多級臥式離心泵故障分析及處理

張敏

摘 要 離心泵是一種常見的流體動力性設備，它是由液體在一定壓力條件下通過葉輪的作用而形成的具有旋轉運動性能的機械結構。它可以在高溫、高壓、粉塵或其他惡劣環境下工作，并能保持其正常的性能和可靠性，具有效率高、壓力低、體積小等特點。社會的發展和工業技術的進步對離心泵的要求也越來越高，因此對其可靠性和使用壽命的研究就顯得尤為必要，本文針對離心力原理及常見的故障進行分析，深入研究相應的解決措施，以期為相關行業發展提供幫助。

關鍵詞 多級臥式離心泵 竄量調整 軸承配合

中圖分類號：TH31 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）03-0007-03

1 多級臥式離心泵理論基礎

1.1 多級離心泵簡介

隨著社會的發展和科技的進步，人們對生活質量的要求不斷提高，離心泵的應用范圍也越來越廣，使其在工業、農業、醫藥等行業中都有廣泛的使用價值。多級離心泵是一種新型的無葉輪式葉輪，它由兩個葉輪組合而成，其中一個是單軸旋轉葉片，另一個為雙軸旋轉葉片，當轉子轉速較高時可以通過調節每個葉輪的高度來改變離心力。多級臥式離心泵具有結構簡單、易于制造、制造成本低、可靠性高等優點，但由于其工作環境惡劣，在運轉過程中會產生大量的熱和噪聲。因此對于一些特殊的工況，例如高溫，腐蝕性氣體污垢有毒物質，粉塵易燃易爆的液體等，需要定期進行維護。

1.2 離心泵的水力特性

（1）離心泵的葉輪和蝸桿的轉速較高，在葉輪的轉動過程中，由于蝸桿的高速旋轉會使其壓力作用在蝸桿上，這樣會使其溫度升高，當溫度達到一定程度時液體就會凝固，當它的速度大于能量的傳遞時它就會從蝸殼中出來，從而形成一個循環，這個時候因為流體具有的粘性，所以它的動能轉化為熱能，因此可以提高效率。（2）離心泵的葉輪和渦輪的直徑比較大，通常情況下葉片與水的接觸面積較大，同時在軸向的方向有可能受到水平或者垂直的外力，這都有可能導致軸向變形。（3）離心泵的葉輪表面粗糙度比一般斜面的表面要大，并且容易出現污垢。如果發生了泄漏，那么將會造成嚴重的后果：一方面它會影響到設備的使用壽命;另一方面還會對環境產生污染。

1.3 離心泵的流動特性

在離心泵的運行過程中，其內部的流體流動是非常復雜的現象（如流道內的氣體壓力和溫度），這些因素都會對泵的正常工作產生影響，因此必須對其流動特性進行分析：（1）葉輪的直徑比葉輪的軸徑小，這樣就會導致離心力的作用力增大，從而使葉輪磨損加劇，嚴重時可能引起喘振;（2）當轉速較高時，葉片與壓盤的接觸面積較大，壓盤的摩擦力也很大，此時容易出現喘振。當速度較低時，壓盤的壽命又很短，所以喘振的發生是不可避免的，但若在高速運轉下，由于氣流的紊動，則有必要增加壓緊板的厚度來防止喘震;（3）離心泵的出口比一般的大一些，它的入口容積大小不一定要大，如果流量太大，那么排氣的效果反而不好，甚至還會引發排氣中斷。

2 多級臥式離心泵故障分析

2.1 竄量調整不合理引起機封泄漏

由于離心泵的工作條件惡劣，在運行過程中難免會出現竄量調整不合理的現象：（1）當泵的轉速過低時，離心力壓縮機的壓力就會下降，導致潤滑油液面降低，從而使壓差變大，這樣就容易造成漏液和流道堵塞;（2）若水的比降不大于0.5%，那就說明因為流體流動的阻力太大而使其粘度變小，因此要對其進行適當的調整，若是低于0.02%那就要調節到合適的黏度;（3）若是含水量較高，則一般都需要調小或減少進水口的出口位置，以避免因含水量升高而引起的漏料。[1]

2.2 振動引起機封磨損泄露

因為離心泵的振動頻率高，所以在正常工作的時候會產生大量的熱和噪聲，這些熱和噪音都會對設備造成嚴重的損壞以至于發生故障：（1）葉輪的設計不合理。由于葉輪的結構原因，在葉輪的內部有很多的間隙存在，導致了流體的流動速度過快，從而使氣體的壓力降低，就很容易出現泄漏現象;（2）壓盤的應力不夠，使得壓盤的表面發生形變，這樣就很可能引起形變的進一步擴展，最終使其性能下降。如果壓盤的材料太差又或者是制造工藝的不理想，都將加速其彈性變形，最后又會引起形變;（3）主軸的穩定性較差。當軸的轉速超過一定值時，軸上的摩擦力也隨之增大，潤滑油的黏度就越低，動平衡性越差，動靜相互作用的力也越大，這將增加軸承的熱負荷，加劇軸承的疲勞破壞，同時還會影響到其他零件的使用壽命。[2]

2.3 泵體加工制造質量不過關

加工過程中加工材料的質量會直接影響到壓鑄機的使用壽命，因此在壓鑄時要嚴格控制好原材料的質量和加工制造質量：（1）在壓鑄前，要對原料進行預熱處理，防止因高溫而使其發生變形，從而造成不必要的損失;（2）在壓鑄前，應檢查其表面是否存在裂紋、砂眼、孔隙等缺陷，如果有這些問題應及時更換，以保證壓鑄機的正常運行。同時還要注意不要把壓力室的水箱蓋擰緊，以防水箱內的水流入泵體，導致壓力室的密封圈遭到破壞;（3）對軸承的潤滑也是至關重要的環節之一，因為它可以減少摩擦降低熱量，提高耐磨性，延長設備的使用年限。但是由于軸承的間隙過小，會使軸承的耐磨性變差，所以必須選用合適的潤滑油，否則會因過松而損壞零件。

2.4 軸和軸承的配合精度不達標

軸和軸承的配合精度不達標是離心泵故障的主要原因之一，具體表現有：（1）軸的過盈變形;（2）軸承的間隙過盈或發松;（3）裝配質量差。

解決這個問題的方法是：在軸的設計中，應盡量避免出現一些小的偏差，如在軸的兩端蓋上加工孔應注意孔的深度和螺栓孔的位置。或在安裝后，將其放在軸承的裝夾中，以保證其剛度，減少因裝夾而引起的竄油現象，此外還可以通過調整軸承的間隙來消除由于間隙過大而產生的松弛。另外還可采取適當的補償措施，以減小因彈簧的彈性變形所造成的影響。例如：對錐面的表面進行磨削，使之光滑，或者采用較低的磨削量，來提高錐面上的摩擦系數從而降低因磨損而導致的竄油的情況發生。[3]

2.5 密封材料不合適，導致磨損嚴重出現故障

目前，離心泵的密封材料主要有橡膠、塑料和玻璃等。其中以橡膠的摩擦效果最明顯，但是由于其價格昂貴，并且在使用過程中容易老化，所以在日常的維護中一般都要更換新的密封膠。而對于多級臥式離心泵來說，它本身的密封性能就比較差，而且在運轉的時候也會出現磨損從而導致軸承的損壞以及潤滑油的泄露等問題的發生。另外，因為其自身的結構特點，它也會造成磨損的現象出現。此外，這些材料的耐熱性較差，因而當溫度過高時，它們就會產生高溫，如果這時不加以注意，很可能還會引起火災。離心泵的外殼和主軸的表面沒有足夠的強度和剛度，因此很容易被腐蝕進而使軸的變形加劇，最終引發故障。

2.6 施工人員缺乏專業性

部分操作人員對技術知識的理解不透徹，導致在設備的維護和保養過程中出現了問題，從而造成了故障的發生。還有的操作人員在工作時，沒有按照標準的程序進行，或者是不按正確的步驟去執行，導致機器的故障率增加。（1）粗心大意，對技術指標的不熟悉，會使效率降低，影響生產。（2）技術人員的業務水平不高，會使其操作錯誤，導致故障的產生。還有的人認為只要把零件的毛刺清理干凈就可以了，實際并非如此。這些都是由于他們的疏忽大意，沒用足夠的時間和精力去學習新的專業技能和新的理論和方法，以及缺乏實踐經驗導致的。

3 多級臥式離心泵故障分析及處理

3.1 半竄量的調整

半竄量的調整是離心泵故障分析中的一個重要部分，主要用于對離心泵的維修診斷：（1）由于離心力作用，當葉輪與壓盤間的相對速度大于一定值時，壓盤的轉速會逐漸降低，此時壓盤的轉角會增大，這樣就可以通過調節轉角的大小來解決;（2）由于離心泵的工作環境惡劣，在運行時泵殼和軸承的溫度很高，所以會出現異常的運轉情況。這樣的話我們就需要調整潤滑油的粘度，從而保證其穩定地進入到離心泵內;（3）當流體進入多級臥式離心泵的殼體后，通過改變殼體的位置來實現對液體的有效控制，如在殼體內部設置一個可調節的液位差，使其保持在正常值范圍內;（4）當輸送的流體速度過快，而又沒有及時地進行處理，則容易引起液體的流動方向偏移以及偏析，這時就有必要對其采取一定的調整措施來解決。[4]

3.2 動靜環高低的調整

調整環的設置是為了保證離心泵的正常運行，在調整環的過程中，要注意以下幾點：（1）調整環的位置要選擇在離心力的中心線附近，這樣可以使它的轉速穩定，同時還能夠減少離心泵的磨損量。（2）調節環的大小也很重要，一般情況下，會選用圓形地或者方形的固定式的盤子，來對盤子的旋轉方向進行控制。但是也有例外，如果是矩形的盤子，那么它的直徑就會變大，所以在轉動的時候阻力也會變大，從而影響到軸向的壓力和速度。而當使用搖動搖桿時，搖桿的擺動幅度必須大于其半徑的一半以上，否則的話，當搖桿的長度超過了一定的數值后，就很容易出現卡死的現象了，這時就要用砂輪來代替。[5]

3.3 轉子竄量的改進

轉子竄量是離心泵故障分析中的重要參數，它主要是由于轉子在運轉時轉速較高，慣性力較大，導致轉子在機頭內的壓力差過大，從而造成動平衡問題。針對上述的影響因素，本文對離心泵的轉子進行了改進，以減少其漏油現象：（1）增加了定子的剛度，減小了定子與靜葉的間隙;（2）采用雙螺桿的緊固方式，使靜葉的轉矩變大，同時也增大了動葉的漏油率;（3）在轉子的運行過程中當轉矩變小時，定子與靜葉片的溫差會逐漸加大，而轉矩的變化又會進一步地放大壓差，因此需要對軸承的預緊力和推力要求比較嚴格，預緊力的大小要控制好，這樣可以有效地降低動輪的溫差提高壓氣機的壽命。而對于轉矩的調節則要通過改變彈簧的預拉應力來實現，預拉應力過大則容易引起喘振。

3.4 軸承跑內圈的處理

軸承的潤滑是保證軸承正常工作的重要部分，如果軸承的溫度過高，會造成其斷裂或變形，從而影響其壽命，甚至導致軸承的損壞和崩潰：（1）在軸承的外圈處，應加一層油氈或尼龍，以防止由于油氈的熱膨脹而使其松動;（2）在滾動體的內控處，應采用補油塞，以避免因不加油的原因而使內部壓力急劇上升;（3）當軸向移動時，可適當減小壓緊的力度軸向方向過粗，則可能會引起振動產生噪聲，因此要及時更換新的壓緊墊片，同時也要注意調整壓緊墊片的厚度和螺栓的位置等;（4）當軸向發生輕微的形變時，可選用調質合金鑄鐵制成空心球波紋鋼。這種鑄鐵具有較高的硬度、良好的耐磨性、抗疲勞強度高等優點。但它的缺點是加工困難、成本高、維修不便，因此一般不推薦用此材料。[6]

3.5 泵體密封圈的改進

針對離心泵的密封圈，可以采用橡膠材料或塑料等。在設計的時候要考慮到離心泵的工作環境，盡量避免在惡劣的條件下使用，因為這樣會導致摩擦力的損失增加，需要對密封圈進行改進，使其具有更好的抗磨損性能，同時還能減小噪音。為了防止水進入葉輪，應在葉輪與隔板之間加入一層軟性的石棉油皮，以此來提高葉輪與隔板的接觸面積，從而減少水的腐蝕和堵塞。由于軟性的石棉油皮很容易被壓縮，因此應該對其添加防銹劑，以延長它的壽命。而硬質石棉油皮，則不致被壓縮，因而也不能完全地堵住它的邊緣：而軟質石子，則是耐磨、耐高溫，而且不透氣，能達到很好的吸振效果。另外，還得加進填料以改善潤滑，降低噪聲。

3.6 機械密封與軸承的更換

機械密封是防止機械零件與部件之間摩擦生熱，從而影響其壽命和可靠性的重要措施之一。軸承是離心泵的關鍵部分，它直接承受著軸向壓力，因此要定期對軸承進行檢查，并及時更換潤滑脂，以延長軸承的使用年限。（1）軸承油中的油脂應保持干凈，以免油污、雜質等進入軸承，造成堵塞。（2）應采用防塵、防銹的材料或其他易磨損的合金制造的軸承外圈，如鐵基環氧烷，內圈用橡膠卡環或涂布層等。（3）在軸與殼體的連接處，需用螺栓將其固定，以防因接觸不良而損壞。如果發現密封表面的漏油，需立即擰緊封膠皮帶的螺母，擰緊封膠皮帶的螺釘，使已封膠皮帶上的堵痕消失。

4 結語

本文深入研究了離心泵的故障診斷，首先介紹了離心泵的基本結構和工作原理，然后對其進行了簡單的故障分析，包括葉輪磨損、葉輪盤損壞、軸向變形等，最后對離心泵的常見故障、解決方法以及排除措施做出了總結。

參考文獻：

[1] 劉起超，周云龍，梁超，等.離心泵運行狀態在線監測與故障診斷裝置研制與應用[J].熱力發電，2019，48 （01）：30-35.

[2] 李延榮.淺析多級臥式離心泵故障分析及處理[J].石化技術，2019，26（08）：198-199.

[3] 唐擁軍，熊生勇.多級臥式離心泵故障分析及處理[J].設備管理與維修，2016（03）：88-90.

[4] 郭琦，劉丹妮，高宏宏.淺析多級臥式離心泵故障分析及處理[J].中國設備工程，2021（14）：76-77.

[5] 徐留軍.探討臥式多級離心泵的檢查及維修[J].科技資訊，2013（21）：91.

[6] 趙旭凌，周云龍.基于LabVIEW的離心泵在線監測與故障診斷系統設計及應用[J].東北電力大學學報，2017， 37（02）：66-72.