AC单级端吸离心泵断轴及轴承损坏故障原因解析与改进

2015-04-04黄海军

安徽冶金科技职业学院学报 2015年4期

黄海军

(马鞍山技师学院安徽省马鞍山 243000)

某工厂AC型单级端吸离心泵由于水泵自身设计缺陷和安装人员操作等多种因数的影响，从投入生产以来运行都不稳定。常出现轴承损毁的事故，设备带水调试时，甚至出现断轴事故。高峰时一上午有三台水泵同时轴承烧坏，并且烧坏的轴承都集中于叶轮端的轴承;后来通过勘探分析汇总原因，再根据实际的情况原因通过相应的解决办，处理好轴颈折断和轴承损坏的再次发生。

1 泵的故障表现过程

AC型单级端吸离心泵属单级单吸悬臂式耐腐蚀离心泵，其性能参数(如图1)。该系统分长纤维、短纤维两套系统，共10余台套，其中悬架相同的有9台。由于生产工艺的缺陷和水输送处理的特殊性，两套系统需要同时运行，两套系统频繁出现轴承损坏，平键两侧拉伤，甚至轴断裂，使检修与运行十分被动，造成生产紧张。

2 轴颈断裂原因解析

2.1 泵轴轴颈结构设计、材质选择问题

轴的制造材质为优质45#碳素钢，折断处发生在付叶轮几个轴肩的根部，而且断面平齐、粗糙，没有任何旧裂纹的痕迹，轴肩根部为直角联接，没有圆弧过渡，有一个退刀槽在轴肩根部(如图2—a)，根据材料力学知识可以知道，轴肩根部带退刀槽会导致轴承受力后出现“应力集中”，当泵轴带有负载并以1475r/min的高速运转时，就会产生巨大的剪应力并且就集中在轴肩直角处，使轴肩处成为薄弱环节。当轴肩处的剪应力超过了它允许的最大剪应力的时候就会导致轴从该处断裂。由于制浆造纸所使用的水含有，化学药品，对泵轴也有一定的腐蚀作用。

因为设计者的失误使得使得轴结构的不合理，所以我们要对轴进行从新设计从新加工，这次我们选用耐磨性更高的优质40Cr合金调质钢作为泵轴的材料。我们改变了泵的结构，把轴肩处的直角改成了半径为R3的圆弧，(如图3—b)提高了轴表面的质量，使得应力集中彻底消除，很好的解决了轴的断裂和腐蚀问题。

2.2 安装精度差

在检测的过程中发现了泵与电机轴的不从何显a现(即两轴不同心)，导致两轴不同心的原因是在安装施工的过程中未对泵与电机进行找正，使得泵的轴心线高于电机的轴心线，由于两轴不同心的原因，使得泵与电机高速运转时会产生震动、扭矩加大、轴的磨损加快，当扭矩超过了轴所能承受到的极限值或者损坏发现不及时，泵轴就会在最薄弱的环节超负载而断裂。

因为泵高于电机，所以我们可以在电机的螺栓下面加上合适的垫片。并用百分表在两轴的外圆、下、左、右进行检查，保证偏差不大于0.1mm(径向最大偏差)。两轴器接触后保持5mm－7mm的间隙，一周内不均匀误差不超过0.15mm(轴向最大偏差)，从而解决了两轴不同心的问题，防止轴断裂及因偏差过大引起的振动。

3 轴承损毁情况分析

3.1 平键联接与联轴器安装不合理

在现场拆卸的过程中发现了轴与联轴器的配合长度断了10mm(见图3)。由于泵工作环境的恶劣、生产工艺的限制和矿浆泵要平繁的启动和停止。轴与联轴器接触面积太少，使得联轴器的磨损和平键两侧的拉伤，严重时轴承加速磨损，直至损坏，造成了不能正常的生产。重新铣键槽，增加轴的长度，制作好平键，联轴器和轴、键的过度联接，保证了联轴器与轴没有相对位移;联轴器和轴接触面积的增大使得系统可以正常的运行。

3.2 轴组轴向间隙调整不当

在拆卸轴组的过程中，会发现轴在轴在轴箱内的窜动量过大，测量拆下的靠泵端轴组的法兰盘，轴箱中窜动0.6 mm，间隙太大，当泵高速运转时，会产生巨大的离心力，会引起泵的震动和机械密封的动静环贴合面的密闭性，从而导致机械密封的渗漏，加速轴承磨损，轴承使用寿命缩短。严重时，轴承损坏。

轴组组装要点，先将轴承加热后装入轴上相应的位置，用铜棒或尼龙棒轻轻敲击轴承内圈将轴和轴承装入轴承座相应的位置，用端面两面固定，用压铅丝测量轴组轴向间隙，间隙太大容易产生振动，间隙太小，轴垫发热，热胀冷缩引起轴承抱轴，轴向窜动要达到要求(轴向窜动量约0.08mm－0.15mm之间)。转动联轴器轴承转动应灵活自如，如果旋转不便，要找出原因，并一一消除。

3.3 机械密封漏水时轴承没有适当的防护

原装泵泵盖与轴承箱体之间没有适当的防水措施，当机械密封出现漏水时，水可以通过轴承端盖的密封处(羊毛毡密封)串入轴承箱的腔体内，导致轴承箱因进水而烧坏轴承。原轴承箱密封是用毛毡密封，如图4左侧压盖。泄漏非常严重，造成大量润滑油的浪费，地面上有一层厚厚的油污。

为了改变这种漏油的现状，我们把毛毡密封改为骨架密封，如图4右侧压盖，方法如下:

(1)轴承箱原配的(叶轮端、联轴器端)2件端盖进行改制加工，车出一个Ø73mm，深13 mm的圆孔，适合放一个规格为55mm×73mm×13mm的骨架油封。

(2)用锤子把骨架油封轻轻地打进去，并正确安装。具体示意如图4右侧压盖。为了防止机械密封渗漏时对轴承箱加以防护，在泵盖与轴承端盖之间加装了直径为DN155的不锈钢挡水环，使其用M10的不锈钢内六角螺丝固定于泵轴上，经过改造以后，设备可以正常运转，震动位移量在0.04 mm左右，轴承外侧温度在50左右，每台泵的年耗油量在1.5L－2L左右。不仅杜绝了由于缺油，进水造成轴承、轴损坏事故的发生，而且保持了工作场地的清洁卫生，使设备运行完好。

3.4 轴承选型不合理

每次都是叶轮端的轴承损坏，由于叶轮在高速旋转时，产生很大离心力，引起泵振动，加速轴承磨损，原配轴承为两侧带密封件的6311－2Z两套(叶轮端、联轴器端各一套)，由于每次轴承损坏主要集中于叶轮端的轴承，考虑到叶轮的重量较(25kg－30kg左右)，及叶轮离轴承的位置较远，导致叶轮端的轴承负荷加重，所以必须提高叶轮端轴承的承重力。为此对轴承的选型和泵轴结构加以改进，因为每次轴承的烧坏主要集中于叶轮端所以必须加大叶轮端轴承的承重能力，在原6311轴承的基础上增加了一套7311BECBP轴承，联轴器端的原6311轴承更换为7311 BECBP轴承。