重整P-205B泵軸承過熱原因分析及處理方法

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(中國(guó)石油 獨(dú)山子石化分公司 煉油廠 ， 新疆 獨(dú)山子 833699)

重整P-205B泵軸承過熱原因分析及處理方法

李俊慶,王忠軍

(中國(guó)石油 獨(dú)山子石化分公司 煉油廠 ， 新疆 獨(dú)山子 833699)

針對(duì)重整P-205B機(jī)泵軸承溫度一直偏高的故障現(xiàn)象，對(duì)軸承游隙、葉輪所受軸向力、軸承的潤(rùn)滑、葉輪口環(huán)的間隙等原因進(jìn)行了分析，采取縮短葉輪與密封軸套間距離和增大平衡孔面積的方法,解決了該泵軸承溫度長(zhǎng)期偏高的問題，避免軸承抱軸引起事故的發(fā)生。

軸承； 軸向力； 葉輪口環(huán)； 損壞； 原因分析

獨(dú)山子煉油廠重整裝置P-205B泵為大連蘇爾壽公司生產(chǎn)的單級(jí)懸臂離心泵，型號(hào)ZE880-4500，潤(rùn)滑方式為油霧潤(rùn)滑，介質(zhì)為汽油，泵進(jìn)口壓力為1.1 MPa，出口壓力為3.5 MPa。

P-205B泵于2007-09安裝，2007-12出現(xiàn)過泵自停的故障，對(duì)泵拆檢后并未發(fā)現(xiàn)異常。2008-06，泵聯(lián)軸器側(cè)軸承出現(xiàn)當(dāng)天溫度升高較快的現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)操作人員隨即進(jìn)行了切泵處理，檢查軸承并無磨損痕跡，也未更換軸承，2008-10切換該泵后一直運(yùn)行正常。自2011年使用BH550狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)此泵監(jiān)測(cè)以來發(fā)現(xiàn)，P-205B泵每年5月底都會(huì)出現(xiàn)軸承溫度偏高的現(xiàn)象，最高溫度達(dá)到71 ℃，但在進(jìn)入10月后泵軸承溫度正常。

2016-06-15對(duì)P-205B泵進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)，前軸承加速度包絡(luò)波形圖幅值最高為1.6，沖擊能量較大且軸承溫度達(dá)到73 ℃，初步判斷是軸承保持架、外圈存在故障[1]。P-205B泵上次更換軸承時(shí)間為2011-10，軸承運(yùn)行周期較長(zhǎng)，需要開展預(yù)知檢修。

1 故障現(xiàn)象

2016-06-24對(duì)P-205B泵進(jìn)行大修發(fā)現(xiàn)，泵葉輪側(cè)7312軸承上有較多油泥且滾道有輕微的磨痕，聯(lián)軸器側(cè)7312軸承外圈有結(jié)焦現(xiàn)象且磨痕嚴(yán)重。當(dāng)時(shí)分析認(rèn)為，軸承上油泥較多導(dǎo)致散熱不良引起軸承溫度高，于是更換新了的軸承。

當(dāng)天檢修完畢后開機(jī)，機(jī)泵運(yùn)行1 h左右軸承溫度上升到65 ℃左右，且在氣溫較高的下午軸承溫度達(dá)到了72 ℃。作業(yè)人員對(duì)該泵進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，具體數(shù)據(jù)為速度4.2 mm/s、加速度12.0 m/s2、gIE=0.1，均在正常范圍內(nèi)。

2016-07-01上午，在提高泵質(zhì)量流量(約5 t/h)后的幾個(gè)小時(shí)，于18∶00測(cè)得機(jī)泵聯(lián)軸器側(cè)軸承溫度上升到120 ℃，嚴(yán)重超過軸承的允許溫度。停泵后再次對(duì)泵進(jìn)行拆檢，發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器側(cè)的一個(gè)7312軸承外圈、內(nèi)圈有較嚴(yán)重的磨痕，并且滾道表面有過熱現(xiàn)象，潤(rùn)滑油也有結(jié)焦現(xiàn)象。

2 數(shù)據(jù)測(cè)量及原因分析

2.1數(shù)據(jù)測(cè)量

(1)葉輪口環(huán)間隙 拆檢后測(cè)得葉輪口環(huán)的進(jìn)口口環(huán)間隙值為0.62 mm，出口口環(huán)間隙值為0.6 mm。查閱文獻(xiàn)[2]葉輪口環(huán)間隙值的標(biāo)準(zhǔn)，得知進(jìn)、出口環(huán)間隙符合要求。

(2)葉輪的平衡孔面積 對(duì)于平衡孔的直徑，一般取平衡孔截面總面積為密封環(huán)間隙環(huán)形截面面積的2.5～4倍[3]。 原葉輪3個(gè)平衡孔的直徑均為?8 mm，泵葉輪后蓋板密封環(huán)直徑為?145.2 mm，泵蓋口環(huán)直徑為?145.8 mm，其環(huán)間隙面積為155.5 mm2，而3個(gè)?8 mm的平衡孔總面積為150.72 mm2，此數(shù)值遠(yuǎn)小于間隙面積的2.5～4倍。

(3)葉輪流道位置 經(jīng)過實(shí)際測(cè)量得知，葉輪流道偏向于泵的入口端約2.5 mm，葉輪流道和蝸殼流道不對(duì)中。由此判斷液體在泵出口處存在渦流，會(huì)產(chǎn)生一定的軸向力，不符合設(shè)計(jì)要求。

2.2原因分析

P-205B泵在檢修后一周內(nèi)運(yùn)行正常，但在增大流量后軸承溫度突然升高，由此推斷該泵可能存在軸向力不平衡問題[4]。

軸向力是多種原因引起的葉輪軸向負(fù)荷的合力，但最主要的部分為葉輪前后蓋板外側(cè)泵腔壓力的非平衡性造成的，見圖1。圖中，Dh為軸直徑，Db為平衡孔中心距，Dm為葉輪出口口環(huán)直徑，b為葉輪出口口環(huán)間隙寬度，L2為口環(huán)間隙的長(zhǎng)度，R2為葉輪半徑，mm；p1為葉輪入口壓力，p為平衡室壓力，p2為葉輪出口壓力，MPa。

圖1 葉輪前后腔結(jié)構(gòu)示圖

綜上所述，葉輪流道和蝸殼流道不對(duì)中導(dǎo)致軸向力增大和葉輪平衡孔面積過小不能有效平衡軸向力是故障發(fā)生的主要原因。

3 采取措施[5-15]

單級(jí)離心泵平衡軸向力的主要方法就是在葉輪后蓋板上裝密封環(huán)和開平衡孔，這樣可以平衡轉(zhuǎn)子的大部分軸向力，較少部分軸向力由角接觸軸承來平衡[5]。

將重整P-205B泵葉輪與密封軸套之間的距離減小2.5 mm，讓葉輪流道與蝸殼流道處在同一平面內(nèi)，從而從根本上降低該泵運(yùn)行中產(chǎn)生的軸向力，見圖2。

圖2 車削示圖

增大平衡孔的面積，用以平衡運(yùn)行中產(chǎn)生的軸向力。

根據(jù)文獻(xiàn)[6]可得到轉(zhuǎn)子的軸向力公式：

(1)

其中

(2)

式中，F(xiàn)為泵的軸向力，N；ρ為介質(zhì)密度，kg/m3；g為重力加速度，g=9.8 m/s2；ΔH為葉輪平衡孔兩側(cè)的壓力差，MPa。

由式(1)、式(2)可得:

(3)

從式(3)中可以看出，Dm、Dh、p1為固定值,F的大小主要由p來決定。

由文獻(xiàn)[7]可知:

(4)

其中

式中，ω為葉輪旋轉(zhuǎn)角速度，rad/s；Rm為葉輪出口口環(huán)半徑，Rm=Dm/2，mm；ζm為密封阻力系數(shù)(介質(zhì)流過口環(huán)間隙的阻力系數(shù))；λ為沿程阻力系數(shù)，λ=0.04～0.06[8]；v為液體流過口環(huán)間隙的平均流速，m/s；qV為介質(zhì)通過口環(huán)間隙的體積流量，m3/s。

從以上公式可以看出，在泵的工況確定后，只有v是變量，v的變化和平衡孔大小密切相關(guān)。平衡孔增大，q值就增大，v值也隨著變大。v值的增大將導(dǎo)致p變小，而軸向力F的大小和p值變化成正比關(guān)系。由此判斷，平衡孔的增大將導(dǎo)致軸向力F變小。

考慮平衡孔截面總面積為密封環(huán)間隙環(huán)形截面面積的2.5～4倍[3]，須將葉輪3個(gè)均布平衡孔均擴(kuò)至?12 mm，平衡孔總面積增至339.28 mm2，此時(shí)平衡孔總面積與口環(huán)間隙面積的比值接近2.5，可滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié)語

對(duì)重整P-205B泵采取文中所述措施進(jìn)行改造之后，軸承溫度一直保持在45～50 ℃，2016-07運(yùn)行至今狀況非常良好，徹底解決了機(jī)泵軸承溫度高的問題。

軸承運(yùn)行溫度偏高在機(jī)泵中很常見，多數(shù)情況下由于沒有影響到泵的基本運(yùn)行而經(jīng)常不被受到重視，或者只是簡(jiǎn)單檢查軸承安裝過程中的注意事項(xiàng)，比如測(cè)量軸承的游隙，軸承與軸、軸承箱的配合間隙，軸承的軸向間隙及軸的彎曲度等，并沒有考慮軸承所受的軸向力是否過大。通過此次對(duì)該泵的檢修，了解了軸承溫度持續(xù)偏高的原因，此改造經(jīng)驗(yàn)可為解決同類問題提供新的思路。

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(許編)

AnalysisoftheCausesandTreatmentMethodsofReformingP-205BPumpBearingDamage

LIJun-qing,WANGZhong-jun

(Processing Plant, Dushanzi Petrochemical Company of CNPC, Dushanzi 833699, China)

The failure phenomenon of the high temperature of the P-205B engine pump bearing were studied, and possible causes ranging from bearing clearance, impeller axial force, bearing lubrication, and clearance of blade ring were thoroughly discussed. The problem of high bearing temperature of the pump is solved by reducing clearance between impellers and seal bearing sleeve and enlarging cross section area of balance holes, and shaft locked up accident is avoided thereafter.

bearing; axial force; impeller ring; damage; cause analysis

TQ050.7； TE969

B

10.3969/j.issn.1000-7466.2017.04.013

1000-7466(2017)04-0068-04①

2017-02-16

李俊慶(1982-)，男，河南開封人，助理工程師，學(xué)士，主要從事泵、壓縮機(jī)等設(shè)備的檢修、維護(hù)工作。