半貧液泵軸振動分析及處理

傅建新

（上海石化工業(yè)學(xué)校，上海 201812）

上海石化某化工廠脫碳系統(tǒng)工藝流程中的貧液泵和半貧液泵是主要設(shè)備。半貧液泵主要是把從CO2再生塔中部出來的半貧液溶液，經(jīng)過加壓后送入CO2吸收塔中部，用以吸收工藝氣體中的CO2；半貧液泵是脫碳系統(tǒng)合成裝置的關(guān)鍵機(jī)泵，該泵運(yùn)行的好壞直接影響到脫碳系統(tǒng)乃至整個裝置的長、穩(wěn)、安、滿、優(yōu)運(yùn)行。由于工藝流程、操作方法和設(shè)備的檢修質(zhì)量等多方面原因，裝置中的半貧液泵經(jīng)常會出現(xiàn)振動異常、燒壞軸承、抱軸及零部件損壞等事故，給企業(yè)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。圖1為半貧液泵裝配圖。

圖1 半貧液泵裝配圖

1 半貧液泵結(jié)構(gòu)概述

本裝置的半貧液泵采用的是單級雙吸中開式離心泵，介質(zhì)為本菲爾溶液，介質(zhì)工作溫度85℃，工作轉(zhuǎn)速為2950r/min，兩側(cè)均為滾動軸承支承；固定端為向心軸承，軸承端蓋處墊有0.1mm的紙質(zhì)墊片，這是為受熱膨脹留有的間隙；泵軸的膨脹端（自由端）在聯(lián)軸器側(cè)。泵與電動機(jī)的聯(lián)接方式為剛性凸緣聯(lián)軸器，這種聯(lián)軸器對中要求較高：軸向角度偏差≤0.02mm，徑向跳動≤0.05mm，泵軸兩端的軸承跨距為1000mm，泵的結(jié)構(gòu)參照圖1。

2 半貧液泵產(chǎn)生振動的原因

設(shè)備運(yùn)行中半貧液泵的異常振動會引起設(shè)備損壞和生產(chǎn)效率的降低，分析產(chǎn)生振動的原因一般包括以下兩個方面。

2.1 工藝方面

該泵工作介質(zhì)是來自二氧化碳再生塔的半貧液，入口壓力為0.3MPa。而在塔內(nèi)存在有150～200mm厚的CO2氣泡層，當(dāng)生產(chǎn)波動時，將會有少量的氣泡隨溶液帶入泵內(nèi)，導(dǎo)致泵發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，造成泵軸的異常振動。這種現(xiàn)象會經(jīng)常發(fā)生，當(dāng)由于汽蝕產(chǎn)生異常振動時，這時測量泵兩端的軸承，振動值由正常值0.02mm上升到0.05～0.1mm。

2.2 裝配質(zhì)量方面

機(jī)泵運(yùn)行的好壞不但與工藝流程、工藝操作有直接的關(guān)系，而且與設(shè)備檢修及裝配質(zhì)量的優(yōu)劣有很大關(guān)系。裝配質(zhì)量與生產(chǎn)維修人員的技術(shù)素質(zhì)、工作態(tài)度和責(zé)任心等有較大的關(guān)系。例如：聯(lián)軸器對中質(zhì)量、轉(zhuǎn)子的平衡精度、各部件的配合精度和各部件間隙的嚴(yán)格控制，各項(xiàng)指標(biāo)的執(zhí)行超差是產(chǎn)生軸振動的主要因素。對應(yīng)上面兩個引起振動的考慮方向，一般在該泵的裝配調(diào)試和檢修中，從以下八個因素進(jìn)行排查和調(diào)整：（1）軸的剛度不足，泵軸彎曲造成振動；（2）基礎(chǔ)地腳螺栓松動，導(dǎo)致振動；（3）聯(lián)軸器對中不良導(dǎo)致振動；（4）泵自身因素引起振動（如汽蝕、葉輪密封環(huán)間隙過大等）；（5）軸承磨損，使軸向竄動過大引起振動；（6）潤滑不良引發(fā)振動；（7）管道及其安裝固定剛度不夠?qū)е抡駝樱唬?）離心泵葉輪質(zhì)量偏心引起振動。

3 半貧液泵異常振動分析

該廠脫碳系統(tǒng)的半貧液泵在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)噪聲增大，振動明顯。進(jìn)行檢測和分析，根據(jù)以前該廠設(shè)備檢修經(jīng)驗(yàn)，在以下幾個方面進(jìn)行排查。

3.1 汽蝕排查

半貧液泵經(jīng)過檢修后，各部分的間隙、配合、以及對中均符合技術(shù)要求，但試車時泵啟動兩分鐘后，泵軸就發(fā)生異常振動，噪聲較大。按以前經(jīng)驗(yàn)，先進(jìn)行排氣發(fā)現(xiàn)效果不明顯，然后持續(xù)加大負(fù)荷，正常情況下振動應(yīng)該下降，但是現(xiàn)場情況是振動不但沒有下降，反而上升，噪聲也增大。根據(jù)以往檢修經(jīng)驗(yàn)判斷，因工藝發(fā)生汽蝕現(xiàn)象的可能性較小，應(yīng)該是其他因素造成該泵的異常振動。

3.2 質(zhì)量不平衡及對中不良排查

狀態(tài)檢測發(fā)現(xiàn)固定端軸承溫度比自由端高10℃，而且有上升趨勢，這說明該軸承承受的交變應(yīng)力是很大的。泵停車檢測聯(lián)軸器的軸向角度偏差為0.02mm，徑向跳動為0.05mm，符合對中要求；打開泵蓋檢查葉輪與軸的同軸度符合裝配要求（泵殼上無明顯摩擦痕跡），轉(zhuǎn)子和定子的零部件也沒發(fā)現(xiàn)松動或脫落，由此可以排除該泵葉輪質(zhì)量不平衡，泵軸彎曲和對中不良引起的振動。

3.3 其他方面檢查

拆下固定端的軸承端蓋，發(fā)現(xiàn)該軸承端蓋端面有磨損痕跡，軸承外圈有軸向凸起現(xiàn)象（這表明為熱膨脹預(yù)留的0.1mm的間隙沒有了），經(jīng)檢測軸承外圈向外凸起0.54mm，這表明軸的膨脹沒有向自由端延伸，軸向脹力全部由固定端軸承承擔(dān)，導(dǎo)致軸的膨脹受阻。

理論推算如下：

兩軸承支點(diǎn)跨距：L=1000mm；

鋼的熱膨脹系數(shù)：i=1.1×10-5（由查資料所得）；

環(huán)境溫度：t0=25℃；

介質(zhì)溫度：t=85℃；

溫差：Δt=t-t0=85℃-25℃=60℃；

則轉(zhuǎn)子的熱膨脹量：

ΔL=L×i×Δt=1000×1.1×10-5×60=0.66mm。

那么：0.66=0.56+0.1（mm），基本符合復(fù)查時的測量結(jié)果（軸承外圈軸向凸起0.54mm），通過推算進(jìn)一步驗(yàn)證軸的膨脹全部竄到固定端。

3.4 自由端檢查

從自由端結(jié)構(gòu)可以看出，聯(lián)軸器是剛性結(jié)構(gòu)，膨脹處在軸與聯(lián)軸器孔的配合處，該處的配合為間隙配合；鍵的垂直方向上有一個緊定螺釘（如圖2所示），該緊定螺釘只是防止鍵松動和消除鍵與聯(lián)軸器的徑向間隙而設(shè)，并不起固定或緊固作用，只要輕輕將鍵頂住即可，不需要很大的徑向力。但檢查發(fā)現(xiàn)，該緊定螺釘是擰緊的，這就使得軸與聯(lián)軸器構(gòu)成了一個整體，致使為膨脹設(shè)置的自由端不自由，軸的熱膨脹量無處延伸，軸受過大軸向力擠壓導(dǎo)致軸承受力超載，致使軸承變形，并且導(dǎo)致泵發(fā)生異常振動。

4 振動故障的處理

根據(jù)上述分析，造成泵異常振動的主要原因是這個緊定螺釘，為了防止今后出現(xiàn)類似的誤操作，決定對這種結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，為了保證在工作狀態(tài)下軸與聯(lián)軸器能相對軸向移動，須做一個膨脹補(bǔ)償結(jié)構(gòu)（如圖3所示）。在平鍵上相對于緊定螺釘?shù)奈恢蒙香@一個直徑為φ9mm，深度為2mm的平底孔（緊頂螺釘為M8），這樣使螺釘與φ9mm孔之間有少量間隙，裝配時將螺釘頂靠在鍵上，這樣既可保證泵軸膨脹的自由伸縮，也能保證鍵不會松動。經(jīng)改造后試車，泵的振動明顯減小，檢測軸承的振動值降為0.02mm，該泵恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖2 改進(jìn)前的聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)圖

圖3 改進(jìn)后的聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)圖

5 結(jié)語

在實(shí)際生產(chǎn)中，脫碳系統(tǒng)運(yùn)行情況比較復(fù)雜，需要檢修人員具有較好的理論基礎(chǔ)和實(shí)際檢修經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)離心泵的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理，結(jié)合本企業(yè)生產(chǎn)工藝的情況，進(jìn)行分析。在排除一般原因之后，需要在觀察異常情況之后，進(jìn)行結(jié)構(gòu)、裝配、工藝、零件損壞等多方面的排查，對應(yīng)情況進(jìn)行維修和更換。并且設(shè)備的維護(hù)需要做到在額定工況運(yùn)行下的定期檢查和維保，保證生產(chǎn)的順利運(yùn)行。