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耐腐蚀泵叶轮出现裂纹的原因分析

点击次数:   更新时间:20/03/09 18:01:03     来源:www.meiguofangnuo.com关闭
  叶轮是耐腐蚀泵传送液体的关键零部件,叶轮损伤会极大的影响到耐腐蚀泵的流量,扬程等主要参数,对耐腐蚀泵性能要求就不能满足,如耐腐蚀泵叶轮出现裂痕是怎么回事的,要怎样改善呢?
  一、叶轮机械结构解析
  给耐腐蚀泵叶轮由前盖板、后盖板、叶片、轮毂等零部件构成。叶片与前盖板接口的尖角设计方案狭窄,易于造成应力集中。在各种载荷的相互作用下,叶片拉伸,其与前盖板的连接处形成一个超负荷的应力,造成连接处反向收缩形成裂痕。
  1、断口形貌解析
  从叶轮上切下一个叶片样品,观察裂纹从叶片尖端扩展到后盖板和叶片与轮毂的接头。实际上,裂纹的总长度是70~80mm。从叶片断面观察到与裂纹扩展方向垂直的疲劳步骤,这是金属疲劳断裂的基本宏观特征。用扫描电镜观察了断裂表面,清晰地观察了疲劳阶段形成的海滩图。低滑系数钢材的疲劳条纹越来越短、越来越小,叶轮的转速越来越高,因此很难观察典型的疲劳条纹。但是,刀片的断裂面是直的,断裂面上有一个由疲劳弧形成的海滩图案。
  2、依据本文的解析,叶片形成裂痕因素汇总如下:
  刀尖角的设计方案太窄,刀尖角的刚度由于制造偏差而低于设计值。在各种载荷的综合作用下,叶片局部应力集中。通过对断裂形态的分析,证实了二次叶轮叶片裂纹是由脆性疲劳引起的。
  二、叶轮结构改善
  1、叶片、后盖板厚度
  老叶轮叶片设计厚度为5mm,新叶轮叶片设计厚度为7mm,老叶轮背盖板设计厚度为5mm,新叶轮背盖板设计厚度为8.6mm。由于叶片刚度和强度增大,实测值高于设计值,因此在理论上叶轮强度应高于设计值。
  2、叶片前缘总长度
  为解决所述的问题,新型二级叶轮将叶片前缘缩短到叶轮内径处,生根位置增加至前、后盖板两处,加工难度小,厚度尺寸控制精度高。缩短了叶片前缘的总长度,消除了尖角,大大减轻了应力集中问题。
  3、叶片受力有限元分析
  由于设计方案较短,在正常运行、小流量运行和超速运行下,老叶轮叶片进口角处的峰值应力超过了叶片材料的拉伸强度。而设计方案优化后的新型叶轮叶片局部峰值应力大大降低,大为254MPa,远低于屈服强度设计方案值,解决了叶片尖角处抗拉强度不足的问题,满足设计方案要求。
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