干氣制乙苯屏蔽泵P202軸套磨損故障分析

張磊 王艷輝（蘭州石化公司設備維修公司，甘肅蘭州730060）

干氣制乙苯屏蔽泵P202軸套磨損故障分析

張磊 王艷輝（蘭州石化公司設備維修公司，甘肅蘭州730060）

本文通過對超低比轉速屏蔽泵的計算，以干氣制乙苯屏蔽泵P202為基礎計算在小流量的情況下受徑向力情況，以及該徑向力造成的軸套磨損的理論性分析。對該設備的故障最終判斷和設備改進提供依據。

超低比轉速；徑向力；軸套磨損；

一、概述

1.簡介

屏蔽泵P202主要用來輸送原料苯，是該干氣制乙苯裝置的關鍵設備，該裝置主要工藝是將煉油廠重油催化裝置生產中生成的干氣通過與苯原料的反應來生產乙苯，該設備能否正常運轉決定著裝置生產的穩定。

2.現狀調查

該設備為大連帝國屏蔽電泵有限公司生產的屏蔽泵。具體參數如下：

型號BA23-716J4BM-0810W1-H

表1 設備參數

自裝置開工以來設備經常發生故障。設備運轉4-8個小時后，軸承振動監測指示表由原來的綠區變為黃區，甚至達到紅區。檢修人員解體后主要發現石墨軸承磨損，不銹鋼軸套表層燒損，推力盤磨損嚴重。

二、原因分析

該設備的不銹鋼軸套和推力盤在短時間內磨損較大，說明存在很大的徑向力和軸向力。從設備運行參數看，該設備的流量小揚程高，根據比轉速計算公式：，計算出該設備理論工況下的比轉速為28.73＜30（標準離心泵比轉速范圍30-300）［1］。設備為超低比轉速離心泵。如果按照常規的設計，設備的性能容易發生很大的偏差，運行工況將遠遠偏離最佳工況。通過調查發現，該設備現運行工況為Q=37m3/h，遠遠低于設計工況。

1.實際揚程計算

理論上流量與揚程，功率成線性關系，則建立線性方程可以計算出現有流量下的揚程H。［2］

將實驗數據帶入求得：

則計算出現有工況下的揚程為H=198.51m

2.徑向力計算：

按徑向力經驗公式

式中：Q0——設計流量Q——實際工作流量

H——泵的揚程B2——葉輪出口總寬度

D2——葉輪外徑γ——液體重度

計算得徑向力Fr=2431.69N，對于石墨軸承而言，徑向力有些偏大。

三、計算石墨軸承摩擦產生的熱量

由于在現有低流量的情況下產生的徑向力通過旋轉成為不銹鋼軸套的摩擦力矩，這力矩造成不銹鋼軸套升溫。現通過計算求出升高溫度。

1.用福格波爾（Vogelphol）理論計算摩擦因數μ

1）計算索氏數

式中：

S0——無綱量數群，索氏數ψ——相對間隙

B——軸承寬度d——軸頸直徑

η——動力粘度（Pa·s）ω——角速度（rad/s）

n——轉速（r/min）F——軸承外載荷F=PA

P——潤滑介質壓力（Pa）

A——潤滑介質水平面上的界面投影（m2）

根據現場測量與查找相關資料得到數據：

Ψ=0.5mm；B=120mm；d=90mm；η=0.4mPas；ω=2πn/60= 303.687rad/s；

P=2.0MPa（葉輪出口循環液壓力）；A=0.0108m2；F=0.0216×106N；

則計算出索氏數s0=4.116

2）計算摩擦因素

對于重載或低速運轉的軸承，利用福格波爾根據許多實驗結果得到的最終公式計算。［3］

得到：μ=0.003。

2.計算摩擦力做功

摩擦力做功為：W=Mθ

式中，M——摩擦力矩

θ——一定周期內的轉動角度

計算出摩擦力矩M=0.33Nm

1 分鐘轉過角度θ=18221.24rad

則1分鐘摩擦力做功W=6013J

3.計算摩擦力做功使軸套升溫的影響

根據熱力學公式Q=cmΔt可以計算出軸套升高溫度。

c不銹鋼軸套的比熱容c=500J/kg℃

m不銹鋼軸套的質量

m=ρV=7.93*103kg/m3×π×（0.0902m-0.0702m）/4×0.12m=2.39kg

則升高溫度Δt=5.032℃

而不銹鋼的熔點溫度為1440℃，現運轉時初始溫度為60℃

達到熔點只需要t=（1440-60）/5.032=274min≈5h

也就是在這種非標準工況下，連續運轉5小時軸套表面就會發生熔化。這與現狀相符。

四、低流量下超低比轉速泵的影響

通過計算我們可以得出低流量下，超低比轉速泵的徑向力增大，更容易造成石墨軸軸承與不銹鋼軸套的損壞。

現階段的解決方法只有重新設計選型。在對設備進行選型設計時，尤其屏蔽泵中，低比轉速尤其是超低比轉速泵，在水力設計時，應充分考慮到徑向力對石墨軸承壽命的影響。

［1］余良儉.超低比轉速屏蔽泵軸承失效分析及力的平衡研究［J］.石油化工設備技術，2007.28（5）：31-35.

［2］田嘉猷.離心泵流量-揚程特性曲線方程的計算［J］.鐵道標準設計，1985（10）：27-30

［3］張憲文，陸天煒，吳鹿鳴.滑動軸承摩擦因數的實驗研究［J］.機械制造與自動化，2009（12）：50-51，89.