多級泵常見故障分析及處理

高 謙 張 海 劉嘉慶 張 虎 于 英

獨山子石化設備檢修公司 新疆克拉瑪依 833699

某化工廠某裝置的多級離心泵為產品外送泵，其結構為雙支撐多級離心泵。因為是產品外送泵，根據產品罐的液位高低，此泵間歇運行，常開2～3h 就停機數小時不等。前階段該泵連續出現振動超標，噪音大，停泵后盤不動車的故障，嚴重影響了裝置的平穩運行。

1 機泵故障現象

該泵為垂直剖分臥式多級離心泵，5 級葉輪，采用平衡盤和止推軸承組成泵平衡裝置，軸封采用雙端面機械機封。該多級離心泵相關參數見表1。針對該泵在近期的檢修統計如表2 所示。

表1 多級離心泵相關參數

由表2 可以看出，該泵的故障主要變現為：機泵振動大，噪音大；泵停車后盤不動車；機封泄漏；止推軸承損壞，潤滑油變質。經過對泵的拆檢，發現葉輪口環、級間襯套磨損，平衡盤磨損，軸承磨損。如圖1 所示。

表2 多級離心泵檢修統計表

圖1 多級離心泵損壞檢查

2 故障原因分析

2.1 軸承失效

滾動軸承的磨損失效會對整個設備的運轉造成不良影響。泵振動超標、噪音大都是軸承失效的主要表現形式。在對泵進行拆解過程中，發現軸承箱內存在金屬雜物，分析后確認為軸承保持架碎渣，出現問題的可能原因分析如下：

（1）安裝問題：拆檢時測量各處定位尺寸，均在正常范圍內，且此軸承安裝時可輕松裝入軸承室，此原因可排除；

（2）軸承潤滑不良及清潔度問題：經查閱巡檢記錄，發現油位一直正常，且對舊軸承滾子、內外滾道檢查均未發現異常磨損，此原因可排除；

（3）軸承承受沖擊負載：此驅動端為自由端，采用圓柱滾子軸承，不承受軸向力，滾子與內圈在軸上沒有限位，可自由滑動，軸向力不會對其造成影響，此原因可排除；

（4）聯軸器對中不良：復查對中時發現外圓偏差0.08mm、端面偏差0.05mm，均在標準范圍內，此原因可排除；

（5）軸承選型錯誤：經查閱設備資料，結合設備運行工況，排除此原因；

（6）軸承個體質量問題：此原因可能性較高。

2.2 零部件異常碰磨

動靜部件異常磨損，最直接的影響就是設備原有功能減弱甚至失效，對設備的穩定運行造成影響。對于多級離心泵而言，零部件磨損主要發生于軸承、平衡盤、葉輪口環、級間襯套和軸封等部分。異常磨損的發生往往伴隨著設備振動偏高。

（1）碰磨的可能原因之一：泵軸撓性軸所致。理論上泵軸中間部位偏離中心值最大，尤其在開機瞬間，即中間幾級導葉襯套發生碰磨的可能性最大。從實際檢查來看，正是中間幾級口環及襯套的磨損較嚴重，因而此原因不能排除。

（2）碰磨的可能原因之二：軸承座中心偏移。由于廠家設計的驅動端/ 非驅動端軸承座在安裝時采用止口配合，無定位銷，導致無法保證泵的轉子處于中心位置，此原因不能排除。

（3）碰磨的可能原因之三：泵內進入雜物，介質過臟。該泵各級口環間隙均在0.40mm 左右，級間套間隙也偏小，如果顆粒物進入口環或者襯套，極易引起磨損。新級間套加工后，未進行熱處理，材質不符合要求，表面硬度不夠，與殼體摩擦后容易堆積咬死。從現場拆解看，口環磨損無規律，不能排除此原因。

（4）碰磨的可能原因之四：非定位端甩油環與軸承內圈相對運動。非定位端甩油環與軸承內圈相對運動，過熱變色，內孔變小與軸抱死，用液壓工具打壓100bar 才拆掉。分析認為，油封背冒未將軸向擠緊，軸向定位不牢固。經過測量發現，油封、修復后的甩油環和軸承內圈三者之間在油封背冒打緊后仍有0.8mm 間隙，是導致相對運動的原因，因而不能排除此原因。

2.3 工藝原因

（1）泵抽空：由于該泵開停次數過于頻繁，每次運行時間2- 3 小時，在操作過程中容易導致泵內抽空，由于泵內無介質，轉動部件易發生干磨，泵出口壓力降低，平衡盤失去作用，軸向力由止推軸承進行平衡。止推軸承承受力增大后，溫度急劇上升，使的潤滑油變質，同時，過大的軸向力使軸承壽命降低損壞，轉動部件開始跳動或更大的軸向位移，從而導致多處摩擦。使泵體失穩，振動增大并伴隨噪音。

（2）葉輪氣蝕：泵運行過程中，由于輸送介質溫度變化較大，介質內含有氣體，可能導致出現氣蝕現象。以及該泵頻繁開停，操作過程中，出口閥的開度過大也可能導致氣蝕現象的發生，從而導致泵的運行狀態較差。

2.4 其他原因

（1）機械松動：運行過程中，由于各連接部位如泵地腳螺栓、芯包螺栓等緊固件的松動，都可能導致機泵運行振動偏大。

（2）裝配原因：泵解體檢修次數較多，拆解過程中可能出現數據測量誤差、安裝失誤，以及對零配件磨損情況的檢查不到位，都可能造成振動過大。

3 改進措施及建議

多級離心泵多種缺陷均可能導致設備振動偏高，大多數可以通過對設備進行解體檢修消除，針對以上原因特制定以下措施：

3.1 軸承座找中心

轉子找中心，高壓端上下總間隙0.6mm，轉子提升0.3mm，上下居中。左右表值幾乎不動，未做調整。詳見圖2。

圖2 轉子中心調整圖

低壓端調整時，轉子自由狀態上下總抬量為1.75mm，安裝軸承箱后上下總抬量為1.15mm。最開始按照1.15mm 抬量調整，頂上去0.50mm 時，盤車過緊；降到0.20mm 時，盤車輕松，因此判斷總抬量應以1.75mm 為標準。1.75- 1.15=0.6mm，0.6+0.2=0.8mm，此時轉子盤車最輕松，轉子上下居中。在調整左右時，左右間隙大約0.10mm，邊盤車邊調整，直到盤車最輕松那個點。軸承箱螺栓全部拔緊后發現，盤車有些偏重，判斷軸承箱結合面垂直度不好，于是松開螺栓，邊盤車邊對角對稱拔緊，最后拔完螺栓，盤車輕松。

3.2 調整碰磨處徑向間隙

進行葉輪級間套跳動、端面跳動檢查，發現二級級間套端面跳動0.07mm，嚴重超標。進行了研磨修復，修復完為0.02mm。由于該級間套與殼體徑向磨損嚴重，上床進行了車削修復，徑向間隙由0.40mm 放大到0.80mm。葉輪口環也由原來的0.45mm 放大到0.65mm，葉輪口環徑向跳動最大0.05mm，符合使用要求，轉子小裝完動平衡符合要求。轉子做動平衡前，平衡盤軸向定位，轉子小裝完，在不裝O 型圈的情況下，測得軸向仍有0.8mm 間隙。由于動平衡需要，加工一個0.8mm 厚墊片，這樣將各級葉輪全部擠緊，開始做動平衡。正式安裝時，O 型圈裝上后預計有0.4mm 熱膨脹間隙。保證各部間隙在規定范圍內。

3.3 優化工藝操作

由于泵每天運行2～3h，頻繁的開停機容易導致泵系統失穩或者抽空現象。建議優化工藝操作，盡量避免頻繁的開停機。且在開泵前檢查入口壓力達到要求后再進行開泵，出口壓力避免出現過高或者過低，以防抽空，并且跟蹤平衡管高壓出口壓力。定期清洗過濾器，防止濾網堵塞或者破損，導致抽空或者泵內進雜物。

3.4 葉輪隔板增加傾斜中段

多級泵在運行過程中很容易在首級葉輪、平衡鼓及平衡鼓套位置發生磨損。隨著葉輪級數增加，泵軸撓性增大，在開機瞬間極易發生撓性變形，導致中間葉輪位置處發生磨損。

通過對葉輪隔板進行改造，將中間段隔板改為傾斜中段，以此來適應泵軸的撓性變形，從而避免轉子部件與泵殼的碰磨。

在多級泵的能量損失中，機械摩擦損失占總能量損失的70%。通過傾斜中段結構，使靜止部件與轉子部件的實際運轉撓度曲線相吻合，還能降低機械摩擦損失，提高泵的效率。因為有傾斜中段結構，口環之間、平衡鼓與平衡鼓套之間的間隙很小，單邊間隙比沒有傾斜中段小25%～30%，從而大大降低容積損失、提高泵效率。

3.5 建議將平衡盤改為平衡鼓

針對泵頻繁啟停情況，建議采用平衡鼓裝置。此裝置能平衡約85%軸向推力，在正常運轉的工況點，通過選擇平衡鼓直徑可以使軸向力降到最低，殘余的軸向力由推力圓錐滾子軸承或可傾瓦推力軸承承受。平衡鼓的設計可以適應在最大流量點的30%～120%運行，流量可以達到最佳效率點的130%，并且幾乎沒有磨損。平衡鼓結構對泵的每天啟停次數沒有具體要求，相比平衡盤結構更適合頻繁啟動的工況。

3.6 優化檢修工藝

（1）在裝配之前，所有泵的零件，特別是互相配合的精加工表面都必須徹底清理干凈。所有配合止口、密封端面和密封溝槽都要涂上一層二硫化鉬。清點全部零件，并按裝配次序分類、編號。

（2）將首級導葉裝入左吸水室并用螺栓固緊，然后把支承架固定在安裝底板上。裝上左定距軸套、首級葉輪、右定距軸套和相應的鍵，并用帶防松頂絲的定距螺套固緊。將右吸入室用螺栓固緊于左吸水室。裝上鍵和第二級葉輪及葉輪分半卡環，將裝好密封環的導葉打入裝好密封環及防轉銷的中段。將密封圈裝入左吸水室溝槽，將第一級中段、導葉裝入左吸水室止口，用螺栓固緊。依次裝上各級葉輪、鍵、導葉、中段及密封圈等，用螺栓固緊，并用墊塊或千斤頂將各級中段支承起來。裝上末級導葉和吐出環后，擰緊螺母。裝上平衡盤、密封墊、壓環、分半卡環、卡環套及固緊螺栓，然后裝上鍵與后端喉部軸套。將裝有密封圈的平衡套裝入泵蓋，將纏繞墊裝入泵蓋凹槽內，將泵蓋吊起并裝入吐出環止口，固緊泵蓋螺栓。

（3）測量并記錄轉子軸向總竄動量：裝有密封圈的后軸承托架裝入泵蓋并固緊螺母，裝有密封圈的前軸承托架裝入泵體并固緊螺母，將前后軸承體分別裝在前后軸承托架上，然后裝上定位銷并將螺栓固緊。用百分表測量兩側轉子抬量，用手盤轉子，應轉動靈活、無阻卡現象。

（4）軸承部件裝配：按總圖及軸承體部件圖裝上軸承體,在裝成對安裝角接觸球軸承時，將平衡鼓盤靠上平衡套平面。用百分表測量中間軸承體的平面C 與油環套端面之間的尺寸，在此尺寸減去（0.08±0.1）m 即為調整環所需厚度，調整環還應在磨床上磨削多余量。通過調整墊厚度，保證推力軸承與后軸承端蓋之間的間隙為0.4～0.5mm。

（5）機械密封安裝，待前后軸承部件安裝完畢后，方可最終安裝機械密封。依次擰緊機械密封壓蓋螺母，機封軸套緊定螺釘。將機封軸套限位板退出軸套槽，并擰緊在機封壓蓋上。

4 結論

通過對泵結構及故障的分析，確定造成該泵振動超標、噪音大及碰磨的原因。針對原因，采取了改善工藝環境，調整泵軸中心，調整竄量等措施后，泵運行情況有所改善，延長了運行周期，實現了降本增效的目標。