多級(jí)臥式離心泵故障分析及處理

張敏

摘 要 離心泵是一種常見的流體動(dòng)力性設(shè)備，它是由液體在一定壓力條件下通過葉輪的作用而形成的具有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)性能的機(jī)械結(jié)構(gòu)。它可以在高溫、高壓、粉塵或其他惡劣環(huán)境下工作，并能保持其正常的性能和可靠性，具有效率高、壓力低、體積小等特點(diǎn)。社會(huì)的發(fā)展和工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步對(duì)離心泵的要求也越來越高，因此對(duì)其可靠性和使用壽命的研究就顯得尤為必要，本文針對(duì)離心力原理及常見的故障進(jìn)行分析，深入研究相應(yīng)的解決措施，以期為相關(guān)行業(yè)發(fā)展提供幫助。

關(guān)鍵詞 多級(jí)臥式離心泵 竄量調(diào)整 軸承配合

中圖分類號(hào)：TH31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2022）03-0007-03

1 多級(jí)臥式離心泵理論基礎(chǔ)

1.1 多級(jí)離心泵簡(jiǎn)介

隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求不斷提高，離心泵的應(yīng)用范圍也越來越廣，使其在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等行業(yè)中都有廣泛的使用價(jià)值。多級(jí)離心泵是一種新型的無葉輪式葉輪，它由兩個(gè)葉輪組合而成，其中一個(gè)是單軸旋轉(zhuǎn)葉片，另一個(gè)為雙軸旋轉(zhuǎn)葉片，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速較高時(shí)可以通過調(diào)節(jié)每個(gè)葉輪的高度來改變離心力。多級(jí)臥式離心泵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制造、制造成本低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，但由于其工作環(huán)境惡劣，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱和噪聲。因此對(duì)于一些特殊的工況，例如高溫，腐蝕性氣體污垢有毒物質(zhì)，粉塵易燃易爆的液體等，需要定期進(jìn)行維護(hù)。

1.2 離心泵的水力特性

（1）離心泵的葉輪和蝸桿的轉(zhuǎn)速較高，在葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，由于蝸桿的高速旋轉(zhuǎn)會(huì)使其壓力作用在蝸桿上，這樣會(huì)使其溫度升高，當(dāng)溫度達(dá)到一定程度時(shí)液體就會(huì)凝固，當(dāng)它的速度大于能量的傳遞時(shí)它就會(huì)從蝸殼中出來，從而形成一個(gè)循環(huán)，這個(gè)時(shí)候因?yàn)榱黧w具有的粘性，所以它的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，因此可以提高效率。（2）離心泵的葉輪和渦輪的直徑比較大，通常情況下葉片與水的接觸面積較大，同時(shí)在軸向的方向有可能受到水平或者垂直的外力，這都有可能導(dǎo)致軸向變形。（3）離心泵的葉輪表面粗糙度比一般斜面的表面要大，并且容易出現(xiàn)污垢。如果發(fā)生了泄漏，那么將會(huì)造成嚴(yán)重的后果：一方面它會(huì)影響到設(shè)備的使用壽命;另一方面還會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。

1.3 離心泵的流動(dòng)特性

在離心泵的運(yùn)行過程中，其內(nèi)部的流體流動(dòng)是非常復(fù)雜的現(xiàn)象（如流道內(nèi)的氣體壓力和溫度），這些因素都會(huì)對(duì)泵的正常工作產(chǎn)生影響，因此必須對(duì)其流動(dòng)特性進(jìn)行分析：（1）葉輪的直徑比葉輪的軸徑小，這樣就會(huì)導(dǎo)致離心力的作用力增大，從而使葉輪磨損加劇，嚴(yán)重時(shí)可能引起喘振;（2）當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，葉片與壓盤的接觸面積較大，壓盤的摩擦力也很大，此時(shí)容易出現(xiàn)喘振。當(dāng)速度較低時(shí)，壓盤的壽命又很短，所以喘振的發(fā)生是不可避免的，但若在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下，由于氣流的紊動(dòng)，則有必要增加壓緊板的厚度來防止喘震;（3）離心泵的出口比一般的大一些，它的入口容積大小不一定要大，如果流量太大，那么排氣的效果反而不好，甚至還會(huì)引發(fā)排氣中斷。

2 多級(jí)臥式離心泵故障分析

2.1 竄量調(diào)整不合理引起機(jī)封泄漏

由于離心泵的工作條件惡劣，在運(yùn)行過程中難免會(huì)出現(xiàn)竄量調(diào)整不合理的現(xiàn)象：（1）當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速過低時(shí)，離心力壓縮機(jī)的壓力就會(huì)下降，導(dǎo)致潤(rùn)滑油液面降低，從而使壓差變大，這樣就容易造成漏液和流道堵塞;（2）若水的比降不大于0.5%，那就說明因?yàn)榱黧w流動(dòng)的阻力太大而使其粘度變小，因此要對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，若是低于0.02%那就要調(diào)節(jié)到合適的黏度;（3）若是含水量較高，則一般都需要調(diào)小或減少進(jìn)水口的出口位置，以避免因含水量升高而引起的漏料。[1]

2.2 振動(dòng)引起機(jī)封磨損泄露

因?yàn)殡x心泵的振動(dòng)頻率高，所以在正常工作的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生大量的熱和噪聲，這些熱和噪音都會(huì)對(duì)設(shè)備造成嚴(yán)重的損壞以至于發(fā)生故障：（1）葉輪的設(shè)計(jì)不合理。由于葉輪的結(jié)構(gòu)原因，在葉輪的內(nèi)部有很多的間隙存在，導(dǎo)致了流體的流動(dòng)速度過快，從而使氣體的壓力降低，就很容易出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象;（2）壓盤的應(yīng)力不夠，使得壓盤的表面發(fā)生形變，這樣就很可能引起形變的進(jìn)一步擴(kuò)展，最終使其性能下降。如果壓盤的材料太差又或者是制造工藝的不理想，都將加速其彈性變形，最后又會(huì)引起形變;（3）主軸的穩(wěn)定性較差。當(dāng)軸的轉(zhuǎn)速超過一定值時(shí)，軸上的摩擦力也隨之增大，潤(rùn)滑油的黏度就越低，動(dòng)平衡性越差，動(dòng)靜相互作用的力也越大，這將增加軸承的熱負(fù)荷，加劇軸承的疲勞破壞，同時(shí)還會(huì)影響到其他零件的使用壽命。[2]

2.3 泵體加工制造質(zhì)量不過關(guān)

加工過程中加工材料的質(zhì)量會(huì)直接影響到壓鑄機(jī)的使用壽命，因此在壓鑄時(shí)要嚴(yán)格控制好原材料的質(zhì)量和加工制造質(zhì)量：（1）在壓鑄前，要對(duì)原料進(jìn)行預(yù)熱處理，防止因高溫而使其發(fā)生變形，從而造成不必要的損失;（2）在壓鑄前，應(yīng)檢查其表面是否存在裂紋、砂眼、孔隙等缺陷，如果有這些問題應(yīng)及時(shí)更換，以保證壓鑄機(jī)的正常運(yùn)行。同時(shí)還要注意不要把壓力室的水箱蓋擰緊，以防水箱內(nèi)的水流入泵體，導(dǎo)致壓力室的密封圈遭到破壞;（3）對(duì)軸承的潤(rùn)滑也是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)之一，因?yàn)樗梢詼p少摩擦降低熱量，提高耐磨性，延長(zhǎng)設(shè)備的使用年限。但是由于軸承的間隙過小，會(huì)使軸承的耐磨性變差，所以必須選用合適的潤(rùn)滑油，否則會(huì)因過松而損壞零件。

2.4 軸和軸承的配合精度不達(dá)標(biāo)

軸和軸承的配合精度不達(dá)標(biāo)是離心泵故障的主要原因之一，具體表現(xiàn)有：（1）軸的過盈變形;（2）軸承的間隙過盈或發(fā)松;（3）裝配質(zhì)量差。

解決這個(gè)問題的方法是：在軸的設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)一些小的偏差，如在軸的兩端蓋上加工孔應(yīng)注意孔的深度和螺栓孔的位置?；蛟诎惭b后，將其放在軸承的裝夾中，以保證其剛度，減少因裝夾而引起的竄油現(xiàn)象，此外還可以通過調(diào)整軸承的間隙來消除由于間隙過大而產(chǎn)生的松弛。另外還可采取適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償措施，以減小因彈簧的彈性變形所造成的影響。例如：對(duì)錐面的表面進(jìn)行磨削，使之光滑，或者采用較低的磨削量，來提高錐面上的摩擦系數(shù)從而降低因磨損而導(dǎo)致的竄油的情況發(fā)生。[3]

2.5 密封材料不合適，導(dǎo)致磨損嚴(yán)重出現(xiàn)故障

目前，離心泵的密封材料主要有橡膠、塑料和玻璃等。其中以橡膠的摩擦效果最明顯，但是由于其價(jià)格昂貴，并且在使用過程中容易老化，所以在日常的維護(hù)中一般都要更換新的密封膠。而對(duì)于多級(jí)臥式離心泵來說，它本身的密封性能就比較差，而且在運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候也會(huì)出現(xiàn)磨損從而導(dǎo)致軸承的損壞以及潤(rùn)滑油的泄露等問題的發(fā)生。另外，因?yàn)槠渥陨淼慕Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)，它也會(huì)造成磨損的現(xiàn)象出現(xiàn)。此外，這些材料的耐熱性較差，因而當(dāng)溫度過高時(shí)，它們就會(huì)產(chǎn)生高溫，如果這時(shí)不加以注意，很可能還會(huì)引起火災(zāi)。離心泵的外殼和主軸的表面沒有足夠的強(qiáng)度和剛度，因此很容易被腐蝕進(jìn)而使軸的變形加劇，最終引發(fā)故障。

2.6 施工人員缺乏專業(yè)性

部分操作人員對(duì)技術(shù)知識(shí)的理解不透徹，導(dǎo)致在設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)過程中出現(xiàn)了問題，從而造成了故障的發(fā)生。還有的操作人員在工作時(shí)，沒有按照標(biāo)準(zhǔn)的程序進(jìn)行，或者是不按正確的步驟去執(zhí)行，導(dǎo)致機(jī)器的故障率增加。（1）粗心大意，對(duì)技術(shù)指標(biāo)的不熟悉，會(huì)使效率降低，影響生產(chǎn)。（2）技術(shù)人員的業(yè)務(wù)水平不高，會(huì)使其操作錯(cuò)誤，導(dǎo)致故障的產(chǎn)生。還有的人認(rèn)為只要把零件的毛刺清理干凈就可以了，實(shí)際并非如此。這些都是由于他們的疏忽大意，沒用足夠的時(shí)間和精力去學(xué)習(xí)新的專業(yè)技能和新的理論和方法，以及缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)致的。

3 多級(jí)臥式離心泵故障分析及處理

3.1 半竄量的調(diào)整

半竄量的調(diào)整是離心泵故障分析中的一個(gè)重要部分，主要用于對(duì)離心泵的維修診斷：（1）由于離心力作用，當(dāng)葉輪與壓盤間的相對(duì)速度大于一定值時(shí)，壓盤的轉(zhuǎn)速會(huì)逐漸降低，此時(shí)壓盤的轉(zhuǎn)角會(huì)增大，這樣就可以通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)角的大小來解決;（2）由于離心泵的工作環(huán)境惡劣，在運(yùn)行時(shí)泵殼和軸承的溫度很高，所以會(huì)出現(xiàn)異常的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。這樣的話我們就需要調(diào)整潤(rùn)滑油的粘度，從而保證其穩(wěn)定地進(jìn)入到離心泵內(nèi);（3）當(dāng)流體進(jìn)入多級(jí)臥式離心泵的殼體后，通過改變殼體的位置來實(shí)現(xiàn)對(duì)液體的有效控制，如在殼體內(nèi)部設(shè)置一個(gè)可調(diào)節(jié)的液位差，使其保持在正常值范圍內(nèi);（4）當(dāng)輸送的流體速度過快，而又沒有及時(shí)地進(jìn)行處理，則容易引起液體的流動(dòng)方向偏移以及偏析，這時(shí)就有必要對(duì)其采取一定的調(diào)整措施來解決。[4]

3.2 動(dòng)靜環(huán)高低的調(diào)整

調(diào)整環(huán)的設(shè)置是為了保證離心泵的正常運(yùn)行，在調(diào)整環(huán)的過程中，要注意以下幾點(diǎn)：（1）調(diào)整環(huán)的位置要選擇在離心力的中心線附近，這樣可以使它的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，同時(shí)還能夠減少離心泵的磨損量。（2）調(diào)節(jié)環(huán)的大小也很重要，一般情況下，會(huì)選用圓形地或者方形的固定式的盤子，來對(duì)盤子的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行控制。但是也有例外，如果是矩形的盤子，那么它的直徑就會(huì)變大，所以在轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候阻力也會(huì)變大，從而影響到軸向的壓力和速度。而當(dāng)使用搖動(dòng)搖桿時(shí)，搖桿的擺動(dòng)幅度必須大于其半徑的一半以上，否則的話，當(dāng)搖桿的長(zhǎng)度超過了一定的數(shù)值后，就很容易出現(xiàn)卡死的現(xiàn)象了，這時(shí)就要用砂輪來代替。[5]

3.3 轉(zhuǎn)子竄量的改進(jìn)

轉(zhuǎn)子竄量是離心泵故障分析中的重要參數(shù)，它主要是由于轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)速較高，慣性力較大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子在機(jī)頭內(nèi)的壓力差過大，從而造成動(dòng)平衡問題。針對(duì)上述的影響因素，本文對(duì)離心泵的轉(zhuǎn)子進(jìn)行了改進(jìn)，以減少其漏油現(xiàn)象：（1）增加了定子的剛度，減小了定子與靜葉的間隙;（2）采用雙螺桿的緊固方式，使靜葉的轉(zhuǎn)矩變大，同時(shí)也增大了動(dòng)葉的漏油率;（3）在轉(zhuǎn)子的運(yùn)行過程中當(dāng)轉(zhuǎn)矩變小時(shí)，定子與靜葉片的溫差會(huì)逐漸加大，而轉(zhuǎn)矩的變化又會(huì)進(jìn)一步地放大壓差，因此需要對(duì)軸承的預(yù)緊力和推力要求比較嚴(yán)格，預(yù)緊力的大小要控制好，這樣可以有效地降低動(dòng)輪的溫差提高壓氣機(jī)的壽命。而對(duì)于轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)則要通過改變彈簧的預(yù)拉應(yīng)力來實(shí)現(xiàn)，預(yù)拉應(yīng)力過大則容易引起喘振。

3.4 軸承跑內(nèi)圈的處理

軸承的潤(rùn)滑是保證軸承正常工作的重要部分，如果軸承的溫度過高，會(huì)造成其斷裂或變形，從而影響其壽命，甚至導(dǎo)致軸承的損壞和崩潰：（1）在軸承的外圈處，應(yīng)加一層油氈或尼龍，以防止由于油氈的熱膨脹而使其松動(dòng);（2）在滾動(dòng)體的內(nèi)控處，應(yīng)采用補(bǔ)油塞，以避免因不加油的原因而使內(nèi)部壓力急劇上升;（3）當(dāng)軸向移動(dòng)時(shí)，可適當(dāng)減小壓緊的力度軸向方向過粗，則可能會(huì)引起振動(dòng)產(chǎn)生噪聲，因此要及時(shí)更換新的壓緊墊片，同時(shí)也要注意調(diào)整壓緊墊片的厚度和螺栓的位置等;（4）當(dāng)軸向發(fā)生輕微的形變時(shí)，可選用調(diào)質(zhì)合金鑄鐵制成空心球波紋鋼。這種鑄鐵具有較高的硬度、良好的耐磨性、抗疲勞強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。但它的缺點(diǎn)是加工困難、成本高、維修不便，因此一般不推薦用此材料。[6]

3.5 泵體密封圈的改進(jìn)

針對(duì)離心泵的密封圈，可以采用橡膠材料或塑料等。在設(shè)計(jì)的時(shí)候要考慮到離心泵的工作環(huán)境，盡量避免在惡劣的條件下使用，因?yàn)檫@樣會(huì)導(dǎo)致摩擦力的損失增加，需要對(duì)密封圈進(jìn)行改進(jìn)，使其具有更好的抗磨損性能，同時(shí)還能減小噪音。為了防止水進(jìn)入葉輪，應(yīng)在葉輪與隔板之間加入一層軟性的石棉油皮，以此來提高葉輪與隔板的接觸面積，從而減少水的腐蝕和堵塞。由于軟性的石棉油皮很容易被壓縮，因此應(yīng)該對(duì)其添加防銹劑，以延長(zhǎng)它的壽命。而硬質(zhì)石棉油皮，則不致被壓縮，因而也不能完全地堵住它的邊緣：而軟質(zhì)石子，則是耐磨、耐高溫，而且不透氣，能達(dá)到很好的吸振效果。另外，還得加進(jìn)填料以改善潤(rùn)滑，降低噪聲。

3.6 機(jī)械密封與軸承的更換

機(jī)械密封是防止機(jī)械零件與部件之間摩擦生熱，從而影響其壽命和可靠性的重要措施之一。軸承是離心泵的關(guān)鍵部分，它直接承受著軸向壓力，因此要定期對(duì)軸承進(jìn)行檢查，并及時(shí)更換潤(rùn)滑脂，以延長(zhǎng)軸承的使用年限。（1）軸承油中的油脂應(yīng)保持干凈，以免油污、雜質(zhì)等進(jìn)入軸承，造成堵塞。（2）應(yīng)采用防塵、防銹的材料或其他易磨損的合金制造的軸承外圈，如鐵基環(huán)氧烷，內(nèi)圈用橡膠卡環(huán)或涂布層等。（3）在軸與殼體的連接處，需用螺栓將其固定，以防因接觸不良而損壞。如果發(fā)現(xiàn)密封表面的漏油，需立即擰緊封膠皮帶的螺母，擰緊封膠皮帶的螺釘，使已封膠皮帶上的堵痕消失。

4 結(jié)語

本文深入研究了離心泵的故障診斷，首先介紹了離心泵的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，然后對(duì)其進(jìn)行了簡(jiǎn)單的故障分析，包括葉輪磨損、葉輪盤損壞、軸向變形等，最后對(duì)離心泵的常見故障、解決方法以及排除措施做出了總結(jié)。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 李延榮.淺析多級(jí)臥式離心泵故障分析及處理[J].石化技術(shù)，2019，26（08）：198-199.

[3] 唐擁軍，熊生勇.多級(jí)臥式離心泵故障分析及處理[J].設(shè)備管理與維修，2016（03）：88-90.

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[5] 徐留軍.探討臥式多級(jí)離心泵的檢查及維修[J].科技資訊，2013（21）：91.

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