多級(jí)磁力泵故障分析與改進(jìn)處理

司美崛，王鋒 (陜西延長(zhǎng)石油集團(tuán)有限責(zé)任公司延安煉油廠，陜西 延安 727406)

1 實(shí)際案例的故障概況

國(guó)內(nèi)某企業(yè)的液化氣裝車泵使用型號(hào)為MCAM80/3的磁力泵（如圖1所示），其揚(yáng)程可以達(dá)到160 m。而在初期的使用中，磁力泵的效果不太理想，并且工作時(shí)出現(xiàn)盤(pán)不動(dòng)車和打壓力低等相關(guān)的問(wèn)題。通過(guò)拆檢顯示，磁力泵中有焊渣和雜質(zhì)，在首級(jí)的葉輪口環(huán)部位存在磨損的情況，經(jīng)修復(fù)后再次使用還是產(chǎn)生了類似的問(wèn)題，并且平衡盤(pán)和平衡板出現(xiàn)的磨損情況非常地嚴(yán)重，修理后發(fā)現(xiàn)還是不能解決問(wèn)題，多次壓力無(wú)法打起，而且在出口閥關(guān)閉時(shí)壓力表現(xiàn)為正常，打開(kāi)后則壓力降低，在關(guān)閉磁力泵后，盤(pán)車有卡澀的情況，嚴(yán)重時(shí)盤(pán)不動(dòng)。

圖1 磁力泵剖面圖

2 故障分析

2.1 對(duì)設(shè)備的管線未能清理干凈

在機(jī)泵的入口位置使用的過(guò)濾網(wǎng)不當(dāng)，檢查維修時(shí)將其拆出發(fā)現(xiàn)存在較多的焊渣、金屬等雜質(zhì)，由此表明在安裝相關(guān)的設(shè)備時(shí)沒(méi)有將其清理干凈，未進(jìn)行吹掃清除，由此致使機(jī)泵輸送過(guò)程中將管線內(nèi)的雜質(zhì)沖至泵體中[1]。另外，通過(guò)測(cè)量顯示，磁力泵的各級(jí)葉輪口環(huán)，其半徑的間隙0.35 mm，但實(shí)際使用為30目的過(guò)濾網(wǎng)，網(wǎng)孔的寬度0.6 mm，由會(huì)致使直徑大于0.35 mm的焊渣及金屬等雜質(zhì)進(jìn)入泵內(nèi)，當(dāng)雜質(zhì)進(jìn)入管道內(nèi)則會(huì)導(dǎo)致葉輪口環(huán)磨損。盤(pán)車出現(xiàn)卡澀等情況，另外還能進(jìn)至平衡腔中，進(jìn)一步導(dǎo)致平衡盤(pán)動(dòng)和靜環(huán)面磨損，如果磨損的情況十分嚴(yán)重則會(huì)導(dǎo)致盤(pán)不動(dòng)車，而在實(shí)際的泵拆檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了這么多的雜質(zhì)，由此更充分地證明此觀點(diǎn)。

2.2 泵的設(shè)計(jì)有缺陷存在

2.2.1 液力平衡設(shè)計(jì)缺陷

本次研究的多級(jí)磁力泵，其三級(jí)葉輪均是同向設(shè)定，因此在實(shí)際的工作中產(chǎn)生的軸向力十分高。而對(duì)于其軸向力的平衡則是依靠平衡盤(pán)。經(jīng)多次的維修檢查發(fā)現(xiàn)平衡盤(pán)動(dòng)和靜環(huán)磨損十分地嚴(yán)重，并且在機(jī)泵運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生碰磨的聲音。因此需要在液力平衡的系統(tǒng)方面加以分析，查找根本的原因。由于磁力泵三級(jí)葉輪同向安裝，而每級(jí)的葉輪存在一定的正反面壓力差，進(jìn)一步產(chǎn)生向后軸向力，平衡盤(pán)則與之相反，后端和磁力泵的出口相連為高壓側(cè)，另一側(cè)則和入口相連為低壓側(cè)，因此平衡盤(pán)所受到的推力與葉輪軸向力相反，所以能夠具有平衡的功能[2]。依據(jù)液力平衡系統(tǒng)的相關(guān)原理進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，對(duì)于該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面存在缺點(diǎn)，由此才致使平衡盤(pán)動(dòng)和靜環(huán)磨損的故障出現(xiàn)。一為平衡盤(pán)動(dòng)靜環(huán)直徑大，此系統(tǒng)使用的動(dòng)靜環(huán)內(nèi)徑228 mm，因此導(dǎo)致動(dòng)靜環(huán)面間出現(xiàn)較大面積的通流，根據(jù)正常的工作間隙0.09～0.14 mm計(jì)算得出通流的面積為64～100 mm2，而軸承體的平衡孔直徑只有5 mm，經(jīng)計(jì)算顯示平衡孔的通流面積只有39 mm2。進(jìn)而說(shuō)明 ，平衡孔比平衡盤(pán)通流面積小很多，所以機(jī)泵在運(yùn)行時(shí)不能達(dá)到液體流動(dòng)的相關(guān)需求，并且軸承間隙低導(dǎo)致平衡腔流體少，不能補(bǔ)充液體。二為平衡盤(pán)背側(cè)經(jīng)過(guò)中空軸和磁力泵的入口相通，而經(jīng)中空軸之后的軸頭背帽回流孔只有3 mm，回流面積7.1 mm2，因此在平衡盤(pán)背面的液體出現(xiàn)較大的回流阻力，進(jìn)而導(dǎo)致無(wú)法建立相應(yīng)的低壓區(qū)。當(dāng)平衡盤(pán)的流量過(guò)大無(wú)法進(jìn)行回流，會(huì)導(dǎo)致位于平衡盤(pán)低壓側(cè)的液體壓力逐步提高，對(duì)平衡系統(tǒng)的作用發(fā)揮造成不利的影響，導(dǎo)致效果嚴(yán)重地降低，最終致使平衡盤(pán)觸摩擦而造成大量的磨損。

2.2.2 平衡盤(pán)動(dòng)靜環(huán)的材料不當(dāng)

在出現(xiàn)故障時(shí)，磁力泵的平衡盤(pán)動(dòng)靜環(huán)的表面均產(chǎn)生磨損的情況，即使是使用的時(shí)間較短也會(huì)產(chǎn)生磨損的痕跡，較為嚴(yán)重時(shí)則致使動(dòng)環(huán)無(wú)法使用而報(bào)廢。通過(guò)磁力泵的平衡盤(pán)材料檢查分析發(fā)現(xiàn)，此泵在設(shè)計(jì)過(guò)程使用的材料為1.446 2不銹鋼，其為雙相的不銹鋼，并且鋼鉻與鉬的含量十分高，所以能夠有效抵抗腐蝕[3]。但在現(xiàn)實(shí)中，平衡盤(pán)動(dòng)、靜環(huán)相對(duì)的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生摩擦，在正常時(shí)會(huì)有相關(guān)的介質(zhì)形成液膜將其相隔，而在機(jī)泵啟動(dòng)和停泵以及壓流波動(dòng)時(shí)，介質(zhì)的流量不穩(wěn)則會(huì)導(dǎo)致平衡盤(pán)的動(dòng)靜、環(huán)接觸與摩擦，因此則要求動(dòng)、靜環(huán)必須具備較高的耐磨性，由此能夠避免在碰磨時(shí)造成現(xiàn)損粘連。原有的不銹鋼無(wú)法滿足耐磨的性能要求，并且此泵是裝車泵，每天開(kāi)啟關(guān)閉的資料較多，因此在開(kāi)啟關(guān)停過(guò)程中發(fā)生多次的碰磨情況，所以才致使出現(xiàn)較為嚴(yán)重的磨損而導(dǎo)致盤(pán)不動(dòng)車[4]。

2.2.3 機(jī)泵的操作存在不足

灌泵不到位，并且在泵內(nèi)的氣體不能完全排出，在開(kāi)啟泵時(shí)在泵出口的閥門(mén)開(kāi)啟速度過(guò)快，且開(kāi)度較為偏大，進(jìn)而促使泵開(kāi)啟后在葉輪的入口位置出現(xiàn)了氣蝕，并抽不上液體。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際操作看，磁力泵在出口位置有兩道閥門(mén)，分另是電動(dòng)閘閥和手動(dòng)球閥。磁力泵在使用時(shí)首先電動(dòng)控制全開(kāi)電動(dòng)閘閥，然后灌泵啟泵，泵啟動(dòng)后在全開(kāi)出口手動(dòng)閥，該閥主要是球閥，因此開(kāi)啟快速，只需要幾秒即可實(shí)現(xiàn)全開(kāi)的狀態(tài)，然而在多次在打開(kāi)閥門(mén)后在泵內(nèi)出現(xiàn)異響的情況，并且出口的壓力快速的降低，泵內(nèi)的相關(guān)零件顯示干磨損壞的情況。后來(lái)通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，在泵出口的閥門(mén)打開(kāi)三分之一時(shí)的出口壓力便達(dá)到正常，而再開(kāi)大則壓力降低。通過(guò)證實(shí)發(fā)現(xiàn)閥打開(kāi)三分之一的流量正好符合標(biāo)準(zhǔn)的流量，而如果再開(kāi)大也會(huì)對(duì)流量造成變化，因此此時(shí)即是此泵最佳的運(yùn)行工況[5]。從上述的情況分析后明確在泵啟動(dòng)時(shí)的出口閥快速的開(kāi)啟，進(jìn)而導(dǎo)致開(kāi)度偏大而致使入口的供液不足，進(jìn)一步造成了抽空的現(xiàn)象，由此導(dǎo)致泵體的部件出現(xiàn)了干磨損壞的情況，針對(duì)于此可能時(shí)多次的開(kāi)泵而導(dǎo)致的損壞，主要是因?yàn)楣迌?nèi)的液位低，泵的入口壓力也低，出口的閥門(mén)瞬間完全打開(kāi)而致使泵內(nèi)完全抽空，最終導(dǎo)致干磨損壞。

3 故障處理

(1)機(jī)泵內(nèi)雜質(zhì)問(wèn)題：首先對(duì)泵入口的過(guò)濾網(wǎng)予以更換，替換原有的30目而使用50目，網(wǎng)孔的寬度在0.3 mm，由此則能夠有效的過(guò)濾雜質(zhì)。即便存在雜質(zhì)也只是較小的顆粒，只需對(duì)過(guò)濾網(wǎng)進(jìn)行定時(shí)的清除即可滿足使用。

（2）通過(guò)計(jì)算決定將軸承體上的平衡孔擴(kuò)大為Φ8 mm，以及對(duì)液體回流造成影響的軸頭背帽小孔進(jìn)行擴(kuò)大，此孔原為Φ3 mm，最后把此孔擴(kuò)大至Φ8 mm，進(jìn)一步提升了液體回流的作用和能力，確保液力平衡的最終效果。

（3）更換平衡盤(pán)動(dòng)和靜環(huán)的材質(zhì)，由于原有的不銹鋼耐磨性較為低下，經(jīng)過(guò)選型確定使用HT250材質(zhì)，由于HT250是珠光體的灰鑄鐵，具有較高的強(qiáng)度和耐磨性能，并且還具備較高的耐熱性，最終決定使用HT250[6]。

（4）磁力泵基本為自潤(rùn)滑，因此對(duì)灌泵的各項(xiàng)要求均有較高的標(biāo)準(zhǔn)。由于磁力泵需要經(jīng)常性的開(kāi)停，所以在操作時(shí)要求相應(yīng)的操作人員，灌泵時(shí)把進(jìn)口閥和出口閥以及回流管路閥均完全打開(kāi)，進(jìn)而可以由泵的入口形成液體的流動(dòng)并把氣體予以排出，確保泵體充滿液體，再將出口閥和回流閥予以關(guān)閉。起泵前計(jì)算泵出口的壓力，然后慢慢將出口的閥門(mén)予以打開(kāi)，但不需要全開(kāi)，閥門(mén)開(kāi)啟至出口的壓力平穩(wěn)在事先計(jì)算的壓力后即完成操作，由此避免出現(xiàn)抽空的情況。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)磁力泵經(jīng)過(guò)以上的改造，以及對(duì)相應(yīng)的操作進(jìn)行變更，從實(shí)際的運(yùn)行效果來(lái)看，機(jī)泵的運(yùn)行恢復(fù)正常，并且在后續(xù)也沒(méi)有再次出現(xiàn)上述的相關(guān)故障，由此表明本次改進(jìn)的效果較好，能夠?yàn)槠渌惖膯?wèn)題提供一定的參考價(jià)值。