多级中开蜗壳式泵的口环(也称密封环、磨损环)裂开是一种常见的故障,可能导致泵的效率下降、振动增加、甚至严重损坏。其开裂原因通常是多种因素综合作用的结果,可以从设计、材料、运行和维护等多个维度进行分析。

一、设计与制造因素
1、材料选择不当:口环材料通常需要具备良好的耐磨性、一定的强度和韧性。如果材料过硬(如高铬铸铁)而韧性不足,或材料内部存在铸造缺陷(如气孔、夹渣、微裂纹),在交变应力下极易发生脆性开裂。
2、设计缺陷
间隙设计不合理:口环与叶轮(或级间衬套)之间的径向间隙过小。当泵启动、停机或工况变化时,转子与静止件可能发生瞬间摩擦,产生高热和巨大应力,导致口环“抱死”或开裂。
结构设计问题:口环厚度不足、圆角过小、存在应力集中区域(如键槽、螺纹孔边缘),在循环载荷下容易萌生疲劳裂纹。
过盈配合不当:口环与泵体/中段的配合为过盈配合。如果过盈量过大,在压装过程中就会产生过大的装配应力,甚至直接压裂。若过盈量不足,运行时口环可能松动、旋转,导致磨损和开裂。
加工与热处理问题:加工精度不足导致口环失圆或存在残余应力;热处理工艺不当(如淬火温度过高、回火不充分)会导致材料内应力过大或金相组织不合格,降低其抗裂能力。

二、运行与操作因素
1、干运转或严重汽蚀
干运转:泵在没有介质的情况下运行,口环与叶轮间摩擦产生的热量无法被带走,温度急剧升高,导致材料局部熔化、膨胀、应力剧增而开裂。
严重汽蚀:汽蚀产生的高频冲击波和微射流不仅侵蚀金属表面,还会在口环表面和次表面产生疲劳应力,长期作用可能引发裂纹。
频繁启停或负荷剧烈波动:多级泵在启动、停机或工况突变时,转子会受到交变的轴向力和径向力。口环作为固定部件,承受着循环的机械应力和热应力,容易发生机械疲劳或热疲劳开裂。
2、介质问题
温度异常:输送介质温度远高于设计值,或出现瞬时高温,导致口环材料性能下降,热膨胀不均产生过大热应力。
含有固体颗粒:介质中的硬质颗粒进入口环间隙,造成剧烈的磨粒磨损,同时颗粒可能卡在间隙中,引起局部应力集中和划伤,成为裂纹源。
3、不对中和振动
泵与电机对中不良、基础松动、转子不平衡(如叶轮结垢、局部磨损)等都会导致泵组振动超标。
长期在超标振动下运行,口环承受额外的动态载荷,加速其疲劳失效过程。
三、安装与维护因素
1、安装不当
安装口环时用力过猛或方法不对(如用锤子直接敲击),造成口环变形或产生肉眼不可见的内部裂纹。
口环与叶轮的间隙调整不当,未达到图纸要求。
2、检修失误
在之前的检修中,使用了不合格的备件(如材质错误、尺寸偏差)。
检修后未进行充分盘车,转子存在摩擦点,开机后瞬间损坏口环。
紧固泵体中开面螺栓时未按规定顺序和扭矩,导致泵体变形,从而改变了口环的同心度与间隙。