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多級離心泵振動、泄漏的問題分析
日期：2024-12-15 22:52
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摘要：多級離心泵，鍋爐給水多級離心泵
多級離心泵因其高揚程、中壓力、大流量、穩定性好等特點在煉油化工企業得到廣泛應用。
1、故障現象
該類泵投產以來，維修難度較高，故障現象多表現為泵體振動大，機械密封泄漏，多次振動速度達13mm/s以上，電機電流超標跳車。*初兩次檢修只拆開前后端蓋檢查軸承、機械封和出液端的平衡盤，更換了軸承和機械封的損壞部件，每次均發現平衡盤及平衡座端面有不同程度摩擦損傷，按經驗將光刀回裝后故障現象仍舊。后將整個泵體大修解體，檢查所有零件，發現各級葉輪、導葉輪、軸套、平衡盤、平衡套及密封環都存在不同程度的磨損，泵軸彎曲，軸承座與泵軸的同軸度偏差較大。
2 、原因分析
2.1 多級離心泵存在較大軸向推力
每次檢修拆開檢查平衡盤，都發現其表面被擦傷，多為軸向推力過大而造成的。多級離心泵的軸向推力比單級離心泵大得多，如果設單級葉輪的軸向推力為FA，對同樣尺寸的多級離心泵葉輪，其級數為i，則總的軸向推力為iFA，多級離心泵的軸向推力可在幾十kN，甚至上百kN。它的軸向推力的平衡方法是采用平衡盤，其結構如圖1。離心泵正常工作時，末級葉輪出口處壓力P2通過徑向間隙b后，泄漏到平衡盤中間室的液體壓力降到平衡盤前的壓力P1，液體再經過軸向間隙，壓力降為P0，在平衡盤兩側由于壓力差P1-P0的存在，作用在相應的有效面積上，便產生了與軸力方向相反的平衡力-FA。若因負荷的變化使軸向推力增大，當作用在平衡盤上的平衡還未改變時，軸向推力將大于平衡力，轉子便朝吸入側位移一段微小距離。此時，軸向間隙減小，泄漏的液體量將會減小。而徑向間隙b是不變的，當泄漏量減小時，阻力損失減少，平衡盤前的壓力P1升高。同時泄漏量減少也會使平衡室內的壓力P0下降。這樣在平衡盤兩側的壓力差增大，平衡力增加。直到軸向間隙b0減少到使平衡力與軸向推力相等為止。反之亦然。
2.2 葉輪密封環間隙的影響
檢查中發現，葉輪的密封環間隙磨損較為嚴重，檢修規程要求控制在0.3～0.44mm，而實際多數已達到1mm以上，有的間隙甚至有2mm。當密封環的間隙變大后使葉輪前蓋板與泵腔內產生了徑向流動，當有徑向流動時，會改變泵腔內的壓力分布，使前泵腔中液體壓強減小。這是因為葉輪出口壓力不變，液體在流動中必然產生附加壓力。于是增大了軸向力。8個葉輪的密封環間隙都有較大磨損，單個葉輪的軸向推力也都增大了，而整臺泵的軸向推力是8個葉輪軸向推力的迭加。而且導葉輪與葉輪之間的間隙也磨損增大，又進一步增大了軸向推力。整個軸向推力增大后，以前平衡盤的結構就不能完全抵消軸向推力了。
2.3 零件的相互影響
密封環間隙及葉輪與導葉輪間隙磨損增大*終導致平衡盤磨損，這并不是一個單向的問題，泵體眾多軸系零件之間的故障影響是相互的。泵軸彎曲，軸承座與泵軸的同軸度偏差，造成葉輪、導葉輪、泵殼、密封環、軸套的磨損，使泵體振動加大，軸向推力也增大，而平衡盤與平衡座也發生摩擦。反之泵體振動也會因平衡盤的摩擦而升高，從而使葉輪、導葉輪、密封環、軸套、軸承等零件的磨損加劇，故障進一步惡化。
3 、處理措施
針對具體問題，作出了以下幾方面的處理，以前泵軸材質為316奧氏體不銹鋼，實際運行中剛度不夠，后改為強度和硬度更高的00Cr25Ni22Mo2奧氏體不銹鋼以達到更好的剛度，加工新軸，確保其徑向圓跳動以軸承處軸頸為基準不大于0.03mm。同時加工各級軸套予以更換。二，將軸承座的內孔光刀后重新鑲套，保證安裝軸承后，軸承中心與泵軸的同軸度，減小振動，避免內部零件摩擦。第三，以前平衡盤與平衡套的材質也是316不銹鋼，為了增強平衡盤的耐磨性，采用對其表面用壓弧焊進行堆焊，焊條用硬度較高的00Cr25Ni22Mo2不銹鋼。
4 、工藝操作中應注意的問題
對于多級離心泵的操作，要注意一些問題。首先應避免頻繁切泵，在啟泵及切泵過程中，要注意防止泵的汽化。在啟泵之前，為了防止進出口閥內漏而使介質在泵體氣化或氣蝕，造成平衡盤與平衡座、機封的動環與靜環之間形不成液膜而發生摩擦損傷。所以啟泵前引入介質后應充分排氣，待泵體溫度降下來后再啟動泵運動。如遇泵啟動后出口無壓力，應立即停泵，排氣充分后再啟動。工藝操作要求平穩。
1、故障現象
該類泵投產以來，維修難度較高，故障現象多表現為泵體振動大，機械密封泄漏，多次振動速度達13mm/s以上，電機電流超標跳車。*初兩次檢修只拆開前后端蓋檢查軸承、機械封和出液端的平衡盤，更換了軸承和機械封的損壞部件，每次均發現平衡盤及平衡座端面有不同程度摩擦損傷，按經驗將光刀回裝后故障現象仍舊。后將整個泵體大修解體，檢查所有零件，發現各級葉輪、導葉輪、軸套、平衡盤、平衡套及密封環都存在不同程度的磨損，泵軸彎曲，軸承座與泵軸的同軸度偏差較大。
2 、原因分析
2.1 多級離心泵存在較大軸向推力
每次檢修拆開檢查平衡盤，都發現其表面被擦傷，多為軸向推力過大而造成的。多級離心泵的軸向推力比單級離心泵大得多，如果設單級葉輪的軸向推力為FA，對同樣尺寸的多級離心泵葉輪，其級數為i，則總的軸向推力為iFA，多級離心泵的軸向推力可在幾十kN，甚至上百kN。它的軸向推力的平衡方法是采用平衡盤，其結構如圖1。離心泵正常工作時，末級葉輪出口處壓力P2通過徑向間隙b后，泄漏到平衡盤中間室的液體壓力降到平衡盤前的壓力P1，液體再經過軸向間隙，壓力降為P0，在平衡盤兩側由于壓力差P1-P0的存在，作用在相應的有效面積上，便產生了與軸力方向相反的平衡力-FA。若因負荷的變化使軸向推力增大，當作用在平衡盤上的平衡還未改變時，軸向推力將大于平衡力，轉子便朝吸入側位移一段微小距離。此時，軸向間隙減小，泄漏的液體量將會減小。而徑向間隙b是不變的，當泄漏量減小時，阻力損失減少，平衡盤前的壓力P1升高。同時泄漏量減少也會使平衡室內的壓力P0下降。這樣在平衡盤兩側的壓力差增大，平衡力增加。直到軸向間隙b0減少到使平衡力與軸向推力相等為止。反之亦然。
2.2 葉輪密封環間隙的影響
檢查中發現，葉輪的密封環間隙磨損較為嚴重，檢修規程要求控制在0.3～0.44mm，而實際多數已達到1mm以上，有的間隙甚至有2mm。當密封環的間隙變大后使葉輪前蓋板與泵腔內產生了徑向流動，當有徑向流動時，會改變泵腔內的壓力分布，使前泵腔中液體壓強減小。這是因為葉輪出口壓力不變，液體在流動中必然產生附加壓力。于是增大了軸向力。8個葉輪的密封環間隙都有較大磨損，單個葉輪的軸向推力也都增大了，而整臺泵的軸向推力是8個葉輪軸向推力的迭加。而且導葉輪與葉輪之間的間隙也磨損增大，又進一步增大了軸向推力。整個軸向推力增大后，以前平衡盤的結構就不能完全抵消軸向推力了。
2.3 零件的相互影響
密封環間隙及葉輪與導葉輪間隙磨損增大*終導致平衡盤磨損，這并不是一個單向的問題，泵體眾多軸系零件之間的故障影響是相互的。泵軸彎曲，軸承座與泵軸的同軸度偏差，造成葉輪、導葉輪、泵殼、密封環、軸套的磨損，使泵體振動加大，軸向推力也增大，而平衡盤與平衡座也發生摩擦。反之泵體振動也會因平衡盤的摩擦而升高，從而使葉輪、導葉輪、密封環、軸套、軸承等零件的磨損加劇，故障進一步惡化。
3 、處理措施
針對具體問題，作出了以下幾方面的處理，以前泵軸材質為316奧氏體不銹鋼，實際運行中剛度不夠，后改為強度和硬度更高的00Cr25Ni22Mo2奧氏體不銹鋼以達到更好的剛度，加工新軸，確保其徑向圓跳動以軸承處軸頸為基準不大于0.03mm。同時加工各級軸套予以更換。二，將軸承座的內孔光刀后重新鑲套，保證安裝軸承后，軸承中心與泵軸的同軸度，減小振動，避免內部零件摩擦。第三，以前平衡盤與平衡套的材質也是316不銹鋼，為了增強平衡盤的耐磨性，采用對其表面用壓弧焊進行堆焊，焊條用硬度較高的00Cr25Ni22Mo2不銹鋼。
4 、工藝操作中應注意的問題
對于多級離心泵的操作，要注意一些問題。首先應避免頻繁切泵，在啟泵及切泵過程中，要注意防止泵的汽化。在啟泵之前，為了防止進出口閥內漏而使介質在泵體氣化或氣蝕，造成平衡盤與平衡座、機封的動環與靜環之間形不成液膜而發生摩擦損傷。所以啟泵前引入介質后應充分排氣，待泵體溫度降下來后再啟動泵運動。如遇泵啟動后出口無壓力，應立即停泵，排氣充分后再啟動。工藝操作要求平穩。
