大型多級(jí)離心泵平衡管壓力對(duì)機(jī)封軸承壽命的影響及改進(jìn)應(yīng)用

趙興國(guó) 吳文炎 劉博強(qiáng) 楊林

摘? 要：多級(jí)離心泵運(yùn)行中，會(huì)產(chǎn)生較大的軸向力，需要依靠平衡裝置平衡，確保泵的正常運(yùn)行。平衡裝置的平衡效果取決于自身尺寸結(jié)構(gòu)和平衡裝置前后的壓力大小，但受加工制造等因素影響，始終還是會(huì)存在一部分殘余軸向力，由泵的推力軸承承擔(dān)。本文主要針對(duì)我廠一臺(tái)多級(jí)離心泵在運(yùn)行中存在的機(jī)封、軸承壽命較短的問(wèn)題，通過(guò)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析和生產(chǎn)實(shí)踐，找到了一條有效解決該問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)，可供類似設(shè)備的改進(jìn)作為參考。

關(guān)鍵詞：軸向力; 平衡鼓; 平衡管壓力; 長(zhǎng)周期

1、現(xiàn)存問(wèn)題：

某廠一臺(tái)大型多級(jí)離心泵在運(yùn)行過(guò)程中，由于介質(zhì)具有聚合現(xiàn)象，致使平衡鼓、平衡套間隙減小，平衡管壓力逐漸降低，后軸承溫度不斷升高，需要停車檢修。為此，我們?cè)谄胶夤苌习惭b的壓力調(diào)節(jié)裝置，通過(guò)調(diào)節(jié)平衡管壓力調(diào)整殘余軸向力，降低后軸承溫度。通過(guò)不斷摸索，當(dāng)平衡管壓力在2.7MPa左右時(shí)，后軸承溫度可降到最低（即殘余軸向力最?。?。可這樣一來(lái)，新的問(wèn)題又出現(xiàn)了，由于機(jī)封設(shè)計(jì)使用壓力為2.0MPa，如果平衡管壓力達(dá)到2.7MPa，機(jī)封壽命又大幅縮短，還是需要停車檢修。

2.原因分析：

由圖1可以看出，當(dāng)轉(zhuǎn)子軸向力﹥平衡力′時(shí)，推力軸承1承受殘余軸向力;當(dāng)轉(zhuǎn)子軸向力﹤平衡力′時(shí)，推力軸承2承受殘余軸向力。當(dāng)轉(zhuǎn)子軸向力=平衡力′時(shí)，推力軸承1和2理論上不承受軸向力，此時(shí)，后軸承只承受徑向力，溫度最低，前后軸承溫差（）最大，所以，后推力軸承壽命主要受殘余軸向力的影響。如何有效調(diào)整殘余軸向力，同時(shí)又保證平衡管壓力不高于機(jī)封設(shè)計(jì)壓力就是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。

3.解決措施：

轉(zhuǎn)子軸向力由轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)尺寸決定，不可更改，平衡力′由平衡鼓尺寸及壓差決定。在實(shí)踐過(guò)程中，之前平衡管壓力為2.7時(shí)，差值最大，由此可以推斷此時(shí)轉(zhuǎn)子軸向力約等于平衡力，此時(shí)的平衡力為：

其中：—泵出口壓力;

—平衡管壓力;

—平衡鼓外圓半徑，平衡鼓外徑182，=0.091;

—平衡鼓內(nèi)圓半徑（主軸外徑），平衡鼓內(nèi)徑80，=0.04。

如果我們想降低平衡管壓力，同時(shí)又要達(dá)到同樣的平衡力，只能縮小平衡鼓外徑。而該泵入口壓力為0.6MPa，機(jī)封設(shè)計(jì)壓力為2.0MPa，平衡管壓力最佳調(diào)整區(qū)間設(shè)定為0.6～2.0MPa，故取平衡管最佳平衡壓力為，設(shè)此時(shí)平衡鼓外徑為? ? ?，則有：

=0.082

=164。

為了確保計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，下面根據(jù)多級(jí)離心泵軸向力估算公式對(duì)該結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證：

其中：—軸向力，;

—介質(zhì)密度，取;

—泵單級(jí)揚(yáng)程，m，;

—葉輪密封環(huán)半徑，m，183/2=91.5 =0.0915;

—葉輪輪轂半徑，m，80/2=40 =0.04;

—泵級(jí)數(shù)，11級(jí);

—系數(shù)，與泵比轉(zhuǎn)數(shù)有關(guān)：當(dāng)=30～100，=0.6

=100～220，=0.7

=220～280，=0.8

，故=0.6

—流量，66/0.6=110=0.0306;

—泵轉(zhuǎn)速，2980;

故：

=

和之前計(jì)算的平衡力基本相等，說(shuō)明平衡力的計(jì)算數(shù)據(jù)完全可以作為平衡鼓的改造依據(jù)。根據(jù)以上計(jì)算數(shù)據(jù)，我們對(duì)平衡鼓進(jìn)行了改造，新平衡鼓加工外徑取值165。圖2和圖3的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)平衡鼓改造前后，軸承溫度的對(duì)比：

改造前平衡鼓外徑為182，平衡管壓力2.7：

改造后平衡鼓外徑為165，平衡管壓力1.36：

平衡鼓改造后，最佳平衡力處的平衡管壓力在1.3～1.4，成功實(shí)現(xiàn)了最佳平衡力處的平衡管壓力下移，保證了機(jī)封和軸承的同步長(zhǎng)周期運(yùn)行。從圖2和圖3的對(duì)比來(lái)看，通過(guò)改造平衡鼓，實(shí)現(xiàn)平衡管壓力下移，保證機(jī)封和軸承的同步長(zhǎng)周期運(yùn)行的實(shí)踐是完全成功的。

4、結(jié)論：

該應(yīng)用案例證明，大型多級(jí)離心泵可以通過(guò)調(diào)整平衡鼓尺寸，改變平衡管壓力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)軸承和機(jī)封的同步長(zhǎng)周期運(yùn)行。如果有配套的平衡管壓力在線調(diào)整裝置，使殘余軸向力由正向負(fù)逐漸推移，推力軸承1和推力軸承2分階段承受較小的殘余軸向力，其使用壽命可以實(shí)現(xiàn)最大限度延長(zhǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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