海水泵外管导轴承支架断裂故障分析及处理

王强

【摘  要】海水泵运行过程中出现运行故障，进行拆检后发现海水泵入口滤网处被垃圾淤堵，海水泵泵筒导轴承支架断裂，导轴承和泵轴轴套磨损等状况，针对故障原因进行分析并提出处理方案。

【关键词】海水泵;泵筒支架;导轴承

一、概述

中海浙江宁波液化天然气有限公司LNG接收站一期项目装置有5台进口自日本荏原公司（EBARA Corporation Ltd.）的海水泵，海水泵泵型为立式轴流泵，输送介质为高泥沙含量的海水，海水泵过流部件主要采用超级双相钢（UNS S32750）材质。

主要技术参数见表1-1，泵结构见图1-1。

二、海水泵检修情况

中海浙江宁波液化天然气有限公司LNG接收站于2012年投产，截止2015年，海水泵A泵和B泵进行过程中出现声音异常，运行过程中泵筒传出不规则间断性金属碰撞的声音，对海水泵进行拆解检查。拆解后发现两台海水泵均存在以下主要部件损坏的问题：

1.外管导轴承支撑架处发生断裂，断裂位置大体相同，断裂的外管为自上而下第二根和第三根;

2.叶轮的叶片及流道内出现多处不同大小的腐蚀凹坑;

3.部分导轴承内部GREEN TEEED复合碳纤耐磨材料磨损严重;

4.部分轴套磨损严重;

5.滤网表面被垃圾淤堵，损坏严重。

因本文主要针对海水泵外管导轴承支架断裂的故障进行分析和处理，故其它部件的详细损坏情况和修复情况描述略。每台海水泵有3节泵筒（column），每节泵筒一端法兰面处通过4根支架连接导轴承座，导轴承座内安装导轴承。海水泵外管导轴承支架处图纸和断裂的照片见图1-2 支架断裂示意图。

海水泵A泵导轴承支架出现断裂后，直接采用焊接方式进行修复。当进行海水泵B泵检修，发现导轴承支架也存在断裂的情况后，判断此种故障的出现并非偶然现象，如继续采用简单的焊接修复，没有对发生故障的原因进行分析并采取有效措施，以后出现支架再次断裂的可能性非常高。详细分析故障原因并采取措施尤为重要。

三、问题的提出及原因分析

海水泵由日本荏原公司进行设计和制造，设计的基础数据包括海水水质分析报告等已提供给厂方，并要求厂方重点考虑海水腐蚀以及海水中含有的泥沙对泵部件磨损的影响。厂家对此采取使用耐海水腐蚀的超级双相钢材料作为海水过流部件的主要材料，并针对海水中的泥沙含量高的特点，采用了耐磨性比较强的GREEN TEEED复合碳纤耐磨材料作为导轴承与泵轴接触部件。但双方均忽略了在項目建设阶段尚无法预测的海水中所含的大量垃圾。在实际检修过程中，我们发现在海水泵入口滤网外侧裹覆着大量的塑料布、渔网、饮料瓶瓶盖等垃圾，这些垃圾附着在滤网上，导致吸入海水泵的海水流量不稳定，并直接导致海水泵工况不稳定引起泵体振动，长期运行在这种工况下导致在强度相对薄弱的导轴承支架处引起疲劳最终不可避免的导致断裂。断裂的部位出现在海水泵上部第一和第2节泵筒上靠近法兰一侧的支架上，断裂处全部为支架与泵筒焊接处支架一侧的焊缝热影响区，也是应力集中的地方，在此处出现应力断裂也就顺理成章了。

为了验证分析的可靠性，我们委托海水泵制造厂日本荏原公司对断裂的支架通过显微镜进行分析，断口截面处出现明显的3处海滩纹（Beach mark）、8处级行面（Stepped surface）和2处最终断裂区域（Final fracture area），在显微镜下观察到明显的疲劳破坏形态，验证了故障原因分析结果。海水中的垃圾导致海水泵入口流量不稳定引起泵体振动，在疲劳应力的作用下导致导轴承支架的焊缝热影响区出现断裂。

四、问题的解决方法

找到问题的原因后，初步提出了以下几种修复方案：

1、维修方案一

继续采用第一台海水泵的修复方案。重新制造新的支架与泵筒进行焊接，并采取消除应力措施，焊接过程中通过加装工装防止泵筒变形。这种方案的优点是修复过程简单快捷，有利于尽快恢复生产且修复成本最低，但存在支架再次断裂的可能，为将来海水泵的稳定运行留有隐患。

2、维修方案二

将外管上的法兰、导轴承座和导轴承支架全部车掉，然后重新制作加强的法兰、导轴承座和加强加厚的导轴承支架，重新焊接好后再进行机械加工及去应力处理。采用此种方法存在的难点主要是新加工的法兰与原泵筒焊接过程中，法兰止口、法兰端面和O型圈槽可能会受焊接影响而变形，泵筒法兰的同心度难以保证。新加工的导轴承座与导轴承支架焊接，焊接后的应力影响导致轴承座可能偏心。此方法针对容易断裂的导轴承支架进行加强处理，增加支架耐疲劳断裂的能力，但依然没有采取消除应力的措施，仍存在法兰口应力变形、支架断裂或者其他部件开裂的可能，没有从根本上解决问题，且维修费用高。

3、维修方案三

将外管上的导轴承座和导轴承支架全部车掉，重新制作加强的相应部件，制造一个不影响海水导流的环板，环板与导轴承支架（法兰侧）焊接连接并做消除应力处理，环板则与原泵筒采用螺栓连接方式进行联接固定。采用此方案最终目的是将原导轴承支架焊接处应力消除，确保支架不会断裂，原4根支架承担的应力则被分散到法兰外侧24个螺栓处，各螺栓承担的应力被大大分担并削弱，引起应力疲劳并断裂的可能性基本消除。维修方案的设计图如下：

最终采用方案三的优化方案，对海水泵3节泵筒进行改造，对支架和导轴承座进行加强，优化导流外形避免海水节流的影响，改造所采用的材料均为超级双相钢材质，保障海水泵材料的统一。在采用方案三进行优化改造的同时，采取其他优化措施对其它海水泵部件进行维修，并采取一系列措施杜绝了海水中垃圾对海水泵运行的影响，避免出现垃圾淤堵海水泵滤网的现象发生。

1、试车情况

自2015年对海水泵B泵采用维修方案三进行优化后，海水泵运行3年来状态良好，再未发生导轴承支架断裂的情况。优化方案迅速进行了推广，对海水泵A泵、C泵、E泵等均进行了优化改造，目前各泵运行状态良好，说明改造方案是成功的。

2、专利申请情况

鉴于海水泵外管导轴承支架维修的成功应用，中海浙江宁波液化天然气有限公司与维修改造合作方上海凯泉泵业（集团）有限公司共同申请，并已获得国家知识产权局使用新型专利证书，实用新型名称《一种海水泵外管导轴承支架结构》，证书号第5742716号。

五、结语

通过自主维修进口设备，不仅锻炼了一批检维修队伍，并在检修过程中有所创新，解决了设备运行故障问题，提高了检维修能力和素质，提高了问题分析能力和解决问题的能力。海水泵检维修过程对外管导轴承支架断裂故障分析是准确的，改造方案是可行的，也是成功的。

（作者单位：中海浙江宁波液化天然气有限公司）