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【摘 要】中国石油宁夏石化，神华宁煤甲醇厂，鄂尔多斯联合化工，中国石油独山子石化，中国石油乌鲁木齐石化等多家企业，锅炉给水泵等都出现了不同程度的安全运行隐患，有些企业甚至出现了多起开车困难，频繁停车等严重问题。受多家企业的要求，我们对锅炉给水泵设备机械系统进行了深入研究，提出了改进方案和对策，并在使用当中取得了一定的效果。
【关键词】锅炉给水泵；安全运行问题；泵体；定位基准；安装精度；转子；刚性；弹性；强化；疲劳寿命
一、锅炉给水泵存在的问题及其原因分析
1.存在的问题有以下几种：
①叶轮口环和壳体口环频繁粘死。
②泵轴和轴瓦多次抱死。
③转子套和节流套等多次抱死。
④分解转子后发现泵轴弯曲。
⑤装配转子时发现，叶轮和间隔套装配后转子各部跳动严重超标（0.10以上），拆下零件后泵轴跳动合格。
⑥转子装配合格，一开车就跳闸。
⑦泵运行后振值较高，使用周期较短。
2.原因分析
我们对以上现象进行了深入及全面的分析，认为产生的原因有以下几种：
①叶轮口环和壳體口环不同心。
②叶轮口环和壳体口环摩擦阻力太大。
③轴承座安装时定位不好，与壳体定位孔不同心。
④转子在运行过程中挠度过大，导致轴瓦间隙不均匀，发热过度而抱死。
⑤轴的刚性、弹性和韧性不足。
⑥轴及轴上零件键槽对称度差。
⑦节流套和节流轴套同心度差，轴及轴上零件端面跳动差。
⑧泵系统元件制造和安装维护精度差，转子的刚性及疲劳寿命差等。
二、解决方案
原因找出后，一项一项排除。具体方案如下：
1.检查所有零件的端面跳动和径向跳动，端面跳动若超8‰，必须修到8‰以内；径向跳动超过3%，必须修到3%以下。
2.检查壳体各基准面的平面度，必须修到5%以内。
3.检查轴承座的定位基准，必须在1.5%以内。
4.将叶轮口环和壳体口环及节流套和节流轴套的硬度提高到HRC40-43，或镀硬铬，以减少摩擦发热，在扫堂后先跳车而不抱死。
5.为了提高转子的刚性，可以将叶轮及轴套的硬度提高到HRC40-43，这时强度也高，韧性也能满足使用要求。
6.所有连接键用304不锈钢制造，因为不锈钢的屈服强度很低，容易变形，可以消除键槽对称度不好而带来的扭弯现象。同时不锈钢在变形后强度增加较多，可以满足强度需要。
7.将叶轮入口端叶片长度掐短10-15mm，以减少由于入口端叶片较薄，铸造时变形较大而引起的流动不平衡，同时也可以减少吸入阻力，防止喘振，同时对压力和流量影响不大。
8.适当提高各级口环和节流套的径向间隙（0.15-0.35），从而减少或杜绝抱死现象，对流量和压力影响不大。
9.叶轮、轴套与轴的配合采用小间隙（0.025）配合，减少挤压使轴不容易弯。
10.特别重点的提高轴的刚性、强度、韧性、弹性及疲劳寿命，达到不弯不断，使用周期长的目的。
为此，我们采取了以下方法：
①对轴用锻件采用大的锻造比（≥5）进行锻造，实现三镦三拔，使组织纤维化，以提高韧性，同时采用较快的锻造速度，留一定的变形量，最后一火一次打成。锻后不正火，最后一火轻打快击，一直打到550℃以下缓冷，使之储存较大的变形能，以提高强度和韧性。通过合适的时效温度进行较长时间的时效处理，硬度在HRC36-40，内应力大大降低。
②轴的材料选用中碳铬钼等低合金钢，使得在形变热处理后，表面残留压应力，有利于提高疲劳寿命。这一点是很重要的。
③表面镀硬铬，厚0.10，除了满足装配需要外，最重要的是提高刚性和疲劳寿命。
④轴肩处圆角尽可能加大且抛光达Ra0.8，有效减少应力集中，提高疲劳寿命。
⑤在中温弹性区再进行一次时效，较大地提高材料的弹性模量，增加弹性，以吸收振动能量，使轴不容易弯曲。
⑥泵轴所选材料铬钼刚有很好的高温性能，当转子发热抱死时，轴有足够的热强度抵抗弯曲变形。
⑦轴的强度试验结果如下：
序号 抗拉强度
Rm MPa 屈服强度Rp0.2 MPa 延伸率
A% 断面收缩率Z% 硬度
HRC 冲击值AK J
1# 1410 1110 12.0 54 40 63
2# 1401 1104 12.5 54 39 61.61
从实验结果中可以看出，经过特殊处理后的轴在具有高强度的同时，韧性也足够（AK≥6J）。
⑧实践结果：
通过以上方法加工的锅炉给水泵及其它多级泵的轴，用于中国石油宁夏石化，神华宁煤甲醇厂，中国石油乌鲁木齐石化化肥厂，鄂尔多斯联合化工，中国石油独山子石化等多家大型企业，取得了令人骄傲的业绩，寿命比以前大大提高，反复停车后可以顺利再开车。
三、实验结果
通过以上方法改造或修复的锅炉给水泵具有运转平稳，使用周期长，转子具有高刚性、高弹性、长的疲劳寿命，抗晃电、抗停车的能力大大增强，从而大大提高了安全性及可靠性。
四、社会效益
锅炉给水泵的安全性、可靠性对锅炉的安全影响很大。我们的这项研究成果，如果得到推广，必将对全国锅炉的安全起到很重要的作用，也将使锅炉给水泵及其它多级泵制造及维修企业进一步增强核心竞争力。
五、经济效益
每台大中型锅炉给水泵每年节约2-5万元配件及维修费，那么每年节省或创造的价值会在几亿或几十亿元人民币。必将对相关企业带来可观的经济效益。
六、结论
这是一项利国利民的实用技术，必将对我国实体经济产生重大影响。推广成本低，使用前景广阔，为机械制造行业进一步夯实基础会做出极其重要的贡献。
【关键词】锅炉给水泵；安全运行问题；泵体；定位基准；安装精度；转子；刚性；弹性；强化；疲劳寿命
一、锅炉给水泵存在的问题及其原因分析
1.存在的问题有以下几种：
①叶轮口环和壳体口环频繁粘死。
②泵轴和轴瓦多次抱死。
③转子套和节流套等多次抱死。
④分解转子后发现泵轴弯曲。
⑤装配转子时发现，叶轮和间隔套装配后转子各部跳动严重超标（0.10以上），拆下零件后泵轴跳动合格。
⑥转子装配合格，一开车就跳闸。
⑦泵运行后振值较高，使用周期较短。
2.原因分析
我们对以上现象进行了深入及全面的分析，认为产生的原因有以下几种：
①叶轮口环和壳體口环不同心。
②叶轮口环和壳体口环摩擦阻力太大。
③轴承座安装时定位不好，与壳体定位孔不同心。
④转子在运行过程中挠度过大，导致轴瓦间隙不均匀，发热过度而抱死。
⑤轴的刚性、弹性和韧性不足。
⑥轴及轴上零件键槽对称度差。
⑦节流套和节流轴套同心度差，轴及轴上零件端面跳动差。
⑧泵系统元件制造和安装维护精度差，转子的刚性及疲劳寿命差等。
二、解决方案
原因找出后，一项一项排除。具体方案如下：
1.检查所有零件的端面跳动和径向跳动，端面跳动若超8‰，必须修到8‰以内；径向跳动超过3%，必须修到3%以下。
2.检查壳体各基准面的平面度，必须修到5%以内。
3.检查轴承座的定位基准，必须在1.5%以内。
4.将叶轮口环和壳体口环及节流套和节流轴套的硬度提高到HRC40-43，或镀硬铬，以减少摩擦发热，在扫堂后先跳车而不抱死。
5.为了提高转子的刚性，可以将叶轮及轴套的硬度提高到HRC40-43，这时强度也高，韧性也能满足使用要求。
6.所有连接键用304不锈钢制造，因为不锈钢的屈服强度很低，容易变形，可以消除键槽对称度不好而带来的扭弯现象。同时不锈钢在变形后强度增加较多，可以满足强度需要。
7.将叶轮入口端叶片长度掐短10-15mm，以减少由于入口端叶片较薄，铸造时变形较大而引起的流动不平衡，同时也可以减少吸入阻力，防止喘振，同时对压力和流量影响不大。
8.适当提高各级口环和节流套的径向间隙（0.15-0.35），从而减少或杜绝抱死现象，对流量和压力影响不大。
9.叶轮、轴套与轴的配合采用小间隙（0.025）配合，减少挤压使轴不容易弯。
10.特别重点的提高轴的刚性、强度、韧性、弹性及疲劳寿命，达到不弯不断，使用周期长的目的。
为此，我们采取了以下方法：
①对轴用锻件采用大的锻造比（≥5）进行锻造，实现三镦三拔，使组织纤维化，以提高韧性，同时采用较快的锻造速度，留一定的变形量，最后一火一次打成。锻后不正火，最后一火轻打快击，一直打到550℃以下缓冷，使之储存较大的变形能，以提高强度和韧性。通过合适的时效温度进行较长时间的时效处理，硬度在HRC36-40，内应力大大降低。
②轴的材料选用中碳铬钼等低合金钢，使得在形变热处理后，表面残留压应力，有利于提高疲劳寿命。这一点是很重要的。
③表面镀硬铬，厚0.10，除了满足装配需要外，最重要的是提高刚性和疲劳寿命。
④轴肩处圆角尽可能加大且抛光达Ra0.8，有效减少应力集中，提高疲劳寿命。
⑤在中温弹性区再进行一次时效，较大地提高材料的弹性模量，增加弹性，以吸收振动能量，使轴不容易弯曲。
⑥泵轴所选材料铬钼刚有很好的高温性能，当转子发热抱死时，轴有足够的热强度抵抗弯曲变形。
⑦轴的强度试验结果如下：
序号 抗拉强度
Rm MPa 屈服强度Rp0.2 MPa 延伸率
A% 断面收缩率Z% 硬度
HRC 冲击值AK J
1# 1410 1110 12.0 54 40 63
2# 1401 1104 12.5 54 39 61.61
从实验结果中可以看出，经过特殊处理后的轴在具有高强度的同时，韧性也足够（AK≥6J）。
⑧实践结果：
通过以上方法加工的锅炉给水泵及其它多级泵的轴，用于中国石油宁夏石化，神华宁煤甲醇厂，中国石油乌鲁木齐石化化肥厂，鄂尔多斯联合化工，中国石油独山子石化等多家大型企业，取得了令人骄傲的业绩，寿命比以前大大提高，反复停车后可以顺利再开车。
三、实验结果
通过以上方法改造或修复的锅炉给水泵具有运转平稳，使用周期长，转子具有高刚性、高弹性、长的疲劳寿命，抗晃电、抗停车的能力大大增强，从而大大提高了安全性及可靠性。
四、社会效益
锅炉给水泵的安全性、可靠性对锅炉的安全影响很大。我们的这项研究成果，如果得到推广，必将对全国锅炉的安全起到很重要的作用，也将使锅炉给水泵及其它多级泵制造及维修企业进一步增强核心竞争力。
五、经济效益
每台大中型锅炉给水泵每年节约2-5万元配件及维修费，那么每年节省或创造的价值会在几亿或几十亿元人民币。必将对相关企业带来可观的经济效益。
六、结论
这是一项利国利民的实用技术，必将对我国实体经济产生重大影响。推广成本低，使用前景广阔，为机械制造行业进一步夯实基础会做出极其重要的贡献。