大型立式軸流泵泵軸偏磨分析與處理

陳擎環 吳鵬鵬 蔡振宇 蔡亞琴

（江蘇省泰州引江河管理處 泰州 225300）

1 工程概況

泰州引江河高港泵站將長江水東引北調至沿海墾區和各個灌區，受益耕地達300萬公頃；同時擴大江水北調能力，為南水北調東線工程增添了一個取水口。當里下河地區出現洪澇時，高港泵站可抽排澇水300m3/s下泄入江，提高該地區的防洪排澇標準。在冬春枯水期，高港樞紐泵站利用1#～3#機組可抽調長江水補充通南地區水源。

高港泵站3#機組主水泵為ZLB35-4型立式半調節軸流泵，配2000kW同步電機，葉輪直徑3.0m，單機抽水能力34m3/s。3#機組于2015年大修后，累計安全運行3800多小時。2019年，高港泵站在汛后對3#機組水下部件進行例行檢查時，發現水導軸承處的泵軸軸頸存在明顯磨損現象，偏磨面積約50%，最大單邊磨損量約2mm。

2 現象分析

3#機組為半調節軸流泵，整體結構如圖1所示，運行過程中葉片角度不可調節，可排除葉片超限工作導致葉輪體擺動過大從而發生偏磨。技術人員又查閱3#機組自2015年運行以來歷次開機值班記錄，并結合泵站自動化信息管理系統里的電流、溫度等數據曲線，確定在運行期間3#機組未遭遇葉片卡阻、重物撞擊等異常情況。因水泵機組安裝質量不合格或水泵部件損壞也會造成泵軸偏磨，技術人員對此作了相應檢查。

圖1 半調節軸流泵整體結構圖

2.1 排查安裝質量

2.1.1 檢查機組軸線擺度

將機組解體后，在電動機上導、下導軸頸和水泵水導軸頸處，沿圓周均分8個方位，按90°方向分別架設2只百分表，百分表測量表頭垂直對準軸頸，上導、下導和水導處的百分表保持上下同方位。在電動機軸頂部安裝專用盤車工具，利用人工盤車，測量上導、下導和水導處的軸線擺度值，列表記錄。

2.1.2 檢查機組水平

在電動機軸頂部位置，裝設水平梁和水平儀，通過人工盤車測量東南西北四個方位的水平數值，列表記錄。

2.1.3 檢查機組中心

在水泵軸水導軸頸上，固定一只百分表，百分表測量表頭垂直對準水導軸窩止口，通過人工盤車，測出東南西北四個方位的數據，列表記錄。

2.1.4 檢查機組葉片間隙和空氣間隙

測量葉片間隙時，使用楔形竹塞尺和外徑千分尺相配合，對3只葉片與葉輪外殼的間隙進行測量。通過人工盤車，使葉輪均分旋轉3個方位，每只葉片分別測量上、中、下3個部位的數據，列表記錄。

使用楔形竹塞尺和外徑千分尺相配合，按磁極序號，對定子和轉子的空氣間隙進行測量，并列表記錄。

2.1.5 檢查機組垂直同心度

在電動機定子上部架設橫梁，在橫梁的中部安裝專用工具求心器，求心器周邊互成90°安裝2只百分表監視求心器有無移動。求心器上的重錘通過鋼琴線懸掛于放置在水導軸窩下方的油桶中央，油桶內盛有合適粘度的油液用于保持重錘穩定。使用電氣回路法，先把鋼琴線調至水導軸窩止口中心，然后使用專用加長桿配合內徑千分尺測量定子鐵芯上部和下部相同的四個方位距離，列表記錄。

測量結果顯示3#機組運行5年后，軸線擺度、水平、中心、間隙和垂直同心度等方面各處數據與安裝時相比雖有變化，但屬正常改變，沒有發現導致泵軸軸頸偏磨的異常存在。

2.2 排查水泵部件

2.2.1 檢查水導軸承

3#機組的水導軸承內部材質為進口橡膠，具有耐磨性高，耐熱性好，粘接力強的優點。雖然與其產生偏磨的泵軸磨損嚴重，但水導軸承內部材質外觀正常。技術人員將拆除的水導軸承重新組合，對其上中下三部分的內徑分別進行了測量，其圓度符合要求。

2.2.2 檢查水泵軸

在水泵軸的水導軸頸和填料函軸頸上，將2只百分表用磁性表座分別固定牢固，測量表頭垂直對準水導軸窩和泵蓋孔口的卡口，利用人工盤車方法讀數，經對比數據后排除了泵軸存在彎曲變形的可能。

2.2.3 檢查葉輪體

技術人員將葉輪體吊出機坑，放在平面上檢查葉片角度，3只葉片的原固定角度與葉輪體上的指示刻度均一致。但利用專用工具對3只葉片進水邊和出水邊的內、外角到葉輪體上法蘭平面的高度分別進行測量后，發現3只葉片高度不一致，其中2#葉片與另外兩只葉片的最大偏差值達到20～30mm。

初步懷疑是2#葉片實際安放角發生位移，葉片軸向水推力隨葉片角度的變化而變化，破壞了葉輪平衡。機組運行時水流的作用力使得葉輪在高速旋轉中偏心，拉動泵軸軸頸與水導軸承內表面反復摩擦，由于水導軸承內部材質耐磨性高，結果造成了水泵軸頸偏磨。

3 問題處理

將3#機組的葉輪體運回廠家，利用高精度三維掃描儀對葉片型面尺寸進行檢測，發現2#葉片的A004和A005坐標處數據有明顯偏差，3D掃描檢測報告結論如圖2所示：2#葉片的一個角有變形，實測數據-13mm。

圖2 3D掃描檢測報告結論圖

找出問題原因后，廠家對葉輪體、泵軸和水導軸承分別進行了加工處理，具體措施如下：

3.1 葉輪體處理

將2#葉片拆卸后，對變形的葉角進行了處理。檢查葉片定位銷有無損傷，檢查各部密封有無變形、老化、損壞，清洗葉輪體內部空腔。清洗完成后檢測各相關配合尺寸是否符合技術要求。重新組裝處理好的2#葉片，更換損壞的葉片定位銷，確保各葉片高差符合設計要求。對葉輪體上與泵軸連接的8個M48螺紋孔重新攻絲。

3.2 葉輪體靜平衡試驗

將靜平衡測試軸和葉輪體組裝后，整體吊放到已調整好水平的靜平衡試驗臺上，使葉輪體軸線與靜平衡試驗臺上的平衡軌道相垂直，葉輪體可在其上自由滾動。輕輕推動葉輪體，使其沿平衡軌道慢慢滾動，等葉輪體靜止后，若葉輪體質量不平衡，較重的那側每次都會轉到下面，在偏重的軸線對稱位置，偏輕的一側增加重塊，反復測試直到葉輪體在任意位置都可以停住為止。稱出所加重塊的質量，通過在較重側利用磨削、銑削減少重量，或在較輕側加焊配重塊的方法對葉輪體進行加工，直至靜平衡試驗達到標準。對葉輪體重新涂刷油漆，并按圖紙設計要求全面檢驗確認合格。

3.3 泵軸處理

將泵軸在水導軸承位置和填料函位置的軸頸上原來堆焊的不銹鋼車削去除，重新堆焊不銹鋼，水導軸承位置的軸頸外圓尺寸需根據返修的水導軸承內孔尺寸配合加工。除水箱密封處，其余進行除銹處理。在線檢測泵軸外圓跳動應符合技術要求。對泵軸除接合面外整體重新涂裝油漆，按圖紙設計要求全面檢驗確認合格。

3.4 水導軸承處理

將水導軸承清洗后拆開檢查瓦面有無裂紋、起泡及脫殼等缺陷，如有缺陷應更換，確認有無其他問題。重新組裝軸承部件，用內徑千分尺復檢軸承內徑。根據水泵軸軸頸直徑和配合間隙的要求，重新加工軸瓦內徑，其尺寸和加工表面應符合技術標準。重新涂裝油漆，按圖紙設計要求全面檢驗確認合格。

4 加強措施

針對水泵機組在運行中對振動擺度等現象無法及時有效進行檢測警示的問題，高港泵站對3#機組加裝了機組振動擺度監測裝置。

在水泵軸水導軸承和填料函上端的x和y方向，分別安裝電渦流傳感器共4只，用以測量機組軸線的擺度。在電機上機架和下機架的x和y方向，分別安裝振動加速度傳感器共4只，用以測量機組垂直方向的振動。

為及時掌握機組運行實時工況，又在定子三相進線處加裝3只電流傳感器，用以監測進線端的電流信號。另外還加裝了轉速傳感器，用以監測主機實時轉速。

振動擺度裝置與返廠加工檢驗合格的水泵機組部件同時安裝，安裝結束，對傳感器數據、系統軟件進行測試，確認一切正常后，對3#機組開機試運行，機組運行正常，運行中的振動及擺度實時數據采集正常。

5 結語

3#機組葉輪體經返廠處理后，機組安裝運行至今，在每年例行的汛后檢查中，沒有再發生泵軸偏磨的現象，可確定造成3#水泵機組泵軸偏磨的真正原因就是葉片角度變化。葉輪體由輪轂和葉片等組成是軸流泵的重要部件，其安裝質量直接影響到軸流泵的安全穩定運行。因此，在葉輪體出廠時，必須高度重視葉片的檢查驗收和葉輪體的靜平衡校正■