多級臥式離心泵軸承缺陷分析及處理

吳 明

（福建福清核電有限公司，福建福州 350300）

0 引言

臥式多級離心泵廣泛應用于火電廠、核電廠、化工廠等，主要分為節(jié)段式、雙殼體式等，其中臥式雙殼體多級離心泵主要作為火電廠汽機廠房主給水泵、鍋爐給水泵，如核電廠核島核輔助廠房上充泵、安注泵、安噴泵、輔助給水泵等。臥式多級離心泵缺陷中軸承室部位故障較為常見，如軸承溫度偏高、軸承振動偏高、軸承（軸瓦）磨損、推力盤磨損等。

臥式雙殼體多級離心泵主要由聯(lián)軸器、徑向軸承組件、機械密封、熱屏、泵殼、葉輪、導葉、中段、泵軸、平衡盤、推力軸承組件和油冷器等部件組成。圖1為分段式臥式離心泵結構組成。

圖1 分段式臥式離心泵結構組成

1 多級離心泵軸承組件

軸承是一個支撐軸的零件，它可以引導軸的旋轉，控制軸的軸向和徑向移動，也可以承受軸上轉動的零件。如某電廠臥式多級離心泵自由端軸承室，軸承組件主要有徑向軸瓦（軸承）、推力軸承（軸瓦）、推力盤、軸承腔室等。

2 多級臥式離心泵軸承缺陷分類

多級臥式離心泵軸承常見缺陷分類及故障表現(xiàn)見表1。

表1 多級臥式離心泵軸承常見缺陷分類及故障表現(xiàn)

3 多級臥式離心泵軸承缺陷分析

3.1 泵徑向軸承缺陷分析

徑向軸承最主要的缺陷表現(xiàn)為軸瓦的溫度過高、振動偏大，原因分析如下。

3.1.1 徑向瓦間隙不合適

如圖2所示，某電廠多級臥式離心泵滑動軸承和軸之間有一定的間隙，其中瓦頂間隙0.10～0.18 mm；瓦側間隙0.05～0.09 mm。如果瓦側間隙過小，泵運轉時泵軸和軸瓦之間的間隙無法形成潤滑油膜，使滑動軸承潤滑條件不良，并且泵軸和下瓦的接觸面積增大，摩擦導致軸承過熱；如果瓦側間隙過大，泵運轉時泵軸徑向晃動幅度大，可能造成振動高等故障。例如，某泵電機軸承為滑動軸承（圖3）而無推力軸承承受軸向力，并且軸向竄量超過10 mm，在多次單轉電機維修和檢查時，啟動和停機時由于轉子不水平產(chǎn)生軸向竄動，軸瓦處的軸肩撞擊軸瓦端面造成軸瓦瓦面變高，導致瓦側間隙變小，泵軸和軸瓦接觸角變大，摩擦過熱，溫度超標，溫控探頭報警。

圖2 滑動軸承間隙

圖3 電機滑動軸承

3.1.2 泵通流部件對中不合格

如圖4所示，泵通流部件對中不合格，導致泵動靜間隙不均勻，當轉子部件高速旋轉時產(chǎn)生附加徑向力，可能造成軸承局部磨損、葉輪口環(huán)碰磨產(chǎn)生卡澀、泵體振動偏高等異常。

圖4 泵通流部件對中不合格

3.1.3 潤滑油顆粒度超標

泵經(jīng)過一定時間的運行后，甩油環(huán)和泵軸、甩油環(huán)和刮油片、泵軸和軸瓦之間摩擦產(chǎn)生的碎屑導致潤滑油的顆粒度較差。如某泵由于電機軸承室殼體為鑄件，鑄造毛邊和銅質甩油環(huán)碰磨產(chǎn)生大量的銅屑，當顆粒隨潤滑油進入軸瓦和泵軸之間的間隙后，大的顆粒導致軸瓦內(nèi)層材質較軟的巴氏合金的磨損，破壞了軸瓦和泵軸潤滑條件，在高速運轉中造成軸瓦因摩擦溫度過熱。

3.1.4 軸承室甩油環(huán)外圓面上存在加工缺陷

軸承室甩油環(huán)（圖5）外圓面存在加工缺陷，如小的裂痕或凹坑，當甩油環(huán)隨泵軸轉動時，壓住甩油環(huán)刮片的末端碰到甩油環(huán)缺陷后，甩油環(huán)就會停止隨泵軸的轉動，但在慣性的作用下，甩油環(huán)會撞擊到軸瓦，連續(xù)的撞擊變形逐漸積累，最終甩油環(huán)變形為橢圓形，此時和泵軸之間的摩擦力不能帶動甩油環(huán)隨泵軸轉動，軸承室的潤滑油帶不到軸瓦上，導致軸瓦潤滑不足，溫度超標。

圖5 軸承室甩油環(huán)

3.2 泵推力軸承缺陷分析

推力軸承最主要的缺陷表現(xiàn)為推力盤磨損和推力瓦燒毀等，分析原因主要有：

3.2.1 軸向力平衡不足

泵運轉時推力瓦塊承受較大的軸向力，造成推力盤和推力瓦塊靠死、研磨。產(chǎn)生軸向力的主要原因是葉輪前后蓋板外表面的不平衡壓力，由于多級泵的壓力較高，級數(shù)越多，產(chǎn)生的軸向力越大。因此，多級泵的軸向力平衡是一個很重要的問題。普遍采用平衡盤裝置平衡軸向力，其原理如圖6所示，末級葉輪出口壓力為P，水流通過徑向間隙b1后到達平衡盤，壓力下降為P＇，平衡盤與平衡板之間存在軸向間隙b0，平衡盤后面與泵入口相通，壓力為P0，由于P＇>P0，平衡盤前后存在壓差，產(chǎn)生了與軸向力相反的平衡力。當工況發(fā)生變化時，泵的軸向力也是變化的。當軸向力大于平衡力，泵轉子左移，b0變小，泵的泄漏量減小，壓差增加，平衡力增加。同理，當軸向力小于平衡力，轉子右移，b0變大，泵的泄漏量增加，壓差減小，平衡力減小。因此，泵在運轉中軸向力平衡是一種動態(tài)平衡。

圖6 平衡盤裝置工作原理

在實際工作中，泵剛啟動時，平衡盤尚未建立壓力來平衡軸向力，可能造成啟動瞬間平衡盤與平衡板的嚴重擦傷。為了保護平衡盤，承受啟動時平衡力不足，多級泵增設一道推力軸承。推力軸承的承載能力為總軸向推力的30%，當泵在啟動或停車過程中，平衡盤尚未建立足夠壓差時，葉輪的軸向推力由推力軸承完成。平衡盤兩側壓差達到一定數(shù)值時，葉輪的推力則完全由平衡盤完成。某泵在自由端設置了推力瓦塊和推力盤，同時還有一道牒片彈簧，起到保護平衡盤的作用。在平衡盤解體后發(fā)現(xiàn)，平衡盤與平衡板并未發(fā)生磨損現(xiàn)象，而推力盤和推力瓦塊則嚴重磨損，可見推力盤部分有效保護了平衡裝置。引起平衡盤故障、導致無法平衡軸向力的原因主要有以下4個：

（1）葉輪出口與導葉對中偏差。當葉輪與導葉對中不好時，葉輪出口流體受阻并產(chǎn)生漩渦，引起出口壓力增大。多級泵各級尺寸嚴格定位，首級葉輪與導葉對中不好時，余下各級葉輪與導葉對中也不好，引起軸向力的累積增大。

（2）平衡盤與平衡板的間隙或者瓢偏過大。由于平衡盤與平衡板的間隙或者瓢偏過大，引起從平衡盤間隙的泄漏量增加，導致平衡室建立不了足夠的壓力而無法平衡軸向力。

（3）平衡盤徑向間隙偏小。平衡盤徑向間隙偏小，引起從末級葉輪到平衡室的壓降增大，使得平衡室壓力降低，由于平衡盤后腔壓力與泵進口壓力相差不大，從而引起平衡力減小。

（4）泵運行偏離設計工況。泵運轉工況偏離額定工況較大，工作壓力遠大于額定壓力，使軸向力大大增加。

此外，工作介質是否含有雜質和平衡盤的加工質量和安裝質量，都會引起平衡裝置失效，導致平衡軸向力不足。

3.2.2 彈簧片瓢偏

彈簧片裝置是和推力瓦塊緊固在一起的，在泵運轉過程中，特別是啟泵和停車時抵消部分軸向力，以起到保護平衡盤的作用。但如果彈簧片出現(xiàn)瓢偏問題，就會引起推力瓦塊和推力盤不完全接觸，甚至是點接觸或線接觸，由于泵的轉速較高，軸向力較大，容易造成推力瓦塊接觸部分首先燒毀，推力盤表面研磨的事故。

3.2.3 潤滑油問題

軸承箱油冷器設置在軸承箱上部，潤滑油從軸承箱下部進入推力盤，通過甩油裝置將潤滑油經(jīng)回油孔送入軸承室，依次循環(huán)。推力瓦塊出現(xiàn)燒毀事故，可能的原因是潤滑油到軸承上瓦后很快從上軸承室殼體的孔流入下軸承室，潤滑冷卻效果不好。

4 多級臥式離心泵軸承缺陷處理

4.1 泵徑向軸承缺陷處理措施

（1）徑向瓦間隙不合適問題。將軸瓦拆卸完畢后，按軸瓦內(nèi)徑尺寸加工假軸，將加工好的假軸放在上研磨軸瓦，刮瓦調整軸瓦間隙到合格范圍內(nèi)，可以將軸瓦的邊緣帶相對于烏金工作面降低0.1 mm，防止由于轉子竄動造成軸瓦烏金表面變形改變軸瓦和軸的接觸狀態(tài)，從而減少軸肩撞擊軸瓦邊緣處產(chǎn)生的變形對泵軸和下瓦接觸面的影響。另外，盡可能減少電機空載的次數(shù)，降低啟動和停機時軸向竄動撞擊軸瓦產(chǎn)生變形的概率。

（2）泵通流部件的對中不合格問題。調整通流部件的對中，拆卸3＃、4＃軸承室放油螺塞，將潤滑油放到油盆中，拆卸軸承室上蓋，取下徑向軸瓦連接螺釘，取下上瓦，向上稍微抬動泵軸，翻動下瓦，拆卸下瓦上的溫度探頭，將上瓦放到泵軸上，貼和泵軸左右擺動，檢查轉子左右偏差，用軸承室左右的頂絲調整左右對中，測量記錄兩端泵軸的全抬量，安裝下瓦，檢查此時軸的半抬量約為全抬量的1/2，用下軸承室殼體上的頂絲進行調整半抬量，兩端抬量調整完畢，上瓦回裝后盤動轉子，應轉動靈活、無卡澀和異聲。

（3）潤滑油顆粒度超標問題。清理軸承室內(nèi)的異物，修理甩油環(huán)和泵軸、軸瓦、軸承室殼體的毛邊，更換新的潤滑油。

（4）軸承室的甩油環(huán)外圓面存在加工缺陷問題。更換缺陷的甩油環(huán)備件，測量檢查備件直徑精度偏差保證在0.05 mm以內(nèi)，檢查甩油環(huán)表面粗糙度，必要時用砂紙拋光，清理軸承室內(nèi)磨損的碎屑，更換新的潤滑油。

4.2 泵推力軸承缺陷處理措施

（1）平衡盤間隙調小處理。平衡盤間隙減小后，P＇比P0的壓力越大，產(chǎn)生的軸向平衡力也越大，使得平衡盤平衡軸向的能力加強，從而分擔部分軸向力，降低啟泵和停泵時軸向力對推力軸承的載荷，起到保護推力盤的作用。

（2）保證推力軸承和推力盤的貼合度。更換燒毀的推力瓦塊，將推力盤的劃傷進行車削后在研磨平臺上研磨，再將推力盤和推力瓦進行對研，刮研推力瓦塊，保證推力軸承和推力盤的貼合度不小于70%。以保證推力瓦和推力盤接觸面良好，不會出現(xiàn)二次磨損。

（3）牒片彈簧瓢偏修復。牒片彈簧是推力軸承保持平行接觸的重要元件，防止因瓢偏產(chǎn)生點接觸和線接觸造成推力軸承非正常磨損，對牒片彈簧進行磨削加工，確保推力軸承的瓢偏合格，并在牒片下方安裝與加工余量等厚度的墊片，以保證彈簧片抵消軸向力能力。

（4）軸承室和潤滑油的處理。適當增加潤滑油油量，并在上、下軸承室殼體分別加裝玻璃管油位計，可以在停泵和泵正常運行時分別在上、下兩個油位計上標出最低和最高油位刻線；為加強油冷器的冷卻能力，在上軸承室回油孔上加裝節(jié)流套管，延長通過回油孔循環(huán)的潤滑油在上軸承室冷卻的時間，提高推力盤冷卻潤滑效果，改善潤滑條件。

（5）對軸承室進行清理，更換新的潤滑油，并按照油務監(jiān)督大綱要求，每季度對軸承室潤滑油進行取樣分析，化驗油質是否合格，必要時進行更換。

5 結語

本文主要對某電站多級臥式離心泵軸承的典型故障進行分析，歸納總結出故障類型和處理措施，為在實際生產(chǎn)中判斷解決此類設備問題提供理論和實踐依據(jù)，對此類型離心泵軸承檢修具有一定的參考價值。

電站多級離心泵的正常、穩(wěn)定運行，需要多措并用、深入研究、總結經(jīng)驗，從設計、使用與維護、拆裝與維修等多方面考慮多級離心泵的特殊點，不斷總結經(jīng)驗教訓，積極創(chuàng)新，使多級離心泵達到、保持最佳的運行狀態(tài)。