磁力泵故障原因分析及處理措施

張洪彬

（云南云天化石化有限公司， 云南 安寧 650300）

磁力泵是聚丙烯裝置擠壓造粒機熱油系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備［1-4］。 某公司擠壓造粒機熱油系統(tǒng)磁力泵為德國SPECK 公司生產(chǎn)的單級懸臂式離心泵［5-6］，電機通過聯(lián)軸器驅(qū)動外磁缸轉(zhuǎn)子，磁力穿透隔離套驅(qū)動帶有葉輪的內(nèi)磁轉(zhuǎn)子實現(xiàn)導(dǎo)熱油的輸送。磁力泵上采用的是靜密封結(jié)構(gòu)，而非傳統(tǒng)離心泵的動密封結(jié)構(gòu)，因此密封形式更加可靠。該磁力泵轉(zhuǎn)速2 900 r/min，體積流量45 m3/h，入口壓力0，出口壓力0.5 MPa（G），揚程60.2 m，介質(zhì)導(dǎo)熱油溫度250 ℃。

該磁力泵在運轉(zhuǎn)過程中頻繁發(fā)生異響、 卡塞堵轉(zhuǎn)等故障， 拆卸后檢查發(fā)現(xiàn)因外磁缸與隔離套摩擦，導(dǎo)致磁片破損與隔離套卡塞（圖1），而磁缸修復(fù)難度大， 給擠壓造粒機的安全穩(wěn)定運行帶來極大隱患。

圖1 外磁缸磁片損壞情況

1 磁力泵結(jié)構(gòu)及工藝流程

1.1 結(jié)構(gòu)

磁力泵結(jié)構(gòu)見圖2。 外磁缸主要依靠位于泵殼驅(qū)動端的2 個支撐軸承進行固定， 隔離套安裝在葉輪背面的泵蓋上，將隔離套內(nèi)部的介質(zhì)密封。內(nèi)磁缸與葉輪安裝在中間軸上， 依靠托架體及滑動軸承支撐，滑動軸承由導(dǎo)熱油進行潤滑。

圖2 磁力泵結(jié)構(gòu)示圖

1.2 工藝流程

磁力泵工作流程簡圖見圖3。 磁力泵主要是將導(dǎo)熱油輸送至管道加熱器進行加熱， 之后導(dǎo)熱油再進入擠壓造粒機， 通過熱傳遞的方式對擠壓造粒機進行加熱， 加熱后的油通過管道回到磁力泵入口形成閉合的循環(huán)加熱系統(tǒng)。 若磁力泵發(fā)生故障，則會導(dǎo)致擠壓造粒機無導(dǎo)熱源而停止工作，使整個聚丙烯裝置停車。

圖3 磁力泵工作流程簡圖

2 磁力泵故障原因排查［7-10］

2.1 異物進入

從磁力泵結(jié)構(gòu)看， 外磁缸對應(yīng)的泵殼位置雖然有觀察孔，但外磁缸磁片未凸出結(jié)構(gòu)，即便異物進入， 也會受離心力影響無法進入磁片與隔離套間的間隙內(nèi)， 且異物進入外磁缸表面會跟隨介質(zhì)旋轉(zhuǎn)至底部觀察孔排出。 磁力泵拆檢后未發(fā)現(xiàn)有明顯異物存在， 因此可以排除異物進入導(dǎo)致磁缸損壞的可能性。

2.2 磁片脫落

該磁力泵外磁缸磁片粘接固定在磁缸殼體上，若運行過程中脫落，會導(dǎo)致磁片與隔離套發(fā)生摩擦損壞。 磁力泵拆檢后發(fā)現(xiàn)外磁缸磁片為均勻偏置磨損，且均為表面磨損，未見磁片脫落情況，因此可以排除磁片脫落導(dǎo)致磁缸磨損損壞的可能性。

2.3 軸承損壞

磁力泵外磁缸由驅(qū)動端泵殼上的2 個軸承支撐，屬于懸臂式支撐結(jié)構(gòu)，如果軸承發(fā)生損壞，可能導(dǎo)致外磁缸轉(zhuǎn)子傾斜， 導(dǎo)致外磁缸與隔離套發(fā)生碰擦。

在拆卸外磁缸轉(zhuǎn)子支撐軸承時， 發(fā)現(xiàn)軸承游隙增大， 聯(lián)軸器端軸承座與軸承外圈配合位置發(fā)生磨損， 磨損量約0.5 mm。 外磁缸轉(zhuǎn)子以軸承2為支點發(fā)生傾斜（圖4），導(dǎo)致磁片與隔離套發(fā)生碰擦，而磁片（衫鈷）硬度高、脆性大，碰擦即導(dǎo)致磁片破損進而與隔離套卡塞堵轉(zhuǎn)。因此，軸承座磨損導(dǎo)致外磁缸傾斜與隔離套發(fā)生碰擦損壞， 是外磁缸損壞的直接原因。

圖4 外磁缸傾斜損壞示圖

3 磁力泵故障處理措施［11-18］

3.1 磁片包封處理

對外磁缸轉(zhuǎn)子拆解發(fā)現(xiàn)，外磁缸內(nèi)側(cè)磁片為裸露狀態(tài)，而磁片（衫鈷）具有硬度高、脆性大的特點， 只要產(chǎn)生摩擦和碰撞即有可能造成磁片破碎。為解決裸露磁片易破損的問題，對磁力線進行重新設(shè)計排布，在不影響磁力傳動性能的情況下，在外磁缸內(nèi)側(cè)加裝一件不銹鋼包封， 將磁片全部包覆在金屬殼體內(nèi)加以保護， 這樣即便是有輕微摩擦，也不會導(dǎo)致磁片破損。改進后外磁缸實物見圖5。

圖5 改進后外磁缸實物

3.2 外磁缸轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)優(yōu)化

3.2.1 原外磁缸轉(zhuǎn)子受力分析

對磁力泵進行測量， 外磁缸轉(zhuǎn)子2 個支撐軸承距離為100 mm， 軸承2 距聯(lián)軸器端面距離為200 mm， 軸承2 至外磁缸末端長度為300 mm。 拆卸后對外磁缸組件進行稱重， 外磁缸組件質(zhì)量達10 kg， 重心在軸承2 至外磁缸末端1/2 的位置；半聯(lián)軸器總質(zhì)量為1 kg，重心在軸承2 至半聯(lián)軸器方向180 mm 處。 因此，可以將外磁缸轉(zhuǎn)子簡化為杠桿進行受力分析（圖6a）。

圖6 優(yōu)化改進前后外磁缸轉(zhuǎn)子受力分析

根據(jù)杠桿平衡條件， 外磁缸轉(zhuǎn)子以軸承2 作為支點的平衡條件為：

式中，F(xiàn)1為磁缸重力，F(xiàn)2為半聯(lián)軸器重力，F(xiàn)3為軸承座壓力，N；L1為磁缸重心距離軸承2 長度，L2為半聯(lián)軸器重心距離軸承2 長度，L3為軸承1 距離軸承2 長度，mm。

將F1=98 N、F2=9.8 N、L1=150 mm、L2=180 mm、L3=100 mm 代 入 式（1），計 算 得F3=129.36 N。 因此，外磁缸轉(zhuǎn)子要達到平衡狀態(tài)，則需要軸承1 所在位置的軸承座提供129.36 N 的向下壓力才可以實現(xiàn)。

3.2.2 優(yōu)化后外磁缸轉(zhuǎn)子受力分析

為降低軸承座和軸承損壞風(fēng)險， 在不改變現(xiàn)有泵殼結(jié)構(gòu)尺寸和不影響磁力傳動性能的基礎(chǔ)上對泵內(nèi)件進行優(yōu)化設(shè)計，主要包括對外磁缸減重，同時縮短外磁缸與軸承2 的距離， 從而降低軸承1 所在位置軸承座提供的向下壓力。 經(jīng)過磁力傳動計算優(yōu)化設(shè)計的磁力泵結(jié)構(gòu)見圖7。

圖7 優(yōu)化后磁力泵結(jié)構(gòu)示圖

實際加工后對磁力泵進行測量，外磁缸2 個支撐軸承距離為100 mm，軸承2 距離聯(lián)軸器端面距離為200 mm，外磁缸長度縮短后其末端距軸承2 距離為250 mm。半聯(lián)軸器總質(zhì)量為1 kg，重心在軸承2 至半聯(lián)軸器方向180 mm 處；外磁缸組件減重后質(zhì)量為5.5 kg，其重心在外磁缸端面距軸承2 的1/2 距離處。 同樣采用簡化的杠桿原理進行受力分析（圖6b），并根據(jù)式（1）計算得出軸承1的承載力F3=49.735 N。 因此，外磁缸轉(zhuǎn)子要達到平衡狀態(tài)， 只需要軸承1 所在位置軸承座提供49.735 N 的向下壓力即可實現(xiàn)。

通過對外磁缸轉(zhuǎn)子組件質(zhì)量和長度的優(yōu)化，使軸承1 所在位置軸承座提供的向下壓力僅為原設(shè)計的38.4%， 從而有效降低了軸承和軸承座損壞風(fēng)險。

4 結(jié)語

對擠壓造粒機熱油系統(tǒng)中磁力泵損壞原因進行了分析， 通過采用對外磁缸內(nèi)圈裸露磁片進行包封處理， 對外磁缸轉(zhuǎn)子組件減重和縮減懸臂長度等改進措施后，有效避免了磁片碰擦破碎風(fēng)險，降低了軸承承載力。泵體回裝進行出廠性能測試，工藝性能和力學(xué)性能均滿足設(shè)計要求。 磁力泵安裝到裝置現(xiàn)場試車運行正常，滿足工藝使用需求，經(jīng)過近2 個月的運行，未發(fā)生磁缸碰擦損壞現(xiàn)象，達到了預(yù)期檢修目標(biāo)。