多级泵常见故障分析及处理

2022-03-07刘嘉庆

石油化工建设 2022年11期

关键词：轴套离心泵叶轮

高谦张海刘嘉庆张虎于英

独山子石化设备检修公司新疆克拉玛依 833699

某化工厂某装置的多级离心泵为产品外送泵，其结构为双支撑多级离心泵。因为是产品外送泵，根据产品罐的液位高低，此泵间歇运行，常开2～3h 就停机数小时不等。前阶段该泵连续出现振动超标，噪音大，停泵后盘不动车的故障，严重影响了装置的平稳运行。

1 机泵故障现象

该泵为垂直剖分卧式多级离心泵，5 级叶轮，采用平衡盘和止推轴承组成泵平衡装置，轴封采用双端面机械机封。该多级离心泵相关参数见表1。针对该泵在近期的检修统计如表2 所示。

表1 多级离心泵相关参数

由表2 可以看出，该泵的故障主要变现为：机泵振动大，噪音大；泵停车后盘不动车；机封泄漏；止推轴承损坏，润滑油变质。经过对泵的拆检，发现叶轮口环、级间衬套磨损，平衡盘磨损，轴承磨损。如图1 所示。

表2 多级离心泵检修统计表

图1 多级离心泵损坏检查

2 故障原因分析

2.1 轴承失效

滚动轴承的磨损失效会对整个设备的运转造成不良影响。泵振动超标、噪音大都是轴承失效的主要表现形式。在对泵进行拆解过程中，发现轴承箱内存在金属杂物，分析后确认为轴承保持架碎渣，出现问题的可能原因分析如下：

（1）安装问题：拆检时测量各处定位尺寸，均在正常范围内，且此轴承安装时可轻松装入轴承室，此原因可排除；

（2）轴承润滑不良及清洁度问题：经查阅巡检记录，发现油位一直正常，且对旧轴承滚子、内外滚道检查均未发现异常磨损，此原因可排除；

（3）轴承承受冲击负载：此驱动端为自由端，采用圆柱滚子轴承，不承受轴向力，滚子与内圈在轴上没有限位，可自由滑动，轴向力不会对其造成影响，此原因可排除；

（4）联轴器对中不良：复查对中时发现外圆偏差0.08mm、端面偏差0.05mm，均在标准范围内，此原因可排除；

（5）轴承选型错误：经查阅设备资料，结合设备运行工况，排除此原因；

（6）轴承个体质量问题：此原因可能性较高。

2.2 零部件异常碰磨

动静部件异常磨损，最直接的影响就是设备原有功能减弱甚至失效，对设备的稳定运行造成影响。对于多级离心泵而言，零部件磨损主要发生于轴承、平衡盘、叶轮口环、级间衬套和轴封等部分。异常磨损的发生往往伴随着设备振动偏高。

（1）碰磨的可能原因之一：泵轴挠性轴所致。理论上泵轴中间部位偏离中心值最大，尤其在开机瞬间，即中间几级导叶衬套发生碰磨的可能性最大。从实际检查来看，正是中间几级口环及衬套的磨损较严重，因而此原因不能排除。

（2）碰磨的可能原因之二：轴承座中心偏移。由于厂家设计的驱动端/ 非驱动端轴承座在安装时采用止口配合，无定位销，导致无法保证泵的转子处于中心位置，此原因不能排除。

（3）碰磨的可能原因之三：泵内进入杂物，介质过脏。该泵各级口环间隙均在0.40mm 左右，级间套间隙也偏小，如果颗粒物进入口环或者衬套，极易引起磨损。新级间套加工后，未进行热处理，材质不符合要求，表面硬度不够，与壳体摩擦后容易堆积咬死。从现场拆解看，口环磨损无规律，不能排除此原因。

（4）碰磨的可能原因之四：非定位端甩油环与轴承内圈相对运动。非定位端甩油环与轴承内圈相对运动，过热变色，内孔变小与轴抱死，用液压工具打压100bar 才拆掉。分析认为，油封背冒未将轴向挤紧，轴向定位不牢固。经过测量发现，油封、修复后的甩油环和轴承内圈三者之间在油封背冒打紧后仍有0.8mm 间隙，是导致相对运动的原因，因而不能排除此原因。

2.3 工艺原因

（1）泵抽空：由于该泵开停次数过于频繁，每次运行时间2- 3 小时，在操作过程中容易导致泵内抽空，由于泵内无介质，转动部件易发生干磨，泵出口压力降低，平衡盘失去作用，轴向力由止推轴承进行平衡。止推轴承承受力增大后，温度急剧上升，使的润滑油变质，同时，过大的轴向力使轴承寿命降低损坏，转动部件开始跳动或更大的轴向位移，从而导致多处摩擦。使泵体失稳，振动增大并伴随噪音。

（2）叶轮气蚀：泵运行过程中，由于输送介质温度变化较大，介质内含有气体，可能导致出现气蚀现象。以及该泵频繁开停，操作过程中，出口阀的开度过大也可能导致气蚀现象的发生，从而导致泵的运行状态较差。

2.4 其他原因

（1）机械松动：运行过程中，由于各连接部位如泵地脚螺栓、芯包螺栓等紧固件的松动，都可能导致机泵运行振动偏大。

（2）装配原因：泵解体检修次数较多，拆解过程中可能出现数据测量误差、安装失误，以及对零配件磨损情况的检查不到位，都可能造成振动过大。

3 改进措施及建议

多级离心泵多种缺陷均可能导致设备振动偏高，大多数可以通过对设备进行解体检修消除，针对以上原因特制定以下措施：

3.1 轴承座找中心

转子找中心，高压端上下总间隙0.6mm，转子提升0.3mm，上下居中。左右表值几乎不动，未做调整。详见图2。

图2 转子中心调整图

低压端调整时，转子自由状态上下总抬量为1.75mm，安装轴承箱后上下总抬量为1.15mm。最开始按照1.15mm 抬量调整，顶上去0.50mm 时，盘车过紧；降到0.20mm 时，盘车轻松，因此判断总抬量应以1.75mm 为标准。1.75- 1.15=0.6mm，0.6+0.2=0.8mm，此时转子盘车最轻松，转子上下居中。在调整左右时，左右间隙大约0.10mm，边盘车边调整，直到盘车最轻松那个点。轴承箱螺栓全部拔紧后发现，盘车有些偏重，判断轴承箱结合面垂直度不好，于是松开螺栓，边盘车边对角对称拔紧，最后拔完螺栓，盘车轻松。

3.2 调整碰磨处径向间隙

进行叶轮级间套跳动、端面跳动检查，发现二级级间套端面跳动0.07mm，严重超标。进行了研磨修复，修复完为0.02mm。由于该级间套与壳体径向磨损严重，上床进行了车削修复，径向间隙由0.40mm 放大到0.80mm。叶轮口环也由原来的0.45mm 放大到0.65mm，叶轮口环径向跳动最大0.05mm，符合使用要求，转子小装完动平衡符合要求。转子做动平衡前，平衡盘轴向定位，转子小装完，在不装O 型圈的情况下，测得轴向仍有0.8mm 间隙。由于动平衡需要，加工一个0.8mm 厚垫片，这样将各级叶轮全部挤紧，开始做动平衡。正式安装时，O 型圈装上后预计有0.4mm 热膨胀间隙。保证各部间隙在规定范围内。

3.3 优化工艺操作

由于泵每天运行2～3h，频繁的开停机容易导致泵系统失稳或者抽空现象。建议优化工艺操作，尽量避免频繁的开停机。且在开泵前检查入口压力达到要求后再进行开泵，出口压力避免出现过高或者过低，以防抽空，并且跟踪平衡管高压出口压力。定期清洗过滤器，防止滤网堵塞或者破损，导致抽空或者泵内进杂物。

3.4 叶轮隔板增加倾斜中段

多级泵在运行过程中很容易在首级叶轮、平衡鼓及平衡鼓套位置发生磨损。随着叶轮级数增加，泵轴挠性增大，在开机瞬间极易发生挠性变形，导致中间叶轮位置处发生磨损。

通过对叶轮隔板进行改造，将中间段隔板改为倾斜中段，以此来适应泵轴的挠性变形，从而避免转子部件与泵壳的碰磨。

在多级泵的能量损失中，机械摩擦损失占总能量损失的70%。通过倾斜中段结构，使静止部件与转子部件的实际运转挠度曲线相吻合，还能降低机械摩擦损失，提高泵的效率。因为有倾斜中段结构，口环之间、平衡鼓与平衡鼓套之间的间隙很小，单边间隙比没有倾斜中段小25%～30%，从而大大降低容积损失、提高泵效率。

3.5 建议将平衡盘改为平衡鼓

针对泵频繁启停情况，建议采用平衡鼓装置。此装置能平衡约85%轴向推力，在正常运转的工况点，通过选择平衡鼓直径可以使轴向力降到最低，残余的轴向力由推力圆锥滚子轴承或可倾瓦推力轴承承受。平衡鼓的设计可以适应在最大流量点的30%～120%运行，流量可以达到最佳效率点的130%，并且几乎没有磨损。平衡鼓结构对泵的每天启停次数没有具体要求，相比平衡盘结构更适合频繁启动的工况。

3.6 优化检修工艺

（1）在装配之前，所有泵的零件，特别是互相配合的精加工表面都必须彻底清理干净。所有配合止口、密封端面和密封沟槽都要涂上一层二硫化钼。清点全部零件，并按装配次序分类、编号。

（2）将首级导叶装入左吸水室并用螺栓固紧，然后把支承架固定在安装底板上。装上左定距轴套、首级叶轮、右定距轴套和相应的键，并用带防松顶丝的定距螺套固紧。将右吸入室用螺栓固紧于左吸水室。装上键和第二级叶轮及叶轮分半卡环，将装好密封环的导叶打入装好密封环及防转销的中段。将密封圈装入左吸水室沟槽，将第一级中段、导叶装入左吸水室止口，用螺栓固紧。依次装上各级叶轮、键、导叶、中段及密封圈等，用螺栓固紧，并用垫块或千斤顶将各级中段支承起来。装上末级导叶和吐出环后，拧紧螺母。装上平衡盘、密封垫、压环、分半卡环、卡环套及固紧螺栓，然后装上键与后端喉部轴套。将装有密封圈的平衡套装入泵盖，将缠绕垫装入泵盖凹槽内，将泵盖吊起并装入吐出环止口，固紧泵盖螺栓。

（3）测量并记录转子轴向总窜动量：装有密封圈的后轴承托架装入泵盖并固紧螺母，装有密封圈的前轴承托架装入泵体并固紧螺母，将前后轴承体分别装在前后轴承托架上，然后装上定位销并将螺栓固紧。用百分表测量两侧转子抬量，用手盘转子，应转动灵活、无阻卡现象。

（4）轴承部件装配：按总图及轴承体部件图装上轴承体,在装成对安装角接触球轴承时，将平衡鼓盘靠上平衡套平面。用百分表测量中间轴承体的平面C 与油环套端面之间的尺寸，在此尺寸减去（0.08±0.1）m 即为调整环所需厚度，调整环还应在磨床上磨削多余量。通过调整垫厚度，保证推力轴承与后轴承端盖之间的间隙为0.4～0.5mm。

（5）机械密封安装，待前后轴承部件安装完毕后，方可最终安装机械密封。依次拧紧机械密封压盖螺母，机封轴套紧定螺钉。将机封轴套限位板退出轴套槽，并拧紧在机封压盖上。