灌區(qū)高揚(yáng)程離心泵斷軸問題及相關(guān)對(duì)策

趙惠莉

（甘肅省景泰川電力提灌水資源利用中心，甘肅 景泰 730400）

離心泵是泵站工程中不可缺少的設(shè)備，離心泵的正常穩(wěn)定運(yùn)行能夠提升整個(gè)泵站的生產(chǎn)能力，能夠滿足區(qū)域內(nèi)的農(nóng)業(yè)灌溉需求。但離心泵在運(yùn)行過程中易受到一些因素影響而出現(xiàn)斷軸問題，導(dǎo)致整個(gè)灌區(qū)的生產(chǎn)都受到影響。下面結(jié)合實(shí)際，對(duì)灌區(qū)高揚(yáng)程離心泵斷軸問題的產(chǎn)生原因進(jìn)行分析。

1 灌區(qū)高揚(yáng)程離心泵斷軸原因

1.1 機(jī)組軸心線偏離

機(jī)組與電機(jī)的軸線是否重合關(guān)系著離心泵能否正常穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，若兩軸不同心，離心泵出現(xiàn)斷軸故障的概率就會(huì)上升。如某灌區(qū)高揚(yáng)程離心泵在工作過程中出現(xiàn)斷軸故障的次數(shù)較高，對(duì)故障進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致離心泵多次出現(xiàn)斷軸問題的主要原因是機(jī)組的軸心線未能高度重合。設(shè)備安裝人員在安裝過程中未能根據(jù)圖紙以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況將離心泵與電機(jī)的軸心線進(jìn)行找正，使泵的軸心線偏離電機(jī)的軸心線，且沒有將調(diào)整墊片安裝在電機(jī)座下，導(dǎo)致電機(jī)中心高度得不到及時(shí)調(diào)整，最終使離心泵在運(yùn)行過程中頻繁出現(xiàn)斷軸問題[1]。結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)可知，當(dāng)機(jī)組軸心線未高度重合時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生以下兩方面影響：一是當(dāng)離心泵與電機(jī)以同樣的速度高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，泵軸因兩軸不同心導(dǎo)致其扭矩加大，使軸承受到嚴(yán)重的磨損與破壞。在離心泵與電機(jī)持續(xù)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，產(chǎn)生的扭矩就會(huì)超過軸承的極限允許值，軸承就會(huì)被損壞導(dǎo)致泵軸被折斷。二是離心泵與電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度不相同，離心泵處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。此時(shí)，受到兩軸不同心的影響，泵體出現(xiàn)幅度較大的振動(dòng)，當(dāng)實(shí)際振動(dòng)值超過最大的允許值時(shí)，泵軸就會(huì)受到嚴(yán)重影響，泵軸因疲勞而斷裂的概率也就會(huì)直線上升，并且泵體長(zhǎng)時(shí)間的振動(dòng)也會(huì)使軸承的使用壽命縮短，使泵軸更易出現(xiàn)斷裂[2]。

1.2 泵軸設(shè)計(jì)不科學(xué)

經(jīng)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，軸承設(shè)計(jì)關(guān)系到離心泵的運(yùn)行，當(dāng)泵軸的設(shè)計(jì)不夠科學(xué)合理時(shí)，離心泵出現(xiàn)斷軸的概率就會(huì)增加。某灌區(qū)高揚(yáng)程離心泵在運(yùn)行過程中出現(xiàn)多次斷軸問題，且每次的斷裂位置都相同（在靠葉輪端第一個(gè)軸肩根部）[3]，經(jīng)過仔細(xì)的檢查后發(fā)現(xiàn)，在斷軸的邊緣有比較清晰的疲勞裂紋臺(tái)階，而斷面光滑平整無任何痕跡。根據(jù)斷裂表現(xiàn)將泵軸斷裂類型確定為疲勞性斷裂。通過分析研究發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致泵軸多次斷裂的最根本原因是軸承的設(shè)計(jì)不夠科學(xué)，軸肩與軸頸之間為直角，缺少過渡圓角。在這樣的設(shè)計(jì)下，離心泵的軸在受力后極易出現(xiàn)應(yīng)力集中的問題，當(dāng)泵在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，泵軸受到彎矩、扭矩等的作用而將剪應(yīng)力集中在軸肩部，當(dāng)軸肩部受到的剪應(yīng)力過大時(shí)就會(huì)斷裂。

1.3 軸承選型

研究與實(shí)踐證明，泵軸的型號(hào)、材質(zhì)等也是導(dǎo)致泵軸斷裂的重要因素。在泵軸選型不當(dāng)或者材料脆性過大的情況下，其發(fā)生斷裂的可能性也就更大。綜合上述分析可知，在離心泵運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，兩軸不可能完全同心，因此在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)總會(huì)有振動(dòng)產(chǎn)生。要想最大程度消除泵體振動(dòng)對(duì)泵軸的影響，就需讓軸承有自動(dòng)調(diào)心的能力。但目前許多灌區(qū)的離心泵都采用208 型軸承，不具備自動(dòng)調(diào)心的功能。因此當(dāng)離心泵處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，泵軸就會(huì)受到來自雙軸不同心以及泵體振動(dòng)的雙重影響，軸承受到的破壞增加，也更有可能發(fā)生斷軸問題[4]。

1.4 泵出水管道安裝方式

離心泵出水管道的安裝形式也會(huì)對(duì)泵軸產(chǎn)生一定影響。對(duì)灌區(qū)高揚(yáng)程離心泵的出水管管道按照豎直的形式節(jié)能型安裝時(shí)（管道垂直于泵軸），在離心泵運(yùn)行過程中，出水管道會(huì)受到乳化液溫度升高的影響而出現(xiàn)膨脹伸長(zhǎng)現(xiàn)象，當(dāng)管道伸長(zhǎng)時(shí)，其作用給泵軸的壓力就增加，泵軸長(zhǎng)時(shí)間受到管道壓力就會(huì)出現(xiàn)彎曲以及傾斜現(xiàn)象，進(jìn)而造成泵與電機(jī)兩軸心線完全不重合，最終導(dǎo)致斷軸問題。除此之外，當(dāng)離心泵在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，葉輪也可能會(huì)與泵殼產(chǎn)生碰撞與摩擦，兩者碰撞產(chǎn)生的沖擊力使泵軸受到的彎矩在瞬間增大，導(dǎo)致泵軸瞬間斷裂。

2 離心泵斷軸因素綜合分析

2.1 超標(biāo)運(yùn)轉(zhuǎn)使動(dòng)力矩改變

通常情況下，離心泵葉輪本身處于動(dòng)靜平衡，設(shè)備本身的性能以及工作質(zhì)量維持在標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值，而當(dāng)設(shè)備本身的平衡被打破時(shí)，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑯?biāo)狀態(tài)，葉輪出現(xiàn)失衡，原本在泵殼中的轉(zhuǎn)力以及力矩也會(huì)在同一時(shí)間發(fā)生改變，離心泵葉輪中的轉(zhuǎn)子力矩會(huì)在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下不斷加深，彎折效果提升，對(duì)力矩運(yùn)行帶來影響，整個(gè)過程會(huì)遵循某種周期性的規(guī)律，無論是狀態(tài)還是應(yīng)用效果上都會(huì)發(fā)生一定程度的改變。從物理學(xué)角度來講，離心泵葉輪所具備的彎折力矩會(huì)和泵軸在跨距方面呈正比例關(guān)系，換句話說，離心泵本身所具備的轉(zhuǎn)速數(shù)值上升時(shí)，彎折力矩的變化頻率也會(huì)隨之提升，反之，離心泵的轉(zhuǎn)速數(shù)值下降時(shí)，彎折力矩的變化效率也會(huì)因此下降。

2.2 周期性的復(fù)合運(yùn)動(dòng)

從本質(zhì)上來講，離心泵的運(yùn)行轉(zhuǎn)動(dòng)一旦出現(xiàn)平衡被打破的情況，便會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，且周期性明顯，會(huì)涉及彎曲運(yùn)動(dòng)，在這一過程中，原本在水泵中的轉(zhuǎn)子開始運(yùn)轉(zhuǎn)，時(shí)間越長(zhǎng)，設(shè)備磨損不斷加深，尤其是長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的斷裂情況。為了避免類似的情況出現(xiàn)，相關(guān)人員在對(duì)離心泵進(jìn)行故障檢測(cè)時(shí)，需要對(duì)注意整個(gè)葉輪的動(dòng)靜狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)軸的更換，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。

2.3 安裝與管理工作不當(dāng)

就目前來看，很多水泵裝置在運(yùn)行時(shí)都會(huì)有不同程度的振動(dòng)，究其原因，是沒有做好安裝工作，后期管理過程中也沒有進(jìn)行維修，使電機(jī)裝置以及水泵裝置彼此之間相互影響相互作用，從而出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。這類振動(dòng)本身的傳遞性較為明顯，當(dāng)聯(lián)軸器傳播振動(dòng)時(shí)，原本的水泵彎折力矩?cái)?shù)值會(huì)不斷增大，頻率方面也會(huì)發(fā)生較為明顯的改變。通常情況下，在安裝水泵時(shí)要清楚水泵的整體結(jié)構(gòu)，避免出現(xiàn)鏡像振動(dòng)，降低軸向竄動(dòng)所帶來的影響。

3 灌區(qū)高揚(yáng)程離心泵斷軸防控與處理對(duì)策

3.1 重新找正機(jī)組

針對(duì)離機(jī)組軸心線不重合的問題，可采用刨削電機(jī)底座的方法，在保證強(qiáng)度充足的情況下對(duì)電機(jī)底座下的表面進(jìn)行刨削處理，讓機(jī)組的中心線降低。為了使機(jī)組能自動(dòng)調(diào)整中心線，可在電機(jī)底座部位安裝2 塊左右的薄銅墊板，讓電機(jī)結(jié)合實(shí)際情況自動(dòng)調(diào)整高度，從根本上解決兩軸心線不重合的問題，控制離心泵泵體的振動(dòng)幅度，使泵軸得到有效保護(hù)[5]。

3.2 優(yōu)化泵軸設(shè)計(jì)

針對(duì)由泵軸設(shè)計(jì)不合理而引起的斷軸問題，應(yīng)當(dāng)結(jié)合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，根據(jù)灌區(qū)高揚(yáng)程離心泵的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境、運(yùn)行需求等對(duì)泵軸進(jìn)行重新設(shè)計(jì)與加工，通過提高泵軸設(shè)計(jì)的科學(xué)性與可行性降低離心泵斷軸概率，保障離心泵正常穩(wěn)定運(yùn)行。結(jié)合現(xiàn)實(shí)的運(yùn)行需求，取消原泵軸上各軸肩與軸頸之間的直角以及退刀具槽，將直角替換為圓角的過渡形式，使應(yīng)力能平緩均勻過渡，不會(huì)在肩部集中，從而杜絕軸承斷裂事故的發(fā)生。此外，為了使離心泵軸有更強(qiáng)的抗壓能力，還可對(duì)泵軸的材料進(jìn)行改進(jìn)，如由45 鋼代替原來的材料，并在加工結(jié)束后做調(diào)質(zhì)處理，使泵軸的強(qiáng)度大大增強(qiáng)，將泵軸斷裂的概率降到最低。

3.3 選擇合適的軸承

離心泵軸承型號(hào)不合理會(huì)導(dǎo)致泵軸斷裂的概率增加。因此，在后期還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)軸承進(jìn)行調(diào)整改造，通過改造讓軸承以及泵體的振動(dòng)減輕，解決軸線不同心問題，將泵軸發(fā)生斷裂的概率降到最低。灌區(qū)的高揚(yáng)程離心泵可使用1208 型軸承，這一型號(hào)的軸承具有自動(dòng)調(diào)心的功能，能滿足灌區(qū)使用要求[6]。

3.4 泵出水管道增設(shè)伸縮裝置

將泵出水管道設(shè)置在離心泵軸的上方不利于保護(hù)離心泵軸，會(huì)使離心泵軸出現(xiàn)斷裂的概率增加。因此，需對(duì)泵出水管道的設(shè)置方案做適當(dāng)?shù)膬?yōu)化調(diào)整?？筛鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝壓力以及溫度等實(shí)際情況，設(shè)計(jì)一種填料式鋼結(jié)構(gòu)伸縮裝置，利用自動(dòng)伸縮功能的裝置來減輕或消除管道對(duì)泵軸的負(fù)面影響，讓泵軸得到有效保護(hù)。

3.5 完善設(shè)備運(yùn)維管理

離心泵的使用時(shí)長(zhǎng)等與灌區(qū)的設(shè)備管理措施有直接關(guān)系。一直以來，有些單位“重使用、輕管理”，對(duì)設(shè)備沒有及時(shí)管理與維護(hù)，導(dǎo)致設(shè)備存在一些隱患，最終引發(fā)斷軸現(xiàn)象。制定高揚(yáng)程離心泵定期檢查制度，按期組織專業(yè)人員對(duì)高揚(yáng)程離心泵進(jìn)行大檢或小檢，通過檢查及時(shí)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量隱患并作出處理，防止問題擴(kuò)大。制定高揚(yáng)程離心泵運(yùn)維管理細(xì)則。有關(guān)單位應(yīng)按照高揚(yáng)程離心泵出場(chǎng)說明、操作說明及離心泵的運(yùn)行環(huán)境等制定詳細(xì)統(tǒng)一的運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)，確定離心泵運(yùn)維步驟、運(yùn)維措施，推動(dòng)各項(xiàng)運(yùn)維管理工作朝規(guī)范化發(fā)展。在當(dāng)前背景下有必要引進(jìn)現(xiàn)代智能化、自動(dòng)化的監(jiān)測(cè)技術(shù)，安裝自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置或是構(gòu)建設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)掌握設(shè)備運(yùn)行情況，了解高揚(yáng)程離心泵軸承磨損情況，在此基礎(chǔ)上制定預(yù)防、維護(hù)與處理方案，將出現(xiàn)斷軸問題的概率降到最低。離心泵在運(yùn)行期間有時(shí)會(huì)出現(xiàn)潤(rùn)滑油滲漏問題，當(dāng)發(fā)現(xiàn)該問題后必須及時(shí)上報(bào)，并按照規(guī)定檢查滲漏原因，改進(jìn)軸封結(jié)構(gòu)，提高設(shè)備密閉性，提高設(shè)備穩(wěn)定性與可靠性。

4 結(jié)語

高揚(yáng)程離心泵是灌區(qū)的重要設(shè)備，離心泵斷軸問題會(huì)對(duì)區(qū)域內(nèi)的生產(chǎn)活動(dòng)帶來很大影響。為此，對(duì)于離心泵斷軸問題要根據(jù)具體的斷軸原因采取針對(duì)性措施進(jìn)行防范與處理。本文根據(jù)部分?jǐn)噍S原因從技術(shù)層面提了幾點(diǎn)建議，包括重新找正機(jī)組、優(yōu)化軸泵設(shè)計(jì)、選擇合適的軸承、為泵出水管道增設(shè)伸縮裝置，同時(shí)還提出通過一些管理性措施來降低泵軸斷裂概率，讓高揚(yáng)程離心泵能正常穩(wěn)定運(yùn)行。如加強(qiáng)平時(shí)對(duì)設(shè)備的監(jiān)測(cè)與管理，實(shí)時(shí)掌握泵軸磨損情況，并及時(shí)采取必要措施進(jìn)行防護(hù)。若發(fā)現(xiàn)離心泵在運(yùn)行時(shí)存在潤(rùn)滑油滲漏問題，就應(yīng)及時(shí)改進(jìn)軸封結(jié)構(gòu)，提高其密閉性，及時(shí)消除故障。