多級(jí)離心泵因其高揚(yáng)程、中壓力、大流量、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)在煉油化工企業(yè)得到廣泛應(yīng)用。
1、故障現(xiàn)象
該類泵投產(chǎn)以來，維修難度較高，故障現(xiàn)象多表現(xiàn)為泵體振動(dòng)大，機(jī)械密封泄漏，多次振動(dòng)速度達(dá)13mm/s以上，電機(jī)電流超標(biāo)跳車。最初兩次檢修只拆開前后端蓋檢查軸承、機(jī)械封和出液端的平衡盤，更換了軸承和機(jī)械封的損壞部件，每次均發(fā)現(xiàn)平衡盤及平衡座端面有不同程度摩擦損傷，按經(jīng)驗(yàn)將光刀回裝后故障現(xiàn)象仍舊。后將整個(gè)泵體大修解體，檢查所有零件，發(fā)現(xiàn)各級(jí)葉輪、導(dǎo)葉輪、軸套、平衡盤、平衡套及密封環(huán)都存在不同程度的磨損，泵軸彎曲，軸承座與泵軸的同軸度偏差較大。
2 、原因分析
2.1 多級(jí)離心泵存在較大軸向推力
每次檢修拆開檢查平衡盤，都發(fā)現(xiàn)其表面被擦傷，多為軸向推力過大而造成的。多級(jí)離心泵的軸向推力比單級(jí)離心泵大得多，如果設(shè)單級(jí)葉輪的軸向推力為FA，對(duì)同樣尺寸的多級(jí)離心泵葉輪，其級(jí)數(shù)為i，則總的軸向推力為iFA，多級(jí)離心泵的軸向推力可在幾十kN，甚至上百kN。它的軸向推力的平衡方法是采用平衡盤，其結(jié)構(gòu)如圖1。離心泵正常工作時(shí)，末級(jí)葉輪出口處壓力P2通過徑向間隙b后，泄漏到平衡盤中間室的液體壓力降到平衡盤前的壓力P1，液體再經(jīng)過軸向間隙，壓力降為P0，在平衡盤兩側(cè)由于壓力差P1-P0的存在，作用在相應(yīng)的有效面積上，便產(chǎn)生了與軸力方向相反的平衡力-FA。若因負(fù)荷的變化使軸向推力增大，當(dāng)作用在平衡盤上的平衡還未改變時(shí)，軸向推力將大于平衡力，轉(zhuǎn)子便朝吸入側(cè)位移一段微小距離。此時(shí)，軸向間隙減小，泄漏的液體量將會(huì)減小。而徑向間隙b是不變的，當(dāng)泄漏量減小時(shí)，阻力損失減少，平衡盤前的壓力P1升高。同時(shí)泄漏量減少也會(huì)使平衡室內(nèi)的壓力P0下降。這樣在平衡盤兩側(cè)的壓力差增大，平衡力增加。直到軸向間隙b0減少到使平衡力與軸向推力相等為止。反之亦然。
2.2 葉輪密封環(huán)間隙的影響
檢查中發(fā)現(xiàn)，葉輪的密封環(huán)間隙磨損較為嚴(yán)重，檢修規(guī)程要求控制在0.3～0.44mm，而實(shí)際多數(shù)已達(dá)到1mm以上，有的間隙甚至有2mm。當(dāng)密封環(huán)的間隙變大后使葉輪前蓋板與泵腔內(nèi)產(chǎn)生了徑向流動(dòng)，當(dāng)有徑向流動(dòng)時(shí)，會(huì)改變泵腔內(nèi)的壓力分布，使前泵腔中液體壓強(qiáng)減小。這是因?yàn)槿~輪出口壓力不變，液體在流動(dòng)中必然產(chǎn)生附加壓力。于是增大了軸向力。8個(gè)葉輪的密封環(huán)間隙都有較大磨損，單個(gè)葉輪的軸向推力也都增大了，而整臺(tái)泵的軸向推力是8個(gè)葉輪軸向推力的迭加。而且導(dǎo)葉輪與葉輪之間的間隙也磨損增大，又進(jìn)一步增大了軸向推力。整個(gè)軸向推力增大后，以前平衡盤的結(jié)構(gòu)就不能完全抵消軸向推力了。
2.3 零件的相互影響
密封環(huán)間隙及葉輪與導(dǎo)葉輪間隙磨損增大最終導(dǎo)致平衡盤磨損，這并不是一個(gè)單向的問題，泵體眾多軸系零件之間的故障影響是相互的。泵軸彎曲，軸承座與泵軸的同軸度偏差，造成葉輪、導(dǎo)葉輪、泵殼、密封環(huán)、軸套的磨損，使泵體振動(dòng)加大，軸向推力也增大，而平衡盤與平衡座也發(fā)生摩擦。反之泵體振動(dòng)也會(huì)因平衡盤的摩擦而升高，從而使葉輪、導(dǎo)葉輪、密封環(huán)、軸套、軸承等零件的磨損加劇，故障進(jìn)一步惡化。
3 、處理措施
針對(duì)具體問題，作出了以下幾方面的處理：第一，以前泵軸材質(zhì)為316奧氏體不銹鋼，實(shí)際運(yùn)行中剛度不夠，后改為強(qiáng)度和硬度更高的00Cr25Ni22Mo2奧氏體不銹鋼以達(dá)到更好的剛度，加工新軸，確保其徑向圓跳動(dòng)以軸承處軸頸為基準(zhǔn)不大于0.03mm。同時(shí)加工各級(jí)軸套予以更換。第二，將軸承座的內(nèi)孔光刀后重新鑲套，保證安裝軸承后，軸承中心與泵軸的同軸度，減小振動(dòng)，避免內(nèi)部零件摩擦。第三，以前平衡盤與平衡套的材質(zhì)也是316不銹鋼，為了增強(qiáng)平衡盤的耐磨性，采用對(duì)其表面用壓弧焊進(jìn)行堆焊，焊條用硬度較高的00Cr25Ni22Mo2不銹鋼。
4 、工藝操作中應(yīng)注意的問題
對(duì)于多級(jí)離心泵的操作，要注意一些問題。首先應(yīng)避免頻繁切泵，在啟泵及切泵過程中，要注意防止泵的汽化。在啟泵之前，為了防止進(jìn)出口閥內(nèi)漏而使介質(zhì)在泵體氣化或氣蝕，造成平衡盤與平衡座、機(jī)封的動(dòng)環(huán)與靜環(huán)之間形不成液膜而發(fā)生摩擦損傷。所以啟泵前引入介質(zhì)后應(yīng)充分排氣，待泵體溫度降下來后再啟動(dòng)泵運(yùn)動(dòng)。如遇泵啟動(dòng)后出口無壓力，應(yīng)立即停泵，排氣充分后再啟動(dòng)。工藝操作要求平穩(wěn)。