蒸煮锅药液置换泵防轴断裂新型结构的设计应用
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摘 要：主要介绍药液置换泵防止轴断裂的叶轮与轴新型连结方式。解决轴断裂现象，延长设备的使用寿命，消除现场的生产安全隐患，有效保障蒸煮生产的连续性。
关键词：轴;叶轮;疲劳断裂;大螺距矩形牙;焊接
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.24.024
青山纸业浆粕制浆系统蒸煮区3台药液置换泵，用于浆粕生产中蒸煮锅蒸煮木片时置换药液，蒸煮锅内处于温度、压力变化大，内部介质呈酸碱变换的复杂工况。自2012年1月投入使用，平均5至6个月发生轴断裂的事故，前衬及叶轮磨损大，机械密封坏，均无法再次使用，直接经济损失大并造成无法连续生产。
1 基本结构、性能参数
原泵为单级单吸蜗壳离心泵，型号SP250-600.4，电机功率400kw，转速n=1500r/min，扬程90m，流量860m3/h。泵与电机用膜片联轴器直联，叶轮与轴材料均为双相钢S22053，采用普通平键的连接方式;半开式叶轮直径604毫米（4个叶片），悬臂式轴承架联轴器侧轴承7322两个，叶轮侧轴承NU322一个，约翰克朗JCS2-100双端面机械密封1套。
2 故障分析
药液置换泵运行后泵出口压力须保持高于蒸煮锅内的压力（8kg/cm2），泵出口的气动控制阀急停急开，叶轮在高速旋转下，药液反作用于叶轮，叶轮与轴之间形成大的冲击力。裂纹首先产生于键槽侧边，微小裂纹逐步扩大后造成突然的断裂，断口表面裂纹源、粗糙区、光滑区特征明显，符合疲劳断裂理论的描述，故障属于交变应力下的疲劳断裂。
3 改造技术方案
新的技术方案是改变叶轮与轴头的普通平键的连接形式，采用大螺距的矩形牙（图1、2）连接，螺纹连接分散了叶轮与轴连接间的应力集中。
3.1 螺纹尺寸的确定
（1）平键规格B25x14，在实际运行中与叶轮配合可以满足使用要求，毂槽没有损坏，毂槽深5.4毫米，因此牙厚仍选用25毫米，牙深5毫米（图1），此处不做挤压强度校核。
（2）与叶轮配合和轴径尺寸校核：与叶轮配合的轴直径90毫米，键槽深9毫米，有效受力直径 （ -9）x2=72毫米。
已知轴转速n=1500r/min，传递功率400kw，锁紧螺纹M42，材料双相钢S22053的扭转许用切应力[τ]=50MPa（由成大先《机械设计手册》轴篇推导出的近似值），求实心轴直径d及内外径...
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