高速離心泵推力軸瓦燒損故障分析

劉 福，馬曉偉，胡建忠，潘 強(qiáng)

（中石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司，新疆克拉瑪依 834003）

0 引言

高速離心泵利用一個(gè)小體積的擺線泵為各級(jí)軸承、齒輪提供潤滑油，通過加大葉輪轉(zhuǎn)速提高揚(yáng)程，有體積小、轉(zhuǎn)動(dòng)部件少、主軸短剛性好、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、檢修方便等特點(diǎn)。但在實(shí)際使用過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)潤滑油壓力不足、推力片燒損的故障。通過對(duì)高速離心泵系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，找出故障原因并提出針對(duì)性解決方案，可以保證設(shè)備的平穩(wěn)正常運(yùn)行。

1 原因分析

1.1 滑動(dòng)軸承與推力片結(jié)構(gòu)存在缺陷

高速軸采用徑向軸承和推力片的組合形式進(jìn)行定位，壓力油經(jīng)由滑動(dòng)軸承上的噴油孔噴射到止推面上。滑動(dòng)軸承安裝推力片處的內(nèi)徑40 mm，外徑為84.7 mm，但是推力片內(nèi)徑為41.8 mm，外徑為83.8 mm，推力面上兩噴油對(duì)稱分布孔直徑為1 mm（圖1），安裝上推力片后噴油孔可能會(huì)被遮擋，造成供油不足。此外，推力片為整體式結(jié)構(gòu)，表面沒有溝槽，一旦有雜物進(jìn)入就可能導(dǎo)致推力片出現(xiàn)大面積磨損。

圖1 高速軸軸承及內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意

1.2 潤滑油油路系統(tǒng)故障

如果設(shè)備的潤滑油循環(huán)系統(tǒng)存在以問題，就會(huì)引起因潤滑油供應(yīng)不足而導(dǎo)致的推力片磨損。

（1）內(nèi)部潤滑油泵為系統(tǒng)提供動(dòng)力，潤滑油先經(jīng)過外部換熱器和濾油器之后，再對(duì)系統(tǒng)各部分進(jìn)行潤滑。如果濾油器堵塞，會(huì)直接導(dǎo)致系統(tǒng)供油不足。

（2）油泵通過兩傳動(dòng)銷來實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，油泵與中箱體之間沒有密封墊（圖2）。如果油泵和中箱體的接觸面密封不良，或者內(nèi)部油泵存在故障，就會(huì)造成油路壓力下降甚至供油中斷。

圖2 內(nèi)部潤滑油泵與下殼體配合關(guān)系示意

（3）換熱器管壁結(jié)垢、堵塞或冷卻水量控制不合適等潤滑油系統(tǒng)故障，會(huì)引起潤滑油溫度過高或偏低。潤滑油溫度過高，潤滑油黏度下降，過低則會(huì)引起油泡沫過多。

（4）換熱器一旦出現(xiàn)泄漏，冷卻水會(huì)竄入軸承箱內(nèi)，引起潤滑油乳化，導(dǎo)致軸承推力面不能得到有效潤滑，從而出現(xiàn)磨損。

1.3 軸封系統(tǒng)或油路密封故障

軸封由共用軸套的2套單端面密封組合而成，靠近葉輪側(cè)密封主要介質(zhì)。一旦軸封和軸套組件密封圈發(fā)生泄漏，介質(zhì)就會(huì)竄入潤滑油系統(tǒng)內(nèi)部，造成潤滑油變質(zhì)。在潤滑油回路中，上下箱體與中箱體之間采用O形圈進(jìn)行密封，一旦密封失效，會(huì)引起潤滑油壓力和流量不足，導(dǎo)致軸瓦磨損。

2 解決措施

2.1 重新設(shè)計(jì)滑動(dòng)軸承和推力片

針對(duì)滑動(dòng)軸承存在的問題，對(duì)滑動(dòng)軸承和推力片結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)：①將指向推力面的噴油孔減少為1個(gè)，直徑增加到2 mm，位置改在推力瓦中部偏上處；②在推力片上增加了4道油槽，以便于泄油和排除雜質(zhì)（圖3）；③滑動(dòng)軸承上噴油孔處直徑為40 mm，與軸配合形成壓力油膜處的孔徑為38.15 mm（軸徑38.03 mm），其余尺寸不變。

圖3 改造后的滑動(dòng)軸承換熱推力片示意

因?yàn)楦淖儑娪涂椎奈恢煤统叽绮粫?huì)引起徑向壓力油膜的變化，下面只對(duì)改造后的推力片最小壓力油膜進(jìn)行校核。

已知軸瓦表面粗糙度Ra=0.8，查閱相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，hlim=2.5×10-5m，軸頸角速度；代入數(shù)據(jù)求得ω=1612.68 rad/s。平均圓周速度，代入數(shù)據(jù)求得v=43.46 m/s。參照半開式混流泵，葉輪軸向力F可以表示為：

已知 ：HP=498 m；ρ=900 kg/m3；Rh=0.025 m；R20=R2h=0.051 m；R1h=0.030 m。代入公式可得F=1272.2 N。軸瓦平均壓強(qiáng)，代入數(shù)據(jù)求得Pm=5.69×10-5Pa；最小油膜厚度；代入數(shù)據(jù)可得hlim=6.21×10-5m。最小油膜厚度hmim大于極限值hlim，符合使用要求。

2.2 清理檢查潤滑油路

對(duì)潤滑油路進(jìn)行檢查后發(fā)現(xiàn)，油濾器有堵塞現(xiàn)象。從生產(chǎn)車間了解到，該過濾器已經(jīng)使用了近3 a時(shí)間，過濾效果已明顯下降，整體更換油濾器。

檢查還發(fā)現(xiàn)，換熱器內(nèi)有大量紙片（冷卻水走管程，潤滑油走殼程），管內(nèi)壁存在積垢現(xiàn)象，異物明顯來自于循環(huán)水系統(tǒng)。為此，清理更換了冷卻水系統(tǒng)和入口過濾網(wǎng)，同時(shí)細(xì)化冷卻水管理，定期對(duì)過濾網(wǎng)進(jìn)行更換。

檢查中箱體與內(nèi)部油泵的密封面時(shí)發(fā)現(xiàn)，密封面存在磨損，對(duì)密封面進(jìn)行打磨處理。

2.3 更換軸封和油路密封圈

高速軸軸封處密封圈較多，任意一個(gè)出現(xiàn)故障都會(huì)引起軸封泄漏，導(dǎo)致介質(zhì)竄入潤滑油箱。檢查箱體密封圈后發(fā)現(xiàn)，O形圈存在硬化現(xiàn)象，對(duì)軸封和箱體密封圈進(jìn)行了更換。

3 結(jié)論

潤滑油的溫度和質(zhì)量對(duì)軸瓦的承載能力影響很大，引起潤滑油故障的原因也比較多。發(fā)生類似故障時(shí)，需要對(duì)影響因素進(jìn)行逐一分析和查找，才能找到真正的原因。在不影響軸瓦承壓能力的前提下對(duì)軸瓦結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，可以有效保證軸瓦供油，避免燒損事故的發(fā)生。

［1］吳曉玲.潤滑設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

［2］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)：軸承［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

［3］蔣秀龍.機(jī)可傾瓦推力滑動(dòng)軸承彈流潤滑研究［D］.杭州：浙江大學(xué)，2011.

［4］張直明.滑動(dòng)軸承的流體動(dòng)力潤滑理論［M］.北京：高等教育出版社，1986.

［5］錢錫俊，陳弘.泵和壓縮機(jī)［M］.北京：中國石油大學(xué)出版社，2007.

［6］郭杰.高速離心泵推力滑動(dòng)軸承承載能力分析［D］.南京：南京林業(yè)大學(xué)，2012.