干氣制乙苯屏蔽泵P202軸套磨損故障分析

張磊 王艷輝（蘭州石化公司設備維修公司，甘肅蘭州730060）

干氣制乙苯屏蔽泵P202軸套磨損故障分析

張磊 王艷輝（蘭州石化公司設備維修公司，甘肅蘭州730060）

本文通過對超低比轉速屏蔽泵的計算，以干氣制乙苯屏蔽泵P202為基礎計算在小流量的情況下受徑向力情況，以及該徑向力造成的軸套磨損的理論性分析。對該設備的故障最終判斷和設備改進提供依據(jù)。

超低比轉速；徑向力；軸套磨損；

一、概述

1.簡介

屏蔽泵P202主要用來輸送原料苯，是該干氣制乙苯裝置的關鍵設備，該裝置主要工藝是將煉油廠重油催化裝置生產(chǎn)中生成的干氣通過與苯原料的反應來生產(chǎn)乙苯，該設備能否正常運轉決定著裝置生產(chǎn)的穩(wěn)定。

2.現(xiàn)狀調查

該設備為大連帝國屏蔽電泵有限公司生產(chǎn)的屏蔽泵。具體參數(shù)如下：

型號BA23-716J4BM-0810W1-H

表1 設備參數(shù)

自裝置開工以來設備經(jīng)常發(fā)生故障。設備運轉4-8個小時后，軸承振動監(jiān)測指示表由原來的綠區(qū)變?yōu)辄S區(qū)，甚至達到紅區(qū)。檢修人員解體后主要發(fā)現(xiàn)石墨軸承磨損，不銹鋼軸套表層燒損，推力盤磨損嚴重。

二、原因分析

該設備的不銹鋼軸套和推力盤在短時間內磨損較大，說明存在很大的徑向力和軸向力。從設備運行參數(shù)看，該設備的流量小揚程高，根據(jù)比轉速計算公式：，計算出該設備理論工況下的比轉速為28.73＜30（標準離心泵比轉速范圍30-300）［1］。設備為超低比轉速離心泵。如果按照常規(guī)的設計，設備的性能容易發(fā)生很大的偏差，運行工況將遠遠偏離最佳工況。通過調查發(fā)現(xiàn)，該設備現(xiàn)運行工況為Q=37m3/h，遠遠低于設計工況。

1.實際揚程計算

理論上流量與揚程，功率成線性關系，則建立線性方程可以計算出現(xiàn)有流量下的揚程H。［2］

將實驗數(shù)據(jù)帶入求得：

則計算出現(xiàn)有工況下的揚程為H=198.51m

2.徑向力計算：

按徑向力經(jīng)驗公式

式中：Q0——設計流量Q——實際工作流量

H——泵的揚程B2——葉輪出口總寬度

D2——葉輪外徑γ——液體重度

計算得徑向力Fr=2431.69N，對于石墨軸承而言，徑向力有些偏大。

三、計算石墨軸承摩擦產(chǎn)生的熱量

由于在現(xiàn)有低流量的情況下產(chǎn)生的徑向力通過旋轉成為不銹鋼軸套的摩擦力矩，這力矩造成不銹鋼軸套升溫?，F(xiàn)通過計算求出升高溫度。

1.用福格波爾（Vogelphol）理論計算摩擦因數(shù)μ

1）計算索氏數(shù)

式中：

S0——無綱量數(shù)群，索氏數(shù)ψ——相對間隙

B——軸承寬度d——軸頸直徑

η——動力粘度（Pa·s）ω——角速度（rad/s）

n——轉速（r/min）F——軸承外載荷F=PA

P——潤滑介質壓力（Pa）

A——潤滑介質水平面上的界面投影（m2）

根據(jù)現(xiàn)場測量與查找相關資料得到數(shù)據(jù)：

Ψ=0.5mm；B=120mm；d=90mm；η=0.4mPas；ω=2πn/60= 303.687rad/s；

P=2.0MPa（葉輪出口循環(huán)液壓力）；A=0.0108m2；F=0.0216×106N；

則計算出索氏數(shù)s0=4.116

2）計算摩擦因素

對于重載或低速運轉的軸承，利用福格波爾根據(jù)許多實驗結果得到的最終公式計算。［3］

得到：μ=0.003。

2.計算摩擦力做功

摩擦力做功為：W=Mθ

式中，M——摩擦力矩

θ——一定周期內的轉動角度

計算出摩擦力矩M=0.33Nm

1 分鐘轉過角度θ=18221.24rad

則1分鐘摩擦力做功W=6013J

3.計算摩擦力做功使軸套升溫的影響

根據(jù)熱力學公式Q=cmΔt可以計算出軸套升高溫度。

c不銹鋼軸套的比熱容c=500J/kg℃

m不銹鋼軸套的質量

m=ρV=7.93*103kg/m3×π×（0.0902m-0.0702m）/4×0.12m=2.39kg

則升高溫度Δt=5.032℃

而不銹鋼的熔點溫度為1440℃，現(xiàn)運轉時初始溫度為60℃

達到熔點只需要t=（1440-60）/5.032=274min≈5h

也就是在這種非標準工況下，連續(xù)運轉5小時軸套表面就會發(fā)生熔化。這與現(xiàn)狀相符。

四、低流量下超低比轉速泵的影響

通過計算我們可以得出低流量下，超低比轉速泵的徑向力增大，更容易造成石墨軸軸承與不銹鋼軸套的損壞。

現(xiàn)階段的解決方法只有重新設計選型。在對設備進行選型設計時，尤其屏蔽泵中，低比轉速尤其是超低比轉速泵，在水力設計時，應充分考慮到徑向力對石墨軸承壽命的影響。

［1］余良儉.超低比轉速屏蔽泵軸承失效分析及力的平衡研究［J］.石油化工設備技術，2007.28（5）：31-35.

［2］田嘉猷.離心泵流量-揚程特性曲線方程的計算［J］.鐵道標準設計，1985（10）：27-30

［3］張憲文，陸天煒，吳鹿鳴.滑動軸承摩擦因數(shù)的實驗研究［J］.機械制造與自動化，2009（12）：50-51，89.