多級(jí)泵常見故障分析及處理

高 謙 張 海 劉嘉慶 張 虎 于 英

獨(dú)山子石化設(shè)備檢修公司 新疆克拉瑪依 833699

某化工廠某裝置的多級(jí)離心泵為產(chǎn)品外送泵，其結(jié)構(gòu)為雙支撐多級(jí)離心泵。因?yàn)槭钱a(chǎn)品外送泵，根據(jù)產(chǎn)品罐的液位高低，此泵間歇運(yùn)行，常開2～3h 就停機(jī)數(shù)小時(shí)不等。前階段該泵連續(xù)出現(xiàn)振動(dòng)超標(biāo)，噪音大，停泵后盤不動(dòng)車的故障，嚴(yán)重影響了裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。

1 機(jī)泵故障現(xiàn)象

該泵為垂直剖分臥式多級(jí)離心泵，5 級(jí)葉輪，采用平衡盤和止推軸承組成泵平衡裝置，軸封采用雙端面機(jī)械機(jī)封。該多級(jí)離心泵相關(guān)參數(shù)見表1。針對(duì)該泵在近期的檢修統(tǒng)計(jì)如表2 所示。

表1 多級(jí)離心泵相關(guān)參數(shù)

由表2 可以看出，該泵的故障主要變現(xiàn)為：機(jī)泵振動(dòng)大，噪音大；泵停車后盤不動(dòng)車；機(jī)封泄漏；止推軸承損壞，潤(rùn)滑油變質(zhì)。經(jīng)過對(duì)泵的拆檢，發(fā)現(xiàn)葉輪口環(huán)、級(jí)間襯套磨損，平衡盤磨損，軸承磨損。如圖1 所示。

表2 多級(jí)離心泵檢修統(tǒng)計(jì)表

圖1 多級(jí)離心泵損壞檢查

2 故障原因分析

2.1 軸承失效

滾動(dòng)軸承的磨損失效會(huì)對(duì)整個(gè)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)造成不良影響。泵振動(dòng)超標(biāo)、噪音大都是軸承失效的主要表現(xiàn)形式。在對(duì)泵進(jìn)行拆解過程中，發(fā)現(xiàn)軸承箱內(nèi)存在金屬雜物，分析后確認(rèn)為軸承保持架碎渣，出現(xiàn)問題的可能原因分析如下：

（1）安裝問題：拆檢時(shí)測(cè)量各處定位尺寸，均在正常范圍內(nèi)，且此軸承安裝時(shí)可輕松裝入軸承室，此原因可排除；

（2）軸承潤(rùn)滑不良及清潔度問題：經(jīng)查閱巡檢記錄，發(fā)現(xiàn)油位一直正常，且對(duì)舊軸承滾子、內(nèi)外滾道檢查均未發(fā)現(xiàn)異常磨損，此原因可排除；

（3）軸承承受沖擊負(fù)載：此驅(qū)動(dòng)端為自由端，采用圓柱滾子軸承，不承受軸向力，滾子與內(nèi)圈在軸上沒有限位，可自由滑動(dòng)，軸向力不會(huì)對(duì)其造成影響，此原因可排除；

（4）聯(lián)軸器對(duì)中不良：復(fù)查對(duì)中時(shí)發(fā)現(xiàn)外圓偏差0.08mm、端面偏差0.05mm，均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，此原因可排除；

（5）軸承選型錯(cuò)誤：經(jīng)查閱設(shè)備資料，結(jié)合設(shè)備運(yùn)行工況，排除此原因；

（6）軸承個(gè)體質(zhì)量問題：此原因可能性較高。

2.2 零部件異常碰磨

動(dòng)靜部件異常磨損，最直接的影響就是設(shè)備原有功能減弱甚至失效，對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行造成影響。對(duì)于多級(jí)離心泵而言，零部件磨損主要發(fā)生于軸承、平衡盤、葉輪口環(huán)、級(jí)間襯套和軸封等部分。異常磨損的發(fā)生往往伴隨著設(shè)備振動(dòng)偏高。

（1）碰磨的可能原因之一：泵軸撓性軸所致。理論上泵軸中間部位偏離中心值最大，尤其在開機(jī)瞬間，即中間幾級(jí)導(dǎo)葉襯套發(fā)生碰磨的可能性最大。從實(shí)際檢查來看，正是中間幾級(jí)口環(huán)及襯套的磨損較嚴(yán)重，因而此原因不能排除。

（2）碰磨的可能原因之二：軸承座中心偏移。由于廠家設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)端/ 非驅(qū)動(dòng)端軸承座在安裝時(shí)采用止口配合，無定位銷，導(dǎo)致無法保證泵的轉(zhuǎn)子處于中心位置，此原因不能排除。

（3）碰磨的可能原因之三：泵內(nèi)進(jìn)入雜物，介質(zhì)過臟。該泵各級(jí)口環(huán)間隙均在0.40mm 左右，級(jí)間套間隙也偏小，如果顆粒物進(jìn)入口環(huán)或者襯套，極易引起磨損。新級(jí)間套加工后，未進(jìn)行熱處理，材質(zhì)不符合要求，表面硬度不夠，與殼體摩擦后容易堆積咬死。從現(xiàn)場(chǎng)拆解看，口環(huán)磨損無規(guī)律，不能排除此原因。

（4）碰磨的可能原因之四：非定位端甩油環(huán)與軸承內(nèi)圈相對(duì)運(yùn)動(dòng)。非定位端甩油環(huán)與軸承內(nèi)圈相對(duì)運(yùn)動(dòng)，過熱變色，內(nèi)孔變小與軸抱死，用液壓工具打壓100bar 才拆掉。分析認(rèn)為，油封背冒未將軸向擠緊，軸向定位不牢固。經(jīng)過測(cè)量發(fā)現(xiàn)，油封、修復(fù)后的甩油環(huán)和軸承內(nèi)圈三者之間在油封背冒打緊后仍有0.8mm 間隙，是導(dǎo)致相對(duì)運(yùn)動(dòng)的原因，因而不能排除此原因。

2.3 工藝原因

（1）泵抽空：由于該泵開停次數(shù)過于頻繁，每次運(yùn)行時(shí)間2- 3 小時(shí)，在操作過程中容易導(dǎo)致泵內(nèi)抽空，由于泵內(nèi)無介質(zhì)，轉(zhuǎn)動(dòng)部件易發(fā)生干磨，泵出口壓力降低，平衡盤失去作用，軸向力由止推軸承進(jìn)行平衡。止推軸承承受力增大后，溫度急劇上升，使的潤(rùn)滑油變質(zhì)，同時(shí)，過大的軸向力使軸承壽命降低損壞，轉(zhuǎn)動(dòng)部件開始跳動(dòng)或更大的軸向位移，從而導(dǎo)致多處摩擦。使泵體失穩(wěn)，振動(dòng)增大并伴隨噪音。

（2）葉輪氣蝕：泵運(yùn)行過程中，由于輸送介質(zhì)溫度變化較大，介質(zhì)內(nèi)含有氣體，可能導(dǎo)致出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象。以及該泵頻繁開停，操作過程中，出口閥的開度過大也可能導(dǎo)致氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生，從而導(dǎo)致泵的運(yùn)行狀態(tài)較差。

2.4 其他原因

（1）機(jī)械松動(dòng)：運(yùn)行過程中，由于各連接部位如泵地腳螺栓、芯包螺栓等緊固件的松動(dòng)，都可能導(dǎo)致機(jī)泵運(yùn)行振動(dòng)偏大。

（2）裝配原因：泵解體檢修次數(shù)較多，拆解過程中可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)測(cè)量誤差、安裝失誤，以及對(duì)零配件磨損情況的檢查不到位，都可能造成振動(dòng)過大。

3 改進(jìn)措施及建議

多級(jí)離心泵多種缺陷均可能導(dǎo)致設(shè)備振動(dòng)偏高，大多數(shù)可以通過對(duì)設(shè)備進(jìn)行解體檢修消除，針對(duì)以上原因特制定以下措施：

3.1 軸承座找中心

轉(zhuǎn)子找中心，高壓端上下總間隙0.6mm，轉(zhuǎn)子提升0.3mm，上下居中。左右表值幾乎不動(dòng)，未做調(diào)整。詳見圖2。

圖2 轉(zhuǎn)子中心調(diào)整圖

低壓端調(diào)整時(shí)，轉(zhuǎn)子自由狀態(tài)上下總抬量為1.75mm，安裝軸承箱后上下總抬量為1.15mm。最開始按照1.15mm 抬量調(diào)整，頂上去0.50mm 時(shí)，盤車過緊；降到0.20mm 時(shí)，盤車輕松，因此判斷總抬量應(yīng)以1.75mm 為標(biāo)準(zhǔn)。1.75- 1.15=0.6mm，0.6+0.2=0.8mm，此時(shí)轉(zhuǎn)子盤車最輕松，轉(zhuǎn)子上下居中。在調(diào)整左右時(shí)，左右間隙大約0.10mm，邊盤車邊調(diào)整，直到盤車最輕松那個(gè)點(diǎn)。軸承箱螺栓全部拔緊后發(fā)現(xiàn)，盤車有些偏重，判斷軸承箱結(jié)合面垂直度不好，于是松開螺栓，邊盤車邊對(duì)角對(duì)稱拔緊，最后拔完螺栓，盤車輕松。

3.2 調(diào)整碰磨處徑向間隙

進(jìn)行葉輪級(jí)間套跳動(dòng)、端面跳動(dòng)檢查，發(fā)現(xiàn)二級(jí)級(jí)間套端面跳動(dòng)0.07mm，嚴(yán)重超標(biāo)。進(jìn)行了研磨修復(fù)，修復(fù)完為0.02mm。由于該級(jí)間套與殼體徑向磨損嚴(yán)重，上床進(jìn)行了車削修復(fù)，徑向間隙由0.40mm 放大到0.80mm。葉輪口環(huán)也由原來的0.45mm 放大到0.65mm，葉輪口環(huán)徑向跳動(dòng)最大0.05mm，符合使用要求，轉(zhuǎn)子小裝完動(dòng)平衡符合要求。轉(zhuǎn)子做動(dòng)平衡前，平衡盤軸向定位，轉(zhuǎn)子小裝完，在不裝O 型圈的情況下，測(cè)得軸向仍有0.8mm 間隙。由于動(dòng)平衡需要，加工一個(gè)0.8mm 厚墊片，這樣將各級(jí)葉輪全部擠緊，開始做動(dòng)平衡。正式安裝時(shí)，O 型圈裝上后預(yù)計(jì)有0.4mm 熱膨脹間隙。保證各部間隙在規(guī)定范圍內(nèi)。

3.3 優(yōu)化工藝操作

由于泵每天運(yùn)行2～3h，頻繁的開停機(jī)容易導(dǎo)致泵系統(tǒng)失穩(wěn)或者抽空現(xiàn)象。建議優(yōu)化工藝操作，盡量避免頻繁的開停機(jī)。且在開泵前檢查入口壓力達(dá)到要求后再進(jìn)行開泵，出口壓力避免出現(xiàn)過高或者過低，以防抽空，并且跟蹤平衡管高壓出口壓力。定期清洗過濾器，防止濾網(wǎng)堵塞或者破損，導(dǎo)致抽空或者泵內(nèi)進(jìn)雜物。

3.4 葉輪隔板增加傾斜中段

多級(jí)泵在運(yùn)行過程中很容易在首級(jí)葉輪、平衡鼓及平衡鼓套位置發(fā)生磨損。隨著葉輪級(jí)數(shù)增加，泵軸撓性增大，在開機(jī)瞬間極易發(fā)生撓性變形，導(dǎo)致中間葉輪位置處發(fā)生磨損。

通過對(duì)葉輪隔板進(jìn)行改造，將中間段隔板改為傾斜中段，以此來適應(yīng)泵軸的撓性變形，從而避免轉(zhuǎn)子部件與泵殼的碰磨。

在多級(jí)泵的能量損失中，機(jī)械摩擦損失占總能量損失的70%。通過傾斜中段結(jié)構(gòu)，使靜止部件與轉(zhuǎn)子部件的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)撓度曲線相吻合，還能降低機(jī)械摩擦損失，提高泵的效率。因?yàn)橛袃A斜中段結(jié)構(gòu)，口環(huán)之間、平衡鼓與平衡鼓套之間的間隙很小，單邊間隙比沒有傾斜中段小25%～30%，從而大大降低容積損失、提高泵效率。

3.5 建議將平衡盤改為平衡鼓

針對(duì)泵頻繁啟停情況，建議采用平衡鼓裝置。此裝置能平衡約85%軸向推力，在正常運(yùn)轉(zhuǎn)的工況點(diǎn)，通過選擇平衡鼓直徑可以使軸向力降到最低，殘余的軸向力由推力圓錐滾子軸承或可傾瓦推力軸承承受。平衡鼓的設(shè)計(jì)可以適應(yīng)在最大流量點(diǎn)的30%～120%運(yùn)行，流量可以達(dá)到最佳效率點(diǎn)的130%，并且?guī)缀鯖]有磨損。平衡鼓結(jié)構(gòu)對(duì)泵的每天啟停次數(shù)沒有具體要求，相比平衡盤結(jié)構(gòu)更適合頻繁啟動(dòng)的工況。

3.6 優(yōu)化檢修工藝

（1）在裝配之前，所有泵的零件，特別是互相配合的精加工表面都必須徹底清理干凈。所有配合止口、密封端面和密封溝槽都要涂上一層二硫化鉬。清點(diǎn)全部零件，并按裝配次序分類、編號(hào)。

（2）將首級(jí)導(dǎo)葉裝入左吸水室并用螺栓固緊，然后把支承架固定在安裝底板上。裝上左定距軸套、首級(jí)葉輪、右定距軸套和相應(yīng)的鍵，并用帶防松頂絲的定距螺套固緊。將右吸入室用螺栓固緊于左吸水室。裝上鍵和第二級(jí)葉輪及葉輪分半卡環(huán)，將裝好密封環(huán)的導(dǎo)葉打入裝好密封環(huán)及防轉(zhuǎn)銷的中段。將密封圈裝入左吸水室溝槽，將第一級(jí)中段、導(dǎo)葉裝入左吸水室止口，用螺栓固緊。依次裝上各級(jí)葉輪、鍵、導(dǎo)葉、中段及密封圈等，用螺栓固緊，并用墊塊或千斤頂將各級(jí)中段支承起來。裝上末級(jí)導(dǎo)葉和吐出環(huán)后，擰緊螺母。裝上平衡盤、密封墊、壓環(huán)、分半卡環(huán)、卡環(huán)套及固緊螺栓，然后裝上鍵與后端喉部軸套。將裝有密封圈的平衡套裝入泵蓋，將纏繞墊裝入泵蓋凹槽內(nèi)，將泵蓋吊起并裝入吐出環(huán)止口，固緊泵蓋螺栓。

（3）測(cè)量并記錄轉(zhuǎn)子軸向總竄動(dòng)量：裝有密封圈的后軸承托架裝入泵蓋并固緊螺母，裝有密封圈的前軸承托架裝入泵體并固緊螺母，將前后軸承體分別裝在前后軸承托架上，然后裝上定位銷并將螺栓固緊。用百分表測(cè)量?jī)蓚?cè)轉(zhuǎn)子抬量，用手盤轉(zhuǎn)子，應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活、無阻卡現(xiàn)象。

（4）軸承部件裝配：按總圖及軸承體部件圖裝上軸承體,在裝成對(duì)安裝角接觸球軸承時(shí)，將平衡鼓盤靠上平衡套平面。用百分表測(cè)量中間軸承體的平面C 與油環(huán)套端面之間的尺寸，在此尺寸減去（0.08±0.1）m 即為調(diào)整環(huán)所需厚度，調(diào)整環(huán)還應(yīng)在磨床上磨削多余量。通過調(diào)整墊厚度，保證推力軸承與后軸承端蓋之間的間隙為0.4～0.5mm。

（5）機(jī)械密封安裝，待前后軸承部件安裝完畢后，方可最終安裝機(jī)械密封。依次擰緊機(jī)械密封壓蓋螺母，機(jī)封軸套緊定螺釘。將機(jī)封軸套限位板退出軸套槽，并擰緊在機(jī)封壓蓋上。

4 結(jié)論

通過對(duì)泵結(jié)構(gòu)及故障的分析，確定造成該泵振動(dòng)超標(biāo)、噪音大及碰磨的原因。針對(duì)原因，采取了改善工藝環(huán)境，調(diào)整泵軸中心，調(diào)整竄量等措施后，泵運(yùn)行情況有所改善，延長(zhǎng)了運(yùn)行周期，實(shí)現(xiàn)了降本增效的目標(biāo)。