張擁軍，李國(guó)祥

(1.上海華潤(rùn)大東船務(wù)工程有限公司,上海 202156;2.上海海事大學(xué) 商船學(xué)院,上海 201306)

大型船塢一般采用軸流排水泵作為主排水泵。這類泵運(yùn)行時(shí)流量大、揚(yáng)程低。由軸流泵的特性可知：這類泵的比轉(zhuǎn)數(shù)在500～1 000之間；葉輪出口與進(jìn)口的直徑比約為1，葉片外形扭曲。H-Q曲線特點(diǎn)是封閉揚(yáng)程為設(shè)計(jì)工況的2倍，揚(yáng)程曲線呈馬鞍形且變化較急。P-Q曲線特點(diǎn)是封閉功率最大，設(shè)計(jì)工況附件曲線呈駝峰形，流量再增加功率又下降。η-Q曲線的特點(diǎn)是急劇上升后又急劇下降[1]。故此，對(duì)泵在運(yùn)行、維護(hù)保養(yǎng)方面要嚴(yán)格按照要求執(zhí)行。

1 干船塢1號(hào)主排水泵的損壞情況

某船務(wù)公司的船塢共有2臺(tái)軸流排水泵，型號(hào)為1800HL—11S，流量11 m3/s。該泵主要由馬達(dá)、導(dǎo)軸、葉輪、泵體、導(dǎo)流體和密封裝置等組成，配備的電動(dòng)馬達(dá)質(zhì)量約20 t，最大構(gòu)件質(zhì)量約8.5 t，泵體總質(zhì)量22 t[2]。

該公司的干船塢1號(hào)主排水泵，因生產(chǎn)任務(wù)緊、長(zhǎng)期運(yùn)行而得不到及時(shí)檢修和維護(hù)保養(yǎng)，待故障發(fā)生時(shí)已無法繼續(xù)工作。經(jīng)停泵、現(xiàn)場(chǎng)檢查后發(fā)現(xiàn)：該排水泵下法蘭緊固螺絲松動(dòng)，部分螺絲脫落，法蘭中間墊塊松動(dòng)，其中有幾塊墊塊已經(jīng)脫落丟失；導(dǎo)流體下支撐法蘭斷去約1/2；檢查泵中間賽龍軸承(下軸承)間隙，發(fā)現(xiàn)間隙增大、賽龍磨損量增大。

2 導(dǎo)流體斷裂原因分析

金屬構(gòu)件在應(yīng)力作用下分離為互不相連的2個(gè)或2個(gè)以上部分，斷裂處暴露出的自然表面(即裂紋掃過的面積)稱為斷口。斷口是對(duì)斷裂過程有關(guān)信息的直接記錄，也是判別部件失效原因的有力證據(jù)。斷口分析是研究金屬斷裂面的學(xué)科，是斷裂學(xué)科的組成部分。金屬材料的斷裂過程一般分成3個(gè)階段，即裂紋萌生階段、裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展和失穩(wěn)擴(kuò)展階段、斷裂階段。對(duì)于金屬材料的斷口分析，可以從斷口的宏觀和微觀入手，但由于本導(dǎo)流體部件直徑達(dá)3 m、部件質(zhì)量達(dá)十幾噸，對(duì)導(dǎo)流體斷口不方便做掃描電子顯微鏡(SEM)等的微觀分析，故本文以金屬斷口學(xué)理論作指導(dǎo)，著重對(duì)導(dǎo)流體斷口從宏觀的角度進(jìn)行分析。

斷口的宏觀分析是斷裂失效分析的基礎(chǔ)。通過宏觀分析，直接確定斷裂的宏觀表現(xiàn)及其性質(zhì)，以及斷裂源區(qū)的位置、數(shù)量及裂紋擴(kuò)展方向等。宏觀斷口分析的優(yōu)點(diǎn)是能便捷、迅速地觀察破斷全貌，裂縫(斷口)與部件形成的關(guān)系，斷口與變形方向的關(guān)系，斷口與受力狀態(tài)(主應(yīng)力或切應(yīng)力)的關(guān)系。金屬斷口宏觀分析的依據(jù)主要有：斷口顏色、花紋、粗糙程度、邊緣情況、位置等。

圖1(a)、(b)分別為導(dǎo)流體、法蘭斷口局部放大圖，從圖1(a)和(b)中可以看出斷口可以分成A、B、C 3個(gè)區(qū)域。A區(qū)斷口老舊且已氧化，故為最先斷裂區(qū)，亦為疲勞源區(qū)；B區(qū)斷口嶄新光亮，為選擇擴(kuò)展區(qū)；C區(qū)斷口也呈新鮮狀態(tài)，但與B區(qū)有所區(qū)別，為瞬時(shí)斷裂區(qū)。

圖1 導(dǎo)流體、法蘭斷口局部放大圖

從圖1(a)、(b)導(dǎo)流體、法蘭斷裂宏觀情況，可以看出如下問題。

1)導(dǎo)流體斷裂部位發(fā)生在下支撐法蘭，且斷口A區(qū)的裂紋源為宏觀裂紋源，肉眼清晰可見(在0.1～10.0 mm之間)；導(dǎo)流體工作溫度接近船塢排水溫度，全年通常在0～37 ℃之間，即工作溫度較低；斷口B區(qū)平齊、光亮，且與導(dǎo)流體的正應(yīng)力垂直。故從斷裂變形程度看，導(dǎo)流體下支撐法蘭斷裂屬于低溫脆性斷裂。

2)導(dǎo)流體下支撐法蘭斷裂部分約占總下支撐法蘭的1/2，且斷裂面細(xì)長(zhǎng)連續(xù)、延續(xù)時(shí)間短(細(xì)長(zhǎng)區(qū)域幾乎同時(shí)發(fā)生斷裂)、斷裂面宏觀上非常平整、裂紋無分叉。說明該斷裂從裂紋機(jī)制角度看屬于剪切斷裂。

3)下法蘭緊固螺絲松動(dòng)，法蘭之間的墊塊脫落。說明泵運(yùn)行中曾經(jīng)有長(zhǎng)時(shí)間較強(qiáng)的震動(dòng)，說明該斷裂是由突發(fā)的高強(qiáng)度外力沖擊引起。故該斷裂從受力狀態(tài)角度看又屬于沖擊斷裂[3-5]。

4)泵賽龍?zhí)?下軸承)磨損嚴(yán)重，說明泵的運(yùn)轉(zhuǎn)不平衡。其原因可能是：軸承間隙過大，葉輪動(dòng)平衡不良、泵軸的同軸度偏差過大、甚至泵軸有彎曲[6]。

經(jīng)實(shí)地勘察，結(jié)合上述4點(diǎn)分析，認(rèn)為部件損壞原因是：該干船塢1號(hào)主排水泵因長(zhǎng)期運(yùn)行缺乏檢查保養(yǎng)，致中間賽龍軸承(下軸承)磨損量逐漸增加、間隙增大，導(dǎo)致泵葉輪碰到導(dǎo)流體下方殼體。隨著時(shí)間的推移，這種碰擦又使泵體振動(dòng)增強(qiáng)，長(zhǎng)時(shí)間的泵體振動(dòng)又促使下法蘭螺絲松動(dòng)脫落。螺絲松動(dòng)脫落后使法蘭間的調(diào)整墊塊脫落，整個(gè)法蘭因失去力平衡，在重力(光導(dǎo)流體和支撐法蘭質(zhì)量就超過2 t)和振動(dòng)雙重作用下產(chǎn)生的巨大作用力將導(dǎo)流體下支撐法蘭直接折斷。

3 導(dǎo)流體斷裂部位的修復(fù)

針對(duì)損壞情況，首先應(yīng)修復(fù)導(dǎo)流體本體及斷裂的法蘭。傳統(tǒng)的方法是先將裂縫處打磨平整，將原法蘭與破損導(dǎo)流體用堆焊的方法連接起來。但經(jīng)實(shí)踐，由于導(dǎo)流體最初是采用鑄造工藝建造，其材料為鑄鐵，采用鑄鐵電焊條堆焊焊接的結(jié)果很不理想，無法成功連接。無奈之下只好采用鋼片拼接螺栓固定的方法，即將裂縫處打磨平整后，在老法蘭處覆上以普通碳鋼為材質(zhì)的圓弧段法蘭片并鉆上相應(yīng)法蘭螺孔，圓弧段法蘭片與老法蘭一起被螺栓固定，再在導(dǎo)流體本體上覆上數(shù)塊連接片(鉆孔并用螺栓固定在導(dǎo)流體上)，將連接片與圓弧段經(jīng)加強(qiáng)肋片電焊連接，其余縫隙部位用鐵水泥封堵(如圖2)。

圖2 導(dǎo)流體的修復(fù)過程

對(duì)于主軸中間賽龍軸承(下軸承)磨損的問題，理想的做法是更換賽龍軸套。但這樣做需要將整臺(tái)水泵吊送到車間，由于該泵最大起吊高度達(dá)12.5 m，泵體總質(zhì)量22 t，電機(jī)質(zhì)量為20 t，作業(yè)相對(duì)比較困難。同時(shí)由于公司生產(chǎn)任務(wù)緊，時(shí)間上不允許再拖延，故賽龍?zhí)仔枇碚液线m時(shí)間再檢查和更換，一旦賽龍換新葉輪和葉輪外殼的間隙須重新調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)值。

最后對(duì)整個(gè)泵體的動(dòng)平衡和對(duì)中做現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)和調(diào)整。對(duì)主軸進(jìn)行對(duì)中校驗(yàn)，導(dǎo)流體修復(fù)后葉輪與葉輪外殼的間隙為0.30～0.50 mm(標(biāo)準(zhǔn)值為0.15～0.35 mm)，雖然略超過標(biāo)準(zhǔn)值，但實(shí)際運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)，對(duì)泵的總體流量影響不是很大。

4 結(jié)束語

通過對(duì)某干船塢1號(hào)主排水泵現(xiàn)場(chǎng)檢查，根據(jù)斷裂部件的實(shí)際情況，分析導(dǎo)流體法蘭的斷裂屬性和原因，針對(duì)斷裂原因利用鋼片拼接螺栓固定方法成功加以修復(fù)。雖然最后因生產(chǎn)任務(wù)原因，未對(duì)泵主軸中間賽龍?zhí)?下軸承)進(jìn)行更換，但修復(fù)后的泵已能滿足實(shí)際使用要求。此泵的故障和修復(fù)實(shí)例，為我們以后對(duì)此類泵的運(yùn)行維護(hù)及維修保養(yǎng)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于類似的大型泵維護(hù)保養(yǎng)工程也具有一定的借鑒意義。