汽轮机主油泵轴承断裂分析及预防措施.pdf

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1、GMinElecn'icPower汽轮机主油泵轴承断裂分析及预防措施哈尔滨汽轮机厂有限责任公司(黑龙江150046)芦东明【摘要】由于火电厂汽轮机的主油泵轴承在工作过程中出现断裂，对其断裂原因进行分析，观察其化学成分、断口情况、试验以及显微金相等，进而发现了轴承的金相组织为网状不正常的铁素体组织，其会降低螺栓的冲击功，再加上材料基体内存在夹杂物，即让应力的集中处出现了裂纹源，进而导致轴承出现断裂。【关键词】汽轮机主油泵轴承断裂预防姥遵jm．前言对于整个汽轮机系统而言，汽轮机的主油泵是其主要组成部

2、分，其主油泵的轴承一端由传动带带动，让另一端转动。其轴承在汽轮机主油泵上主要功能为：第一就是能够提供给轴承一定的润滑；第二为让轴承能有时间进行冷却；第三为发电机能够得到其密封用油；最后为了满足发动机的高效、大功率的要求，进而让盘车为其提供一定润滑油，从而使得主油泵轴承的性能得到提升。而汽轮机主油泵的轴承出现失常的主要行为有腐蚀、漏脂、剥落与断裂，其中最为糟糕的是出现断裂，所以专门研究断裂情况发生原因和预防方案的必要性很高。以我国某个火电厂为例，其2号机器是亚临界300Mw机组，并且由国内某家公司

3、为其制造小机主油泵。该电厂在1998年的8,q开始投入生产，至今已经累计工作时间达到4万hl：．L上。而最近对其汽轮机系统进76}酬WWW．e硼tyjx．盟：噼绷行日常检查和维护时，发现其主油泵工作时会出现一定的振动现象，对其进行停机检查，发现其主油泵轴承出现断裂。=，断裂现象分析1．断口分析其断裂处是在轴承的带销孔附近，如下图所示为断裂处的断I：1宏观形状：在其近销孔的侧断面是比较平整的，而尖端部分则出现了向外延伸的放射性条纹。距离销孔越远的位置其断面平整度越小，且轴承边缘具有凸台。其断裂的条

4、纹和台阶是非常清晰的，所以可根据以上特征对其断口进行分类：1、2、3区分别对应裂源区、裂纹扩展区和瞬时断裂区。轴承断口宏观形貌对1区进行仔细观察，发现其存在比较明显的摩擦痕迹，所以可以判断1区就是出现裂纹的地方。而再其上方则出现了具有放射性且向外延伸的条纹，因此其为裂纹扩展区。2区始端的撕裂现象非常明显，即表示裂纹在此处移动速度较快，而裂纹越深，其扩展速度越快，到最后持续一定时间进而在断口上方留下一定的痕迹。当其裂纹移动到临界点时，使得轴承剩余的截面不能承受住原有的弯扭复合应力，进而出现了瞬时剪

5、切式的疲劳破坏，所以在瞬时断裂区内会出现弧形的划痕和韧窝。对其断口进行观察得出，其断面属于弯扭复合断裂形式。起初裂纹起裂以及扩展都是受到弯曲应力，进而导致其裂纹开始以先快后慢的速度进行扩展，然后达到僵持状态，再就是承受不了剪应力而出现断裂。2．试验分析按照设计图的要求，让轴承能够满足《(机电工程金属的材料手册》的性能要求。对其断裂轴承的心部位置进行研究，然后再利用轴承的边部进行化学成分分析、硬度测试以及金相测试等试验。(1)化学成分分析分析其轴承断裂钻孔的样本化学成分，得到结果为表1。因此得出其

6、样本化学成分是符合要求的。表1轴承化学成分(质量分数，％≮1=习=ti(2)材料金相检验将断轴制作成为样本来检验其金相，通过分析心部的显微组织，发现其金相组织是二级马氏体，通过分析其硬化层的碳化物显微组织，发现其结构是二级的回火碳化物和淬火碳化物。由白区和黑区组成其组织，白区主要是挛晶马氏体等类型的隐针马氏体；黑区则为板条状马氏体等类型的隐晶马氏体。根据试验研究结果可知，组成其轴承的组织成分主要为隐晶马氏体、少量残留碳化物与残留奥氏体、少量细小针状马氏体以及细小孪晶马氏体，进而使得其心部有着较高

7、的硬度和较低的韧性。另外，一般在实际工作当中，总会出现一些原始类型的缺陷在材料本身上，使得材料组织没有较好的连续均匀性质和较高的机械强度。带轮对其施加径向的载荷冲击，使得这些缺陷部分就会慢慢形成裂纹并开始扩展，最后由于材料疲劳过度而出现断裂。咆力通用祝械GMG~linElectric·Powel·三，汽轮机主油泵断裂原因分析及解决方案根据试验可知主要由网状铁素体和珠光体二者组成轴承的显微组织，进而使得轴承没有较高的韧性和较低的硬度。导致材料本身由于金属面和夹杂物之间逐渐分离或者夹杂物出现断裂，使

8、得材料周围出现了显微孔洞并不断地扩展和连接，然后逐渐增大为裂纹，再结合弯扭复合应力作用，最终不断扩展并断裂。根据试验结果可知，轴承断裂部分的金相组织、硬度、热处理工艺以及化学成分都是符合技术规范的。而轴承在淬火之后就发现其韧性缺乏，使得轴承没有较高的弯扭疲劳强度。带轮的载荷通过法兰盘传递至水泵轴承，但是法兰盘后部存在尖端缺口效应的退刀槽，该部位是一个集中应力处，也是裂纹源极易出现的地点。所以，需改变水泵轴承进行热处理工艺，优化泵轴几何尺寸。在热处理工艺当中，主要利用了高频感应淬火工艺，为解决淬火