屏蔽泵低流量工作狀態下常見故障原因分析及應對措施

高書義

摘 要：撫順石油化工公司石油二廠甲乙酮裝置原料灌區的輕烴（C4、C5）為低沸點、易燃、易爆介質。為確保裝置的安全、平穩、長周期運行，選用了無密封自潤滑的屏蔽泵向主裝置輸送碳四原料進行反應。投用后該泵經常發生汽蝕斷流的現象。車間技術人員判斷為吸入口壓頭不夠所致，但提高吸入罐的操作壓力和液位后，仍不見好轉。故對屏蔽泵進行了故障分析。

關鍵詞：屏蔽泵;低流量工作;故障分析

1 屏蔽泵的性能參數和結構

屏蔽泵是采用日本技術制造的，其型號RW82-518H4BM-0506V1B1-H。性能參數如表1。

結構上，泵的軸承內側有推力盤，其端面與軸承的止推面接觸而承受軸向載荷;另外，泵的逆循環系統由泵尾端向吸入罐進行引流散熱。

2 屏蔽泵的運行情況

參看車間有關該泵的運行記錄和技術檔案，發現其間，小修兩次，更換石磨軸承四個，推力盤四個;返廠大修一次，轉子組件因磨損嚴重使得所有機械配合失效，更換了泵的轉子部分。其中較為典型的情況是：

（1）軸承、軸套、推力盤嚴重磨損，前軸套和推力盤表面有熱裂紋。

（2）定子套、轉子套磨損。

（3）葉輪入口的凸掾磨損，流道內汽蝕痕跡很明顯。

3 屏蔽泵的故障分析

從泵的運行情況和故障現象來看，主要是泵的軸推力長期過大，使得推力盤與軸承止推面的介質液膜失效，進而各種摩擦副劇烈摩擦只至破壞。對比各種操作參數，只有流量遠離設計參數。故，對泵的流量與軸推力的關系加以分析。

3.1 軸推力的產生

假設液體以p1進入葉輪，從葉輪中獲得能頭后，流出葉輪的壓力為p2。在泵葉輪兩側間隙均充滿了有壓液體，密度為ρ并隨輪以ω的角速度旋轉。根據旋轉體離心力的平衡式得：

2、Hi在多級泵里取最終揚程，單級泵取理論揚程。

據有關文獻，離心葉輪的揚程與流量關系式滿足

3.2 軸推力與流量的關系分析

⑤中軸推力A與流量Q呈反向線性關系，具體可采集相關數據分析如下：

依據泵廠家提供的型譜圖，在額定流量處采集樣點數據4、在有效流量處采集樣點數據3與5、在泵得實際流量處采集數據2、在泵的外推流量處采集數據1與6、在坐標紙上表示為圖2，做以分析：

（1）整體上整個數據曲線呈一次反比例關系，與上面推導的公式吻合，說明該式有可借鑒性。

（2）數據4是泵的額定工況值，6.98公斤的壓力略大于泵的入口壓力，即吸入罐的操作壓力4.8公斤和位差值0.5公斤。加之葉輪上開有平衡孔，整個軸向力被平衡掉。

（3）數據3、5分別是泵的有效流量的大小邊界值。即在此流量范圍內泵可正常運行。可以看到數據3、5額定值的正負百分之二十之值，此工況下推力盤與軸承止推面間的介質液膜能夠承載額外的壓力而不被撕破，起到阻滯摩擦的作用。

（4）數據1、6是依據公式外推的極限值，即只用與分析的數據，它們不是實際存在的值，但對實際卻有指導意義。

從中可以看出流量過大，軸向力成負值說明泵負載過高，揚程已經降到極點，使入口壓力大于軸向力，此時葉輪失去增壓的能力了;流量過小，軸向力遠大于入口壓力。而軸向力是隨入口壓力被動變化的，即入口壓力變的很小，事實上此時泵不再有自吸能力，不能正常工作了。

（5）數據2是泵的操作流量。很明顯此流量小于額定流量，由外推值的分析可知：此工況下軸向力較大而吸入口壓力較小，過剩的軸向推力破壞了止推面上的潤滑液膜，摩擦副直接接觸，進而使整個軸及轉子向入口移動。另外，過小的吸入壓力達到介質在此溫度下的飽和蒸汽壓時，泵發生汽蝕。這也就是泵經常發生汽蝕的直接原因。

（6）另外，還有泵的一個最小流量值：

經計算約為4.6t/h，在圖上靠近數據2處，其工況同數據2相似，不再復述。

3.3 軸推力的平衡

有害的軸推力必須平衡掉，這是泵在設計之初就應考慮的問題。此屏蔽泵采取了通常中小型離心機械采用的方法：在輪盤上與口環直徑相同處開平衡孔，使輪盤兩側的液體空間相同。由于液體通過平衡孔時必受到阻力，輪盤兩側液體的壓差就必然存在，故開平衡孔后仍有部分軸推力未能平衡，并需要軸承來承受。

另外，該泵為立式泵。泵的軸及轉子的自重通過推力盤也由軸承承擔。很顯然開平衡孔不能徹底平衡掉軸向力，而殘存的軸推力使得泵的操作彈性大大降低，即能正常流量的區域變小了。

3.4 故障診斷的結論

經上面分析論證，給出如下結論

（1）小流量運行引起軸推力增大。泵在小流量的工況下運行，軸推力徒然增大，附加載荷超過了軸承的承載能力。當軸承的止推面與推力盤的摩擦面之間的正壓力大至間隙間介質液膜的動壓，液膜變薄或失效，整個摩擦副不能起到負載作用。石磨軸承的止推面嚴重磨損，造成整個轉子前串量增大，于是各種機械配合被破壞，零件磨損失效。

（2）小流量運行易使泵汽蝕。易氣化的物料碳四流至泵的負壓區，形成汽蝕和汽阻，同時泵自身逆循環流動的潤滑液體流經各個間隙時，截面變小，流速加快，壓力下降，加之汽蝕后流量供給不足，也產生氣化，引起液膜振蕩。這是石磨軸承出現熱裂紋的主要原因。

（3）泵配管不良引起水力沖擊。如圖所示，泵的管線配置不合理，出口管線直徑和大于入口管徑，出口閥的可操作開度相當小，閥門微調就急遽的改變了泵的管路特性。使泵在不穩定工況下運行，一旦發生汽蝕汽阻便吸入量不夠，在泵和管路中發生周期性的水擊現象。引起軸承載荷周期變化，轉子軸隨之前后竄動，造成沖擊載荷，嚴重時會擊碎整個石磨軸承。

4 屏蔽泵故障的消除

整體來看，甲乙酮屏蔽泵的故障是泵長時間低流量運行造成的結果。在滿足工藝和生產的要求和條件下，采取的故障消除措施有以下點：

（1）利用泵的回流管線保持泵的操作流量在正常范圍內。這樣做雖然增加了能耗，但能保持裝置平穩連續的運行。

（2）保持屏蔽泵尾部回流管線的暢通。使泵體因摩擦副而生成的熱量能盡快流走。

（3）保持泵吸入罐的高操作壓力和低操作溫度。保證在對應的流量下有相對富余的汽蝕余量。

參考文獻

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