重整P-205B泵轴承过热原因分析及处理方法

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(中国石油 独山子石化分公司 炼油厂 ， 新疆 独山子 833699)

重整P-205B泵轴承过热原因分析及处理方法

李俊庆,王忠军

(中国石油 独山子石化分公司 炼油厂 ， 新疆 独山子 833699)

针对重整P-205B机泵轴承温度一直偏高的故障现象，对轴承游隙、叶轮所受轴向力、轴承的润滑、叶轮口环的间隙等原因进行了分析，采取缩短叶轮与密封轴套间距离和增大平衡孔面积的方法,解决了该泵轴承温度长期偏高的问题，避免轴承抱轴引起事故的发生。

轴承； 轴向力； 叶轮口环； 损坏； 原因分析

独山子炼油厂重整装置P-205B泵为大连苏尔寿公司生产的单级悬臂离心泵，型号ZE880-4500，润滑方式为油雾润滑，介质为汽油，泵进口压力为1.1 MPa，出口压力为3.5 MPa。

P-205B泵于2007-09安装，2007-12出现过泵自停的故障，对泵拆检后并未发现异常。2008-06，泵联轴器侧轴承出现当天温度升高较快的现象，现场操作人员随即进行了切泵处理，检查轴承并无磨损痕迹，也未更换轴承，2008-10切换该泵后一直运行正常。自2011年使用BH550状态监测系统对此泵监测以来发现，P-205B泵每年5月底都会出现轴承温度偏高的现象，最高温度达到71 ℃，但在进入10月后泵轴承温度正常。

2016-06-15对P-205B泵进行状态监测时发现，前轴承加速度包络波形图幅值最高为1.6，冲击能量较大且轴承温度达到73 ℃，初步判断是轴承保持架、外圈存在故障[1]。P-205B泵上次更换轴承时间为2011-10，轴承运行周期较长，需要开展预知检修。

1 故障现象

2016-06-24对P-205B泵进行大修发现，泵叶轮侧7312轴承上有较多油泥且滚道有轻微的磨痕，联轴器侧7312轴承外圈有结焦现象且磨痕严重。当时分析认为，轴承上油泥较多导致散热不良引起轴承温度高，于是更换新了的轴承。

当天检修完毕后开机，机泵运行1 h左右轴承温度上升到65 ℃左右，且在气温较高的下午轴承温度达到了72 ℃。作业人员对该泵进行状态监测，具体数据为速度4.2 mm/s、加速度12.0 m/s2、gIE=0.1，均在正常范围内。

2016-07-01上午，在提高泵质量流量(约5 t/h)后的几个小时，于18∶00测得机泵联轴器侧轴承温度上升到120 ℃，严重超过轴承的允许温度。停泵后再次对泵进行拆检，发现联轴器侧的一个7312轴承外圈、内圈有较严重的磨痕，并且滚道表面有过热现象，润滑油也有结焦现象。

2 数据测量及原因分析

2.1数据测量

(1)叶轮口环间隙 拆检后测得叶轮口环的进口口环间隙值为0.62 mm，出口口环间隙值为0.6 mm。查阅文献[2]叶轮口环间隙值的标准，得知进、出口环间隙符合要求。

(2)叶轮的平衡孔面积 对于平衡孔的直径，一般取平衡孔截面总面积为密封环间隙环形截面面积的2.5～4倍[3]。 原叶轮3个平衡孔的直径均为Ø8 mm，泵叶轮后盖板密封环直径为Ø145.2 mm，泵盖口环直径为Ø145.8 mm，其环间隙面积为155.5 mm2，而3个Ø8 mm的平衡孔总面积为150.72 mm2，此数值远小于间隙面积的2.5～4倍。

(3)叶轮流道位置 经过实际测量得知，叶轮流道偏向于泵的入口端约2.5 mm，叶轮流道和蜗壳流道不对中。由此判断液体在泵出口处存在涡流，会产生一定的轴向力，不符合设计要求。

2.2原因分析

P-205B泵在检修后一周内运行正常，但在增大流量后轴承温度突然升高，由此推断该泵可能存在轴向力不平衡问题[4]。

轴向力是多种原因引起的叶轮轴向负荷的合力，但最主要的部分为叶轮前后盖板外侧泵腔压力的非平衡性造成的，见图1。图中，Dh为轴直径，Db为平衡孔中心距，Dm为叶轮出口口环直径，b为叶轮出口口环间隙宽度，L2为口环间隙的长度，R2为叶轮半径，mm；p1为叶轮入口压力，p为平衡室压力，p2为叶轮出口压力，MPa。

图1 叶轮前后腔结构示图

综上所述，叶轮流道和蜗壳流道不对中导致轴向力增大和叶轮平衡孔面积过小不能有效平衡轴向力是故障发生的主要原因。

3 采取措施[5-15]

单级离心泵平衡轴向力的主要方法就是在叶轮后盖板上装密封环和开平衡孔，这样可以平衡转子的大部分轴向力，较少部分轴向力由角接触轴承来平衡[5]。

将重整P-205B泵叶轮与密封轴套之间的距离减小2.5 mm，让叶轮流道与蜗壳流道处在同一平面内，从而从根本上降低该泵运行中产生的轴向力，见图2。

图2 车削示图

增大平衡孔的面积，用以平衡运行中产生的轴向力。

根据文献[6]可得到转子的轴向力公式：

(1)

其中

(2)

式中，F为泵的轴向力，N；ρ为介质密度，kg/m3；g为重力加速度，g=9.8 m/s2；ΔH为叶轮平衡孔两侧的压力差，MPa。

由式(1)、式(2)可得:

(3)

从式(3)中可以看出，Dm、Dh、p1为固定值,F的大小主要由p来决定。

由文献[7]可知:

(4)

其中

式中，ω为叶轮旋转角速度，rad/s；Rm为叶轮出口口环半径，Rm=Dm/2，mm；ζm为密封阻力系数(介质流过口环间隙的阻力系数)；λ为沿程阻力系数，λ=0.04～0.06[8]；v为液体流过口环间隙的平均流速，m/s；qV为介质通过口环间隙的体积流量，m3/s。

从以上公式可以看出，在泵的工况确定后，只有v是变量，v的变化和平衡孔大小密切相关。平衡孔增大，q值就增大，v值也随着变大。v值的增大将导致p变小，而轴向力F的大小和p值变化成正比关系。由此判断，平衡孔的增大将导致轴向力F变小。

考虑平衡孔截面总面积为密封环间隙环形截面面积的2.5～4倍[3]，须将叶轮3个均布平衡孔均扩至Ø12 mm，平衡孔总面积增至339.28 mm2，此时平衡孔总面积与口环间隙面积的比值接近2.5，可满足标准要求。

4 结语

对重整P-205B泵采取文中所述措施进行改造之后，轴承温度一直保持在45～50 ℃，2016-07运行至今状况非常良好，彻底解决了机泵轴承温度高的问题。

轴承运行温度偏高在机泵中很常见，多数情况下由于没有影响到泵的基本运行而经常不被受到重视，或者只是简单检查轴承安装过程中的注意事项，比如测量轴承的游隙，轴承与轴、轴承箱的配合间隙，轴承的轴向间隙及轴的弯曲度等，并没有考虑轴承所受的轴向力是否过大。通过此次对该泵的检修，了解了轴承温度持续偏高的原因，此改造经验可为解决同类问题提供新的思路。

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(许编)

AnalysisoftheCausesandTreatmentMethodsofReformingP-205BPumpBearingDamage

LIJun-qing,WANGZhong-jun

(Processing Plant, Dushanzi Petrochemical Company of CNPC, Dushanzi 833699, China)

The failure phenomenon of the high temperature of the P-205B engine pump bearing were studied, and possible causes ranging from bearing clearance, impeller axial force, bearing lubrication, and clearance of blade ring were thoroughly discussed. The problem of high bearing temperature of the pump is solved by reducing clearance between impellers and seal bearing sleeve and enlarging cross section area of balance holes, and shaft locked up accident is avoided thereafter.

bearing; axial force; impeller ring; damage; cause analysis

TQ050.7； TE969

B

10.3969/j.issn.1000-7466.2017.04.013

1000-7466(2017)04-0068-04①

2017-02-16

李俊庆(1982-)，男，河南开封人，助理工程师，学士，主要从事泵、压缩机等设备的检修、维护工作。