AC單級(jí)端吸離心泵斷軸及軸承損壞故障原因解析與改進(jìn)

黃海軍

(馬鞍山技師學(xué)院 安徽省馬鞍山 243000)

某工廠AC型單級(jí)端吸離心泵由于水泵自身設(shè)計(jì)缺陷和安裝人員操作等多種因數(shù)的影響，從投入生產(chǎn)以來運(yùn)行都不穩(wěn)定。常出現(xiàn)軸承損毀的事故，設(shè)備帶水調(diào)試時(shí)，甚至出現(xiàn)斷軸事故。高峰時(shí)一上午有三臺(tái)水泵同時(shí)軸承燒壞，并且燒壞的軸承都集中于葉輪端的軸承;后來通過勘探分析匯總原因，再根據(jù)實(shí)際的情況原因通過相應(yīng)的解決辦，處理好軸頸折斷和軸承損壞的再次發(fā)生。

1 泵的故障表現(xiàn)過程

AC型單級(jí)端吸離心泵屬單級(jí)單吸懸臂式耐腐蝕離心泵，其性能參數(shù)(如圖1)。該系統(tǒng)分長(zhǎng)纖維、短纖維兩套系統(tǒng)，共10余臺(tái)套，其中懸架相同的有9臺(tái)。由于生產(chǎn)工藝的缺陷和水輸送處理的特殊性，兩套系統(tǒng)需要同時(shí)運(yùn)行，兩套系統(tǒng)頻繁出現(xiàn)軸承損壞，平鍵兩側(cè)拉傷，甚至軸斷裂，使檢修與運(yùn)行十分被動(dòng)，造成生產(chǎn)緊張。

2 軸頸斷裂原因解析

2.1 泵軸軸頸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材質(zhì)選擇問題

軸的制造材質(zhì)為優(yōu)質(zhì)45#碳素鋼，折斷處發(fā)生在付葉輪幾個(gè)軸肩的根部，而且斷面平齊、粗糙，沒有任何舊裂紋的痕跡，軸肩根部為直角聯(lián)接，沒有圓弧過渡，有一個(gè)退刀槽在軸肩根部(如圖2—a)，根據(jù)材料力學(xué)知識(shí)可以知道，軸肩根部帶退刀槽會(huì)導(dǎo)致軸承受力后出現(xiàn)“應(yīng)力集中”，當(dāng)泵軸帶有負(fù)載并以1475r/min的高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生巨大的剪應(yīng)力并且就集中在軸肩直角處，使軸肩處成為薄弱環(huán)節(jié)。當(dāng)軸肩處的剪應(yīng)力超過了它允許的最大剪應(yīng)力的時(shí)候就會(huì)導(dǎo)致軸從該處斷裂。由于制漿造紙所使用的水含有，化學(xué)藥品，對(duì)泵軸也有一定的腐蝕作用。

因?yàn)樵O(shè)計(jì)者的失誤使得使得軸結(jié)構(gòu)的不合理，所以我們要對(duì)軸進(jìn)行從新設(shè)計(jì)從新加工，這次我們選用耐磨性更高的優(yōu)質(zhì)40Cr合金調(diào)質(zhì)鋼作為泵軸的材料。我們改變了泵的結(jié)構(gòu)，把軸肩處的直角改成了半徑為R3的圓弧，(如圖3—b)提高了軸表面的質(zhì)量，使得應(yīng)力集中徹底消除，很好的解決了軸的斷裂和腐蝕問題。

2.2 安裝精度差

在檢測(cè)的過程中發(fā)現(xiàn)了泵與電機(jī)軸的不從何顯a現(xiàn)(即兩軸不同心)，導(dǎo)致兩軸不同心的原因是在安裝施工的過程中未對(duì)泵與電機(jī)進(jìn)行找正，使得泵的軸心線高于電機(jī)的軸心線，由于兩軸不同心的原因，使得泵與電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)、扭矩加大、軸的磨損加快，當(dāng)扭矩超過了軸所能承受到的極限值或者損壞發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，泵軸就會(huì)在最薄弱的環(huán)節(jié)超負(fù)載而斷裂。

因?yàn)楸酶哂陔姍C(jī)，所以我們可以在電機(jī)的螺栓下面加上合適的墊片。并用百分表在兩軸的外圓、下、左、右進(jìn)行檢查，保證偏差不大于0.1mm(徑向最大偏差)。兩軸器接觸后保持5mm－7mm的間隙，一周內(nèi)不均勻誤差不超過0.15mm(軸向最大偏差)，從而解決了兩軸不同心的問題，防止軸斷裂及因偏差過大引起的振動(dòng)。

3 軸承損毀情況分析

3.1 平鍵聯(lián)接與聯(lián)軸器安裝不合理

在現(xiàn)場(chǎng)拆卸的過程中發(fā)現(xiàn)了軸與聯(lián)軸器的配合長(zhǎng)度斷了10mm(見圖3)。由于泵工作環(huán)境的惡劣、生產(chǎn)工藝的限制和礦漿泵要平繁的啟動(dòng)和停止。軸與聯(lián)軸器接觸面積太少，使得聯(lián)軸器的磨損和平鍵兩側(cè)的拉傷，嚴(yán)重時(shí)軸承加速磨損，直至損壞，造成了不能正常的生產(chǎn)。重新銑鍵槽，增加軸的長(zhǎng)度，制作好平鍵，聯(lián)軸器和軸、鍵的過度聯(lián)接，保證了聯(lián)軸器與軸沒有相對(duì)位移;聯(lián)軸器和軸接觸面積的增大使得系統(tǒng)可以正常的運(yùn)行。

3.2 軸組軸向間隙調(diào)整不當(dāng)

在拆卸軸組的過程中，會(huì)發(fā)現(xiàn)軸在軸在軸箱內(nèi)的竄動(dòng)量過大，測(cè)量拆下的靠泵端軸組的法蘭盤，軸箱中竄動(dòng)0.6 mm，間隙太大，當(dāng)泵高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生巨大的離心力，會(huì)引起泵的震動(dòng)和機(jī)械密封的動(dòng)靜環(huán)貼合面的密閉性，從而導(dǎo)致機(jī)械密封的滲漏，加速軸承磨損，軸承使用壽命縮短。嚴(yán)重時(shí)，軸承損壞。

軸組組裝要點(diǎn)，先將軸承加熱后裝入軸上相應(yīng)的位置，用銅棒或尼龍棒輕輕敲擊軸承內(nèi)圈將軸和軸承裝入軸承座相應(yīng)的位置，用端面兩面固定，用壓鉛絲測(cè)量軸組軸向間隙，間隙太大容易產(chǎn)生振動(dòng)，間隙太小，軸墊發(fā)熱，熱脹冷縮引起軸承抱軸，軸向竄動(dòng)要達(dá)到要求(軸向竄動(dòng)量約0.08mm－0.15mm之間)。轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)軸器軸承轉(zhuǎn)動(dòng)應(yīng)靈活自如，如果旋轉(zhuǎn)不便，要找出原因，并一一消除。

3.3 機(jī)械密封漏水時(shí)軸承沒有適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)

原裝泵泵蓋與軸承箱體之間沒有適當(dāng)?shù)姆浪胧?，?dāng)機(jī)械密封出現(xiàn)漏水時(shí)，水可以通過軸承端蓋的密封處(羊毛氈密封)串入軸承箱的腔體內(nèi)，導(dǎo)致軸承箱因進(jìn)水而燒壞軸承。原軸承箱密封是用毛氈密封，如圖4左側(cè)壓蓋。泄漏非常嚴(yán)重，造成大量潤(rùn)滑油的浪費(fèi)，地面上有一層厚厚的油污。

為了改變這種漏油的現(xiàn)狀，我們把毛氈密封改為骨架密封，如圖4右側(cè)壓蓋，方法如下:

(1)軸承箱原配的(葉輪端、聯(lián)軸器端)2件端蓋進(jìn)行改制加工，車出一個(gè)?73mm，深13 mm的圓孔，適合放一個(gè)規(guī)格為55mm×73mm×13mm的骨架油封。

(2)用錘子把骨架油封輕輕地打進(jìn)去，并正確安裝。具體示意如圖4右側(cè)壓蓋。為了防止機(jī)械密封滲漏時(shí)對(duì)軸承箱加以防護(hù)，在泵蓋與軸承端蓋之間加裝了直徑為DN155的不銹鋼擋水環(huán)，使其用M10的不銹鋼內(nèi)六角螺絲固定于泵軸上，經(jīng)過改造以后，設(shè)備可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，震動(dòng)位移量在0.04 mm左右，軸承外側(cè)溫度在50左右，每臺(tái)泵的年耗油量在1.5L－2L左右。不僅杜絕了由于缺油，進(jìn)水造成軸承、軸損壞事故的發(fā)生，而且保持了工作場(chǎng)地的清潔衛(wèi)生，使設(shè)備運(yùn)行完好。

3.4 軸承選型不合理

每次都是葉輪端的軸承損壞，由于葉輪在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生很大離心力，引起泵振動(dòng)，加速軸承磨損，原配軸承為兩側(cè)帶密封件的6311－2Z兩套(葉輪端、聯(lián)軸器端各一套)，由于每次軸承損壞主要集中于葉輪端的軸承，考慮到葉輪的重量較(25kg－30kg左右)，及葉輪離軸承的位置較遠(yuǎn)，導(dǎo)致葉輪端的軸承負(fù)荷加重，所以必須提高葉輪端軸承的承重力。為此對(duì)軸承的選型和泵軸結(jié)構(gòu)加以改進(jìn)，因?yàn)槊看屋S承的燒壞主要集中于葉輪端所以必須加大葉輪端軸承的承重能力，在原6311軸承的基礎(chǔ)上增加了一套7311BECBP軸承，聯(lián)軸器端的原6311軸承更換為7311 BECBP軸承。

4 結(jié)論

經(jīng)過全面的檢查、分析，摸清并解除了該泵“病根”，將該設(shè)備由原先的1－2個(gè)月的使用期延長(zhǎng)為2－3年，使污水輸送處理系統(tǒng)生產(chǎn)日趨正常，即節(jié)約了維修成本，又減少了檢修次數(shù)和勞動(dòng)強(qiáng)度，保證了設(shè)備運(yùn)行周期。

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