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离心泵叶轮的失效原理

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发表时间:2023-05-26 09:00作者:杨玲_石家庄市博大模型厂

叶轮是离心泵的核心功能部件,其所处的工况多为高压、高温、强腐蚀等复杂苛刻环境,导致其经常出现不同形式的失效,严重影响设备运转。本文将对(1)磨损失效;(2)腐蚀失效;(3)疲劳断裂失效;(4)汽蚀失效 四种失效形式进行分析。图1为汽蚀失效的离心泵叶轮示意图,红色箭头所指为长期同样位置出现气泡爆炸引起穴蚀后形成的孔洞。

图1汽蚀后的离心泵叶轮.png

1汽蚀后的离心泵叶轮

一、磨损失效

1. 介质磨损:

由于离心泵运送的介质复杂多变,介质含有较多细小硬质颗粒,或者是在装配过程中外部进入的杂质颗粒。当离心泵工作时,叶轮带动介质高速旋转,使介质中的硬质颗粒具有了动能,这些硬质颗粒以不同的角度碰撞、冲击叶轮的叶片、轴颈等部位,导致其产生麻点、凹坑。

2. 接触面“冷焊”或“撕裂”:

在启停过程中泵轴与叶轮等配合面会产生非常微小的相对转动,这种“微动”可能导致接触面发生“冷焊”或“撕裂”。

二、腐蚀失效

1. 电化学反应:

当离心泵运送酸、碱等腐蚀性介质时,叶轮会与其化学反应。在运送盐类介质时,其中含有电解质,会导致局部电流产生,发生电化学反应。

2. 内应力:

当停止工作后,叶轮表面会残留部分介质,自然干燥时产生结晶会引起体积膨胀,产生内应力破坏,导致叶轮表皮脱落、粉化、疏松。

3. 氧化反应:

介质中的硬质颗粒与叶轮表面冲击,产生瞬间的高压或高温,导致叶轮表面金属膜发生破坏,使叶轮表面发生氧化反应。

三、疲劳断裂失效

缺陷与应力纹扩展:

由于叶轮在制造过程中可能含有气孔、夹渣等制造缺陷和工作过程中腐蚀、磨损及其它损伤均会导致应力集中和强度下降,使其成为疲劳源。叶轮在工作过程中应力会发生周期性变化,在交变应力的作用下,疲劳裂纹会从疲劳源处向四周向外进行扩展,在裂纹表面形成放射状的垄沟纹,随着疲劳裂纹的扩展,应力会逐渐增大到超过材料的承载能力时,则会发生疲劳断裂。

四、汽蚀失效

离心泵工作时,当进口压力小于饱和气压时,液体会逸出蒸气与气体混合形成气泡。当达到高压或者高温时,气泡发生破裂产生极高的局部压力打击叶轮金属表面,使其遭到破坏,从而发生汽蚀失效。


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