切割叶轮改善离心泵振动
2020-06-22贺俊良李林东李旭林
贺俊良 李林东 李旭林
昆明醋酸纤维有限公司,中国·云南 昆明 650051
离心泵;振动;温度;叶轮切割
1 引言
离心泵轴承振动有效值是表征设备性能的重要参数,中国国家标准《GB 50275-2010 风机、压缩机、泵安装工程施工及验收规范》中根据泵的类别规定了泵的振动速度有效值的限值,其中第二类泵振动速度有效值限值为≤4.5 mm/s。我厂甲醇洗工段主洗甲醇泵为单级离心泵,型号:ZE150-5450,额定扬程:278m,额定流量:282m3/h,额定转速2985r/min,电机额定功率:400KW,额定电流:46.5A。泵实际操作的运行参数入口压力:0.15MPa,出口压力:2.65MPa,流量:240 ~250 m3/h,入口温度:-38℃。该泵在运行过程中电机容易烧坏,泵体轴承箱震动大,轴承温度过高,泵轴多次折断。2020年3月16日电机再次烧毁,更换电机、更换泵轴、更换机械密封、更换轴承后回装,运行15 天后电机再次烧毁,并且更换轴承后轴承箱体振动未有明显改善[1]。
2 叶轮切割
泵体结构如下图所示:
轴承A 为圆柱滚子轴承,型号:NU312;轴承B 为两套角接触球轴承背靠背使用,型号:7312。轴承A、B 处轴径均为60mm,3月16日电机烧毁后,更换轴承A 和轴承B,轴承为SKF 产商制造,更换完成开车两小时内测得两处温度和振动有效值如下表:
项目 时间 20min 40min 60min 80min 100min 120min轴承A温度 59℃ 67℃ 66℃ 68℃ 68℃ 68℃振动 20.7 20.4 19.8 20.1 20.8 20.7轴承B温度 66℃ 74℃ 76℃ 76℃ 78℃ 79℃振动 22.3 22.5 22.1 24.2 23.8 23.8
从测量的数据看,A、B 轴承振动数值远远大于国家标准推荐≤4.5 mm/s 的数值。轴承为新更换轴承,各项安装技术要求符合规定,电机轴与泵轴架百分表找正,轴向与径向误差≤0.10mm,电机负荷端测得温度为54℃左右,振动有效值为1.5mm/s,以往多次检修情况与此类似,由此判断排除振动大是由轴承质量和安装所引起。2019年10月份曾经出现泵轴从轴承A 位置折断的情况,根据这一情况,从力学的角度分析泵轴的断裂形式属于弯矩导致的断裂,而不是扭矩导致的断裂。居于上述情况,分析得出导致轴承温度和振动超标的根源在叶轮,导致轴折断的根源也在叶轮。由于叶轮在运转时的激烈的振动,至使远端轴承B 承受更大的力,从而温度和振动超过正常值;而轴承A 处承受最大弯矩,最终折断泵轴。
3 叶轮切割
该泵叶轮为闭式叶轮,叶轮入口端有5 个Φ8 平横孔,叶轮外径为458mm,额定扬程278m ,额定流量282 m3/h。工艺要求流量为240-250m3/h,因此实际上泵并没有运行在额度流量下,工艺通过减小泵出口阀门开度使泵的流量在250m3/h,阀门开度减小引起泵内出现湍流,紊乱的湍流碰撞叶轮从而导致叶轮激烈振动,最终引发轴承温度和振动超标,更严重时引起泵轴断裂。因此,改变泵的额定流量至250m3/h是解决问题的核心所在[2]。
对一台特定的离心泵,在转速固定的情况下,其扬程(H)、轴功率(P)和效率(η)都与其流量(Q)有一一对应的关系,称之为离心泵特性性能曲线。理论计算表明,叶轮外圆切削使直径变小后,如果直径减小的幅度在20%内,泵效率基本不变。并且切削前后叶轮出口的截面积也可认为大致相等,存在如下比例定律关系:
其中:
Q`,Q—切削改变前、后流量,单位m3/s;
H`,H—切削改变前、后扬程,单位m;
P`,P—切削改变前、后轴功率,单位kw;
D`,D—切削改变前、后直径,单位mm。
在泵的分类、实验设计和产品系列化方面,引入比转速这一概念,用ns表示:
其中:
n—离心泵转速,单位r/min;
Q—流量,单位m3/s;
H—扬程,单位m。
离心泵比转速大小与输送液体的性质无关,而与叶轮的形状及泵的特性有密切关系。可以根据比转速的大小,将泵分为低比转速、中比转速、和高比转速的离心泵,以及比转速更高的混流泵和轴流泵。
(1)根据公式②,计算这台泵的比转速
30<ns<80 属于低比转速离心泵,叶轮最大允许切割量为20%。
(2)根据公式①,计算切割后叶轮直径
叶轮切割量约为11.5%,小于20%。2020年4月,将叶轮由原来的450mm 切削减小至400mm,试验解决泵温度高及振动大问题。
4 结语
叶轮切削至400mm 后,更换新轴承、按安装技术要求回转整台泵,开车试运行,试车后两小时内测得两处温度和振动有效值如下表:
项目 时间 20min 40min 60min 80min 100min 120min轴承A温度 51℃ 56℃ 57℃ 58℃ 57℃ 57℃振动 2.7 2.4 2.8 3.1 2.8 2.7轴承B温度 56℃ 54℃ 55℃ 56℃ 58℃ 59℃振动 3.3 3.5 3.1 4.2 3.8 3.8
可以看出,切割叶轮后轴承振动极大的改善,符合国家标准要求,轴承温度也在正常范围内。
实际生产中,常常出现因为工艺变动致使泵不运行在额定流量允许范围内的情况,导致泵体振动过大、轴承温度过高,影响设备运行和工艺运行安全性和稳定性。论文提供了一种改善泵体振动的方法,在实际工程维修中取得很好的效果。