóu)向力和徑(jìng)向(xiàng)力、鍵槽（鍵(jiàn)槽大小、布置及(jí)其相關幾何形狀）、圓角(jiǎo)半徑、軸(zhóu)肩圓(yuán)角、直徑變(biàn)化率(lǜ)以(yǐ)及卡環(huán)槽等。

此外，葉輪(lún)和聯軸器(qì)等主要轉子(zǐ)零(líng)部件的軸(zhóu)向放(fàng)置位(wèi)置，以及由此産(chǎn)生的轉子動力學（如(rú)臨界(jiè)速度(dù)），都是軸可(kě)靠性(xìng)的主(zhǔ)要因素。

所(suǒ)有良(liáng)好的初始(shǐ)軸設計都(dōu)包括彎矩(jǔ)圖和模态(tài)分析(xī)。本(běn)文不涉(shè)及高功率多級(jí)泵(bèng)軸，其中(zhōng)設計(jì)參數(shù)包括是否(fǒu)設計為濕式或(huò)幹式運行以及(jí)轉子剛(gāng)度(dù)的設計。

當軸斷(duàn)裂時(shí)，許多泵(bèng)用戶錯(cuò)誤地指責軸的(de)材料選(xuǎn)擇(zé)，認為(wéi)他們(men)需要(yào)更堅固(gù)的(de)軸。但(dàn)選擇(zé)這種(zhǒng)“越強越(yuè)好”的做法往往治标不治本(běn)。軸故(gù)障問題發生的(de)頻率(lǜ)可能較低(dī)，但根本原因(yīn)仍(réng)然存(cún)在。

一小部分泵軸會因冶金和制造工藝(yì)問題而失效，例(lì)如基礎材料(liào)中未檢(jiǎn)測(cè)到(dào)的孔(kǒng)隙率(lǜ)、不(bú)适當的退火和/或其它(tā)工藝(yì)處理。有些(xiē)故障是由(yóu)于加工不當造成的(de)，例如尺寸不正(zhèng)确、刀具(jù)阻力、半(bàn)徑過小、遺(yí)漏和(hé)/或研磨和抛光(guāng)不當。還有(yǒu)一小(xiǎo)部分(fèn)由于設計(jì)裕量不(bú)足以承受扭(niǔ)矩、疲勞和(hé)腐蝕而失效(xiào)。

另一個可以歸咎(jiù)于制(zhì)造商或用(yòng)戶的因素是懸臂泵中的懸臂(bì)量，簡(jiǎn)稱為軸的(de)l/d比（表示為(wéi)l3/d4，其中(zhōng) l 是從葉(yè)輪出口中心(xīn)線到徑向軸(zhóu)承中(zhōng)心的軸(zhóu)向距(jù)離，d是(shì)軸的(de)直徑）。也稱為“長(zhǎng)徑比(bǐ)”或(huò)“軸剛度(dù)比”，它(tā)表示當泵(bèng)在遠離設計點（z佳效率點或 bep）運行時(shí)，軸(zhóu)将因水力徑向(xiàng)力會偏(piān)轉（彎曲）多(duō)少。

圖1：該ansi泵軸(zhóu)因皮帶(dài)和滑(huá)輪(lún)布置不正确(què)地加(jiā)載，導(dǎo)緻旋轉(zhuǎn)彎(wān)曲故(gù)障。注(zhù)意(yì)外圍的(de)多個（至(zhì)少15個）斷(duàn)裂原點。靠近軸(zhóu)中間的較(jiào)暗區(qū)域是瞬(shùn)時快速(sù)斷裂帶（由作者(zhě)提供(gòng)）。

症狀處理(lǐ)

查看六種z常用的泵(bèng)軸材料，可以發現硬度、強度和耐腐蝕性(xìng)方面(miàn)的差(chà)異。需(xū)要注意(yì)的一(yī)點是，這些(xiē)材料的(de)楊氏模(mó)量(liàng)幾乎(hū)都在(zài)相同的範圍(wéi)内(nèi)。楊氏(shì)模量(liàng)本質上(shàng)是材料(liào)的彈性 - 在它斷(duàn)裂之前，能(néng)彎曲多少(shǎo)次(cì)？更重要(yào)的(de)是，在超(chāo)過材(cái)料的極限之前(qián)，每次循環(huán)中将(jiāng)其彎曲多遠？

楊(yáng)氏模(mó)量不(bú)應與(yǔ)強(qiáng)度、韌性或硬(yìng)度混淆。由于z常(cháng)見的軸材(cái)料都(dōu)具有相似(sì)的楊(yáng)氏模(mó)量，因此更(gèng)換材料的決定很少(shǎo)是(shì)糾(jiū)正軸(zhóu)故障根本(běn)原因(yīn)的解(jiě)決方案。通(tōng)過解決其它運(yùn)行(háng)因(yīn)素(sù)，z終用戶(hù)将體驗到更(gèng)高(gāo)的可靠性。

軸斷(duàn)裂的z常見(jiàn)原因(yīn)是（旋轉）拉(lā)伸彎(wān)曲疲勞。這(zhè)些斷(duàn)裂類型是前(qián)面提到的彎(wān)曲應(yīng)力的結(jié)果。對于給定(dìng)的材(cái)料，循環次(cì)數(shù)以及在(zài)某種程(chéng)度上，彎(wān)曲循環的(de)周期(qī)性（頻率）和(hé)距離（應變(biàn)或振幅）将(jiāng)決定軸作(zuò)為一(yī)個整(zhěng)體保(bǎo)持多(duō)長時間。故障從(cóng)z薄弱(ruò)點開(kāi)始，通(tōng)常是(shì)半徑、圓角(jiǎo)、卡環(huán)或鍵槽處(chù)。故障也可(kě)能發(fā)生在彎矩(jǔ)點。

對(duì)于z常見的(de)泵軸(zhóu)材料，彎曲應力引起(qǐ)的(de)斷(duàn)裂将(jiāng)與軸中心線成(chéng)直角（90 °），因此(cǐ)這些(xiē)故障看起(qǐ)來幾(jǐ)乎就像軸(zhóu)在該故障(zhàng)點折斷或(huò)被切斷一(yī)樣。

一(yī)種不太(tài)常見的(de)失效模式是扭(niǔ)轉應力引起的(de)疲勞，其(qí)中(zhōng)斷裂(liè)發生在與軸中(zhōng)心線成45 °角(jiǎo)的位(wèi)置。随着(zhe)變(biàn)速裝(zhuāng)置的出現，扭轉(zhuǎn)故障(zhàng)也在(zài)增加(jiā)。

泵軸斷裂(liè)的10個可能原因

1）遠離(lí)bep運行：偏離泵的(de)bep允許(xǔ)區域(yù)運行(háng)可能是軸故障(zhàng)的z常見原因。遠(yuǎn)離bep的運(yùn)行(háng)會産(chǎn)生不(bú)平衡的水力徑向力。由于徑向力(lì)引起的(de)軸偏轉(zhuǎn)（撓度）會(huì)産生彎曲力，該彎曲力将在軸(zhóu)每轉(zhuǎn)一圈時發(fā)生(shēng)兩次。例(lì)如，以(yǐ)3,550 rpm旋轉(zhuǎn)的軸每分(fèn)鐘将彎(wān)曲7,100次。這(zhè)種彎(wān)曲力産生(shēng)了軸拉伸彎曲疲(pí)勞。如果偏轉(zhuǎn)的幅度(dù)（應變(biàn)）足(zú)夠低，大多數軸可以處理高次數的(de)循環。

2）軸彎(wān)曲：軸(zhóu)彎曲(qǔ)問題(tí)遵循與(yǔ)上述(shù)軸(zhóu)偏轉相(xiàng)同的邏輯。從對(duì)軸直線度有(yǒu)高标(biāo)準/規(guī)格的制造(zào)商處(chù)購買泵和(hé)備用軸。盡職(zhí)調查将(jiāng)是謹慎的。泵軸(zhóu)的大多數跳動要求控制在0.001至(zhì)0.002 英寸(cùn)範圍内，測(cè)量值(zhí)為總指示(shì)器讀(dú)數(shù) （tir）。

3）葉輪或(huò)轉子(zǐ)不(bú)平衡：不平衡(héng)的(de)葉(yè)輪在(zài)運行時(shí)會(huì)對軸(zhóu)産生“鞭打?shaft whip）”。效果與軸彎曲(qǔ)和/或偏轉(zhuǎn)相同(tóng)，即使(shǐ)您(nín)停泵對(duì)軸進(jìn)行檢查，軸的測(cè)量結果會(huì)是直的。可以說(shuō)，葉輪(lún)平衡對于(yú)低速泵和高(gāo)速泵一(yī)樣重要。在給(gěi)定(dìng)的時間範圍内(nèi)，彎曲(qǔ)循(xún)環(huán)的次(cì)數減(jiǎn)少了(le)，但位移的(de)幅度（應變）由于(yú)不平衡、保(bǎo)持在與較(jiào)高的速度(dù)相(xiàng)同的範(fàn)圍内。

4）流體性質：通常(cháng)，有關流體(tǐ)特性(xìng)的(de)問題涉及設計用(yòng)于一種（較低(dī)）粘(zhān)度但(dàn)承受較高粘度(dù)的(de)流體的(de)泵。有(yǒu)一個(gè)很簡單的(de)例子，例如(rú)泵被(bèi)選擇并(bìng)設(shè)計用(yòng)于在 95 °f下泵送 4号燃料(liào)油(yóu)，然後它(tā)被用(yòng)在 35 °f下(xià)泵送(sòng)燃料(liào)油（粘度近似差異為(wéi) 235 厘泊）。比重(zhòng)的增(zēng)加也會導(dǎo)緻類似的問題(tí)。還要注(zhù)意(yì)，腐蝕會顯著降(jiàng)低軸材料的疲(pí)勞強度。在(zài)這些環(huán)境(jìng)中，具有較(jiào)高耐腐蝕(shí)性的軸是很好的選(xuǎn)擇。

5）變速：扭(niǔ)矩與(yǔ)轉速(sù)成反比。随(suí)着泵(bèng)轉速的降低，軸扭矩增加(jiā)。例如，在(zài)875 rpm時，100 hp泵所(suǒ)需的(de)扭矩是 1,750 rpm 時(shí) 100 hp泵的兩倍。除了整根(gēn)軸的z大制(zhì)動馬力（bhp）限制外，用戶(hù)還(hái)必須檢(jiǎn)查泵(bèng)應(yīng)用的每(měi) 100 rpm 允許(xǔ)的bhp限(xiàn)制。

6）使(shǐ)用(yòng)不當(dāng)：忽視制(zhì)造商(shāng)的指南将(jiāng)導緻(zhì)軸(zhóu)的問題。如果泵(bèng)由發動(dòng)機驅動而不是由(yóu)電動機或蒸(zhēng)汽輪機驅動，則(zé)由于(yú)間歇與連(lián)續扭矩(jǔ)，許多泵(bèng)軸具有降額系(xì)數。如果泵不是(shì)（通過(guò)聯軸器(qì)）直(zhí)接驅(qū)動，如(rú)皮帶(dài)/滑輪驅動(dòng)或鍊(liàn)條/鍊輪驅動，則(zé)軸(zhóu)可(kě)能會顯著(zhe)降額。許多自吸(xī)垃圾(jī)泵和渣漿泵設計(jì)為皮帶驅動(dòng)，因此問題(tí)不(bú)大。根據美國(guó)國家(jiā)标準協會(huì)（ansi）b73.1規範制造(zào)的泵(bèng)不設計(jì)為(wéi)皮帶(dài)驅動（除(chú)非使用(yòng)中(zhōng)間(jiān)軸）。ansi泵可以(yǐ)是皮帶(dài)驅動或發動(dòng)機(jī)驅動的(de)，但z大允許功率(lǜ)會大(dà)大降(jiàng)低。許(xǔ)多泵制造商提(tí)供重型軸作(zuò)為(wéi)可選(xuǎn)的(de)額外部(bù)件，當根本原因(yīn)無法糾正時，這(zhè)可(kě)以解決症狀(zhuàng)。

7）不對中：泵和驅動機(jī)之間的不(bú)對中，即使是z輕微的偏差也會導緻(zhì)彎矩。通常(cháng)，在軸斷裂之(zhī)前(qián)，此問題表現為軸承失效。

8）振動：除不對中和不平衡以外的問(wèn)題引起的(de)振動 - 如汽(qì)蝕、葉片通(tōng)過頻率、臨界轉(zhuǎn)速和諧波 - 會對(duì)軸造成應(yīng)力。

9）部(bù)件安裝(zhuāng)不正(zhèng)确(què)：另一個原(yuán)因是(shì)葉輪(lún)和聯軸器安裝(zhuāng)不正(zhèng)确（不正确的配合和(hé)間隙，無論(lùn)是太緊還(hái)是(shì)太(tài)松）。不正确的(de)配(pèi)合可(kě)能會導緻(zhì)微動(dòng)。微(wēi)動磨損會導(dǎo)緻疲(pí)勞失(shī)效。不正确(què)安裝的鍵和/或鍵槽(cáo)也會(huì)導緻此問題。

10）轉(zhuǎn)速不(bú)當：z大泵轉(zhuǎn)速基于葉輪慣性和皮帶(dài)傳動(dòng)的速度限(xiàn)制（例(lì)如，ansi 泵(bèng)的(de)z大皮帶(dài)速度通常(cháng)約定(dìng)為6,500 英(yīng)尺/分鐘）。此外，在(zài)低速運行(háng)時，除了扭(niǔ)矩增(zēng)加問(wèn)題之外，還(hái)有一(yī)些注意事(shì)項，例(lì)如(rú)水力阻尼效(xiào)應的喪失(shī)（lomakin效應(yīng)）。

電(diàn)機(jī)與泵軸承溫度标準

考慮到環(huán)境溫(wēn)度40℃的情況(kuàng)，電機(jī)運行z高溫度不(bú)能超過120/130℃。軸(zhóu)承溫度z高允許95度。

一、軸承溫(wēn)度标準(zhǔn)-泵軸承(chéng)溫度(dù)标(biāo)準

1、gb3215  4.4.1 泵工(gōng)作期間(jiān)，軸承z高溫度不(bú)超過(guò)80℃  

2、jb/t5294  3.2.9.2 軸承溫升(shēng)不得超過(guò)環境(jìng)溫度40，z高(gāo)溫度不(bú)得超過(guò)80℃

3、jb/t6439  4.3.3 泵(bèng)在規(guī)定工況下運轉(zhuǎn)時，内裝式軸承處外表面溫度(dù)不應高(gāo)出輸(shū)送(sòng)介質(zhì)溫度(dù)20℃，z高溫(wēn)度不高于(yú)80℃。外裝(zhuāng)式軸(zhóu)承處外表面溫升不應高(gāo)處環(huán)境溫度40℃。z高(gāo)溫度不(bú)高(gāo)于80℃  

4、jb/t7255  5.15.3 軸(zhóu)承的(de)使用溫度。軸承(chéng)溫(wēn)升不得超(chāo)過環境溫度(dù)35℃，z高溫(wēn)度不得(dé)超(chāo)過75℃

5、jb/t7743  7.16.4 軸(zhóu)承溫升不(bú)得超過環境溫度40℃，z高(gāo)溫度不得超過80℃

6、jb/t8644  4.14 軸承(chéng)溫升(shēng)不得超(chāo)過環境(jìng)溫度35℃，z高(gāo)溫(wēn)度不(bú)得超過80℃

二、電機軸承溫度規定(dìng)、出現異(yì)常的原(yuán)因及處理(lǐ)

規程規定(dìng)，滾(gǔn)動軸承(chéng)z高溫度不(bú)超過95℃，滑動軸承z高溫(wēn)度不超(chāo)過80℃。并且(qiě)溫升不超過55℃（溫(wēn)升為軸承(chéng)溫度(dù)減去測試時的(de)環境(jìng)溫(wēn)度）；

(1)原因(yīn)：軸彎曲，中心線(xiàn)不準。處理；重新(xīn)找中(zhōng)心。

(2)原因：基(jī)礎螺絲松動。處(chù)理：擰(nǐng)緊基礎螺(luó)絲。

(3)原因：潤滑油(yóu)不幹淨(jìng)。處理(lǐ)：更(gèng)換潤滑油。

(4)原因(yīn)：潤滑油(yóu)使用時(shí)間過長，未更換(huàn)。處(chù)理(lǐ)：洗淨軸承(chéng)，更換潤(rùn)滑油。

(5)原(yuán)因：軸(zhóu)承(chéng)中滾珠或滾柱損(sǔn)壞。

處(chù)理：更換新(xīn)軸承(chéng)。按照國家(jiā)标準(zhǔn)，f級絕緣b級考核(hé)，電機溫升(shēng)控制(zhì)在80k（電(diàn)阻法），90k（元件法）。考慮到環境溫度40℃的情況，電(diàn)機運(yùn)行z高溫(wēn)度不能(néng)超(chāo)過120/130℃。軸承(chéng)溫度(dù)z高(gāo)允許95度(dù)。用紅外檢測槍(qiāng)測量軸承室外(wài)表面(miàn)的(de)溫度，經(jīng)驗上，4極電(diàn)機z高點溫度不(bú)能超(chāo)過70℃。對(duì)于(yú)電機本體，不用監測。電(diàn)機制造完成後，一般情(qíng)況下，他的溫升(shēng)基本上(shàng)是固(gù)定的，不會(huì)随着電(diàn)機運行(háng)發生突變或者(zhě)不斷增長(zhǎng)。而軸(zhóu)承是易(yì)損件，需(xū)要檢測。

（來源：陝(shǎn)西(xī)設備管(guǎn)理）