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摘要
闭式循环水泵是火电厂汽轮发电机组的重要冷却设备,核心部件泵轴断裂是由于运行工况恶化、结构设计不合理和材质选择错误等原因造成。为全面反映泵轴工作时各处应力状态,基于强度校核和疲劳安全分析与AN-SYS有限元分析相结合的方法对泵轴断裂的原因进行了研究。工程应用以某火电厂闭式循环水泵(型号为600S-32)的泵轴断裂故障处理为例,仿真模拟了闭式循环水泵泵轴的静力和动力状态,得出泵轴的位移图、应力云图以及振动频率特性。结论如下:泵轴断口形貌分析表明,断裂特征为脆性-疲劳断裂;泵轴的强度校核计算和疲劳强度安全分析可知,泵轴的直径(叶轮键槽处)设计强度不够,可通过对键槽根部倒圆角和提高转轴表面加工精度,以提升泵轴疲劳安全系数;转轴有限元的分析得知,转轴的最大位移和最大应力均发生在转轴叶轮键槽位置,且该处的最大应力超过材料的屈服强度,此为转轴断裂的主要原因;为提升泵轴的安全性,通过对泵轴的键槽根部倒圆角(R=0.2 mm),该处的最大应力减少84.05 MPa,但安全裕度尚低,为此,建议选用综合力学性能优良的锻件42CrMoA(屈服强度930 MPa)替换原泵轴材质2Cr13;为进一步研究泵轴的动态下的振动特性,对转轴进行了6阶模态分析,泵轴的基频为229.14 Hz,远离电机激励频率,该循环水泵不会发生系统共振,具有良好的动态性能。对提高闭式循环水泵转子系统的动力状态下的安全运行的稳定性,提供了有价值的参考案例。
