离心泵用2Cr13泵轴断裂原因分析
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“十三五”发展规划中提出的“绿色”发展理念，缓解 了能源对国家发展的制约，同时对国家能源结构的调整 具有重大的现实意义。
（2）项目的建成不仅节约了资源，而且有效的避免 了传统能源对环境的污染，符合社会可持续发展的需要。
参考文献 [1] 朱家玲 . 地热能开发与应用技术 [M]. 北京 : 化学工业出版
该循环水泵为单级双吸离心泵，其工作原理：液 体介质进入叶轮，充满液体的叶轮在驱动机的带动下在 泵壳内高速旋转，使液体受到离心力的作用，并将离心 力转化成液体的动能和静压能，从而将液体吸入和排出 的循环过程。 1.2 循环水泵基本情况
型 号 KPS 50~700， 扬 程 55m， 流 量 4500m3/h，
6 结语
本文以工程实例探讨了干扰地岩热供热系统在兰 州地区的应用，得到的主要结论：
（1） 开 发 无 干 扰 地 岩 热 供 热 系 统 符 合 国 家
转速 980r/min，功率 900kW。工作介质为循环水，工 作温度为 28 ～ 38℃，泵轴材质为 2Cr13，断口位于轴 Φ140mm 台阶面且距离端部 45mm 处。
P ≤ 0.040 0.0080 0.0120
S ≤ 0.030 0.0075
0.009
Cr 12.00 ～ 14.00
11.92 12.68
Ni ≤ 0.60 0.366 5.493
Cu 0.288 0.285
明显的环形纹路摩擦痕迹。在键槽根发现裂纹，见图 2。 键槽（裂纹侧）发现明显的冲击变形区、磨损变形区， 由于键对键槽的冲击作用，键槽侧面呈现光亮的冲击面， 并产生变形；键槽底部由于键在冲击过程中对该部位产 生摩擦，造成了键槽底部的磨损和变形。泵轴轴套连接 部位有明显的机械麻点，近电机端左上部位的麻点粒度 较小，为泵轴断裂失效前产生；远电机端右下麻点粒度 较大，为失效后产生。
图 1 泵轴断口宏观 图 2 键槽根部裂纹及形
2.4 硬度检测 采用 600MRD 数显洛氏硬度计对断裂泵轴横面式
样进行硬度测试，测试结果表明，从试样横截面中心到 外表面边缘硬度均匀，硬度平均值为 30.6HRC，根据 GB/T 1172-1999 黑色金属硬度及强度换算值换算成布 氏硬度约 298HB，高于标准 GB/T 1220-2007《不锈钢 棒》中 2Cr13 调质后的硬度 192HB。
中国设备工程 2018.09（上） 195
Research and Exploration 研究与探索·探讨与创新
表 1 断裂泵轴及键材料化学成分 ( 质量分数，%)
材料 2Cr13 标准值
泵轴 键
C 0.16 ～ 0.25
0.162 0.112
Si ≤ 1.0 0.479 0.552
Mn ≤ 1.0 0.324 5.033
2 泵轴检测情况
2.1 宏观检查 断裂泵轴外表面无腐蚀，未见肉眼可见变形。断
口位于轴 Φ140mm 台阶面且距离端部 45mm 处，该部 位为键槽圆角与键槽长度方向导角位置。断口表面无腐 蚀，为疲劳断口，呈现多源疲劳特征，见图 1。键槽根 部裂纹为主疲劳源，沿顺时针方向有多处疲劳源；贝壳 纹区域为疲劳扩展区，该区域平整光滑；主疲劳源对侧 为瞬断区，剪切唇明显。断口上半部分由于泵轴开裂后 的继续运动，产生相互摩擦，造成较光亮的摩擦面，有
表 2 主要技术经济指标
序号 1
2 3
名称
单位
供热面积及热负荷 :
总供暖面积（含预留）
m2
现供暖面积
m2
供暖热负荷
kW
建设项目总投资
建设项目总投资
万元
运行费用 供暖综合运行费用
元 /m2·月
数量
21847.7 13847.7
1400
643.36
~3.30
约 5.94t。符合国家的“治霾”方针，保护了地区的生 态环境。
社 , 2006. [2] Tenzer, H., 2001. Development of Hot Dry Rock
Technology . GBC Bulletion, 14-22. [3] Bertani, R., 2012. Geothermal Power Generation in the
关键词：疲劳断裂；调质处理；索氏体组织 中图分类号：TH38;TG115 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2018）09（上）-0195-03
1 设备问题描述
2015 年 8 月，某车间循环水泵在运行过程中，其 泵轴发生断裂失效的问题。该泵于 2008 年 6 月安装并 投入使用，工作时间 7 年 2 个月，每年随车间进行一次 停工检维修，停工时间 1 ～ 2 个月，开工采用慢启动的 开启方式，至本次泵轴断失效前未发生其他事故。 1.1 循环水泵的工作原理
China 中国 Plant 设备
Engineering 工程
离心泵用 2Cr13 泵轴断裂原因分析
陈海，李振杰，季华建 （中国石油独山子石化公司压力容器检验所，新疆 独山子 833699）
摘要：本文介绍了断轴所服役的循环水泵的工作原理，从泵轴及断口的宏观特征、材质、金相组织、硬度、力学性能 等方面对泵轴的断裂失效进行了原因分析。分析结果表明，泵轴断裂的主要原因是泵轴安装过程中键与键槽未采用紧密连 接的安装方式，材料塑性性能的下降、轴与键的硬度差异、含气循环水的气锤作用以及泵轴使用过程中的震动是泵轴断裂 失效的次要原因。
对 断 裂 键 试 样 进 行 硬 度 测 试， 根 据 测 试 位 置 不 同， 硬 度 出 现 差 异。 键 两 侧 硬 度 高， 硬 度 平 均 值 为 35.5HRC， 键 中 心 部 位 硬 度 低， 硬 度 平 均 值 为 27.9HRC。 2.5 材料力学性能试验
World 2005-2010 Update Report. Geothermics, 41: 1-29. [4] 许天福，张延军，曾 昭发，等，2012．增强型地热系统（干
热岩）开发技术进展．科技导报，30 (32): 42-45． [5]《民用建筑供暖 通风与空气调节设计规范》GB50736-
2012 [S]. [6]《公共建筑节能设计》（GB50189-2015 [S].
（2）项目的建成不仅节约了资源，而且有效的避免 了传统能源对环境的污染，符合社会可持续发展的需要。
参考文献 [1] 朱家玲 . 地热能开发与应用技术 [M]. 北京 : 化学工业出版
该循环水泵为单级双吸离心泵，其工作原理：液 体介质进入叶轮，充满液体的叶轮在驱动机的带动下在 泵壳内高速旋转，使液体受到离心力的作用，并将离心 力转化成液体的动能和静压能，从而将液体吸入和排出 的循环过程。 1.2 循环水泵基本情况
型 号 KPS 50~700， 扬 程 55m， 流 量 4500m3/h，
6 结语
本文以工程实例探讨了干扰地岩热供热系统在兰 州地区的应用，得到的主要结论：
（1） 开 发 无 干 扰 地 岩 热 供 热 系 统 符 合 国 家
转速 980r/min，功率 900kW。工作介质为循环水，工 作温度为 28 ～ 38℃，泵轴材质为 2Cr13，断口位于轴 Φ140mm 台阶面且距离端部 45mm 处。
P ≤ 0.040 0.0080 0.0120
S ≤ 0.030 0.0075
0.009
Cr 12.00 ～ 14.00
11.92 12.68
Ni ≤ 0.60 0.366 5.493
Cu 0.288 0.285
明显的环形纹路摩擦痕迹。在键槽根发现裂纹，见图 2。 键槽（裂纹侧）发现明显的冲击变形区、磨损变形区， 由于键对键槽的冲击作用，键槽侧面呈现光亮的冲击面， 并产生变形；键槽底部由于键在冲击过程中对该部位产 生摩擦，造成了键槽底部的磨损和变形。泵轴轴套连接 部位有明显的机械麻点，近电机端左上部位的麻点粒度 较小，为泵轴断裂失效前产生；远电机端右下麻点粒度 较大，为失效后产生。
图 1 泵轴断口宏观 图 2 键槽根部裂纹及形
2.4 硬度检测 采用 600MRD 数显洛氏硬度计对断裂泵轴横面式
样进行硬度测试，测试结果表明，从试样横截面中心到 外表面边缘硬度均匀，硬度平均值为 30.6HRC，根据 GB/T 1172-1999 黑色金属硬度及强度换算值换算成布 氏硬度约 298HB，高于标准 GB/T 1220-2007《不锈钢 棒》中 2Cr13 调质后的硬度 192HB。
中国设备工程 2018.09（上） 195
Research and Exploration 研究与探索·探讨与创新
表 1 断裂泵轴及键材料化学成分 ( 质量分数，%)
材料 2Cr13 标准值
泵轴 键
C 0.16 ～ 0.25
0.162 0.112
Si ≤ 1.0 0.479 0.552
Mn ≤ 1.0 0.324 5.033
2 泵轴检测情况
2.1 宏观检查 断裂泵轴外表面无腐蚀，未见肉眼可见变形。断
口位于轴 Φ140mm 台阶面且距离端部 45mm 处，该部 位为键槽圆角与键槽长度方向导角位置。断口表面无腐 蚀，为疲劳断口，呈现多源疲劳特征，见图 1。键槽根 部裂纹为主疲劳源，沿顺时针方向有多处疲劳源；贝壳 纹区域为疲劳扩展区，该区域平整光滑；主疲劳源对侧 为瞬断区，剪切唇明显。断口上半部分由于泵轴开裂后 的继续运动，产生相互摩擦，造成较光亮的摩擦面，有
表 2 主要技术经济指标
序号 1
2 3
名称
单位
供热面积及热负荷 :
总供暖面积（含预留）
m2
现供暖面积
m2
供暖热负荷
kW
建设项目总投资
建设项目总投资
万元
运行费用 供暖综合运行费用
元 /m2·月
数量
21847.7 13847.7
1400
643.36
~3.30
约 5.94t。符合国家的“治霾”方针，保护了地区的生 态环境。
社 , 2006. [2] Tenzer, H., 2001. Development of Hot Dry Rock
Technology . GBC Bulletion, 14-22. [3] Bertani, R., 2012. Geothermal Power Generation in the
关键词：疲劳断裂；调质处理；索氏体组织 中图分类号：TH38;TG115 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2018）09（上）-0195-03
1 设备问题描述
2015 年 8 月，某车间循环水泵在运行过程中，其 泵轴发生断裂失效的问题。该泵于 2008 年 6 月安装并 投入使用，工作时间 7 年 2 个月，每年随车间进行一次 停工检维修，停工时间 1 ～ 2 个月，开工采用慢启动的 开启方式，至本次泵轴断失效前未发生其他事故。 1.1 循环水泵的工作原理
China 中国 Plant 设备
Engineering 工程
离心泵用 2Cr13 泵轴断裂原因分析
陈海，李振杰，季华建 （中国石油独山子石化公司压力容器检验所，新疆 独山子 833699）
摘要：本文介绍了断轴所服役的循环水泵的工作原理，从泵轴及断口的宏观特征、材质、金相组织、硬度、力学性能 等方面对泵轴的断裂失效进行了原因分析。分析结果表明，泵轴断裂的主要原因是泵轴安装过程中键与键槽未采用紧密连 接的安装方式，材料塑性性能的下降、轴与键的硬度差异、含气循环水的气锤作用以及泵轴使用过程中的震动是泵轴断裂 失效的次要原因。
对 断 裂 键 试 样 进 行 硬 度 测 试， 根 据 测 试 位 置 不 同， 硬 度 出 现 差 异。 键 两 侧 硬 度 高， 硬 度 平 均 值 为 35.5HRC， 键 中 心 部 位 硬 度 低， 硬 度 平 均 值 为 27.9HRC。 2.5 材料力学性能试验
World 2005-2010 Update Report. Geothermics, 41: 1-29. [4] 许天福，张延军，曾 昭发，等，2012．增强型地热系统（干
热岩）开发技术进展．科技导报，30 (32): 42-45． [5]《民用建筑供暖 通风与空气调节设计规范》GB50736-
2012 [S]. [6]《公共建筑节能设计》（GB50189-2015 [S].