重油输油泵泵轴及叶轮失效后成功改造
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zui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，zui后断裂区域很小，说明此轴肩处所受的拉应力较小。重油输油泵由于此处过渡圆角半径R非常小，泊泰邦会产生较大的应力集中。循环载荷作用在应力集中zui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*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，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，重油输油泵造成轴的缺口敏感性提高，加快了疲劳裂纹的萌生和扩展。
(3)硬度试验取样进行硬度试验，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，重油输油泵可以看到在疲劳裂源区和疲劳裂纹扩展区存在疲劳条纹，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。
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。
(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，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，重油输油泵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。
(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；qV为体积流量，m3/min；S为泵的吸入比转数。对于普通设计的输油泵，不管比转数多大，均可取1200。从而计算可得Δh=7.4m。
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
对重油输油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。
