高速离心泵推力轴瓦烧损故障分析

2018-01-17马晓伟胡建忠

设备管理与维修 2017年6期

刘福，马晓伟，胡建忠，潘强

（中石油克拉玛依石化有限责任公司，新疆克拉玛依 834003）

0 引言

高速离心泵利用一个小体积的摆线泵为各级轴承、齿轮提供润滑油，通过加大叶轮转速提高扬程，有体积小、转动部件少、主轴短刚性好、运转平稳、检修方便等特点。但在实际使用过程中，经常会出现润滑油压力不足、推力片烧损的故障。通过对高速离心泵系统进行分析研究，找出故障原因并提出针对性解决方案，可以保证设备的平稳正常运行。

1 原因分析

1.1 滑动轴承与推力片结构存在缺陷

高速轴采用径向轴承和推力片的组合形式进行定位，压力油经由滑动轴承上的喷油孔喷射到止推面上。滑动轴承安装推力片处的内径40 mm，外径为84.7 mm，但是推力片内径为41.8 mm，外径为83.8 mm，推力面上两喷油对称分布孔直径为1 mm（图1），安装上推力片后喷油孔可能会被遮挡，造成供油不足。此外，推力片为整体式结构，表面没有沟槽，一旦有杂物进入就可能导致推力片出现大面积磨损。

图1 高速轴轴承及内部结构示意

1.2 润滑油油路系统故障

如果设备的润滑油循环系统存在以问题，就会引起因润滑油供应不足而导致的推力片磨损。

（1）内部润滑油泵为系统提供动力，润滑油先经过外部换热器和滤油器之后，再对系统各部分进行润滑。如果滤油器堵塞，会直接导致系统供油不足。

（2）油泵通过两传动销来实现传动，油泵与中箱体之间没有密封垫（图2）。如果油泵和中箱体的接触面密封不良，或者内部油泵存在故障，就会造成油路压力下降甚至供油中断。

图2 内部润滑油泵与下壳体配合关系示意

（3）换热器管壁结垢、堵塞或冷却水量控制不合适等润滑油系统故障，会引起润滑油温度过高或偏低。润滑油温度过高，润滑油黏度下降，过低则会引起油泡沫过多。

（4）换热器一旦出现泄漏，冷却水会窜入轴承箱内，引起润滑油乳化，导致轴承推力面不能得到有效润滑，从而出现磨损。

1.3 轴封系统或油路密封故障

轴封由共用轴套的2套单端面密封组合而成，靠近叶轮侧密封主要介质。一旦轴封和轴套组件密封圈发生泄漏，介质就会窜入润滑油系统内部，造成润滑油变质。在润滑油回路中，上下箱体与中箱体之间采用O形圈进行密封，一旦密封失效，会引起润滑油压力和流量不足，导致轴瓦磨损。

2 解决措施

2.1 重新设计滑动轴承和推力片

针对滑动轴承存在的问题，对滑动轴承和推力片结构进行优化设计：①将指向推力面的喷油孔减少为1个，直径增加到2 mm，位置改在推力瓦中部偏上处；②在推力片上增加了4道油槽，以便于泄油和排除杂质（图3）；③滑动轴承上喷油孔处直径为40 mm，与轴配合形成压力油膜处的孔径为38.15 mm（轴径38.03 mm），其余尺寸不变。

图3 改造后的滑动轴承换热推力片示意

因为改变喷油孔的位置和尺寸不会引起径向压力油膜的变化，下面只对改造后的推力片最小压力油膜进行校核。

已知轴瓦表面粗糙度Ra=0.8，查阅相关设计手册可知，hlim=2.5×10-5m，轴颈角速度；代入数据求得ω=1612.68 rad/s。平均圆周速度，代入数据求得v=43.46 m/s。参照半开式混流泵，叶轮轴向力F可以表示为：

已知：HP=498 m；ρ=900 kg/m3；Rh=0.025 m；R20=R2h=0.051 m；R1h=0.030 m。代入公式可得F=1272.2 N。轴瓦平均压强，代入数据求得Pm=5.69×10-5Pa；最小油膜厚度；代入数据可得hlim=6.21×10-5m。最小油膜厚度hmim大于极限值hlim，符合使用要求。