母液泵故障處理與分析

牛文合

（中國(guó)石油獨(dú)山子石化公司設(shè)備檢修公司，新疆 獨(dú)山子 833699）

某石化企業(yè)高密度母液泵13-P-2101A生產(chǎn)廠家大連大耐泵業(yè)有限公司，輸送介質(zhì)：己烷和粉料。型號(hào)：PC100-4450-50，轉(zhuǎn)速：2950rpm，泵軸功率167kW，機(jī)械密封沖洗方案：Plan32+52。2023年5月16日，高密度聚乙烯母液泵軸承箱葉輪側(cè)油檔處出現(xiàn)泄漏，由于軸承溫度較高，存在因潤(rùn)滑不良出現(xiàn)軸承損壞，同時(shí)由于高溫存在著火風(fēng)險(xiǎn)，需停機(jī)檢修進(jìn)行處理。

1 工作原理

母液泵是單機(jī)懸臂離心泵，當(dāng)葉輪飛快旋轉(zhuǎn)時(shí)葉輪內(nèi)的液體在葉輪內(nèi)葉片的推動(dòng)下一起旋轉(zhuǎn)，液體獲得了離心力，在離心力的作用提供下液體并沿著流道從葉輪的中心往外運(yùn)動(dòng)，然后從葉片的端部被甩出進(jìn)入泵殼內(nèi)的蝸殼。當(dāng)液體流到蝸殼時(shí)，由于液體的面積逐漸擴(kuò)大流速放緩，液體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜能頭壓力上升，在壓力的作用下液體從出口管壓出。同時(shí)，在葉輪中心由于液體在壓力的作用下被排出會(huì)產(chǎn)生了局部真空，因此，在入口壓力的作用下液體從入口管線源源不斷地被吸入泵內(nèi)，葉輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)將液體輸送到輸出管線。

2 離心泵常見(jiàn)故障

（1）泵和電機(jī)不對(duì)中；（2）動(dòng)靜部件摩擦；（3）軸承疲勞磨損；（4）工藝氣蝕余量太小；（5）電機(jī)轉(zhuǎn)向錯(cuò)誤；（6）泵內(nèi)有異物；（7）葉輪流道內(nèi)存在損壞、變形、毛邊等引起氣蝕；（8）入口管路有異物堵塞或過(guò)濾網(wǎng)損壞；（9）葉輪端面內(nèi)外壓力不平衡；（10）潤(rùn)滑不良。

3 泵實(shí)際檢修及措施情況

2023年6月27日，針對(duì)該泵自2023年5月開(kāi)機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后就出現(xiàn)軸承箱潤(rùn)滑油發(fā)黑, 本次檢修重點(diǎn)需要解決的問(wèn)題：排查引起潤(rùn)滑油發(fā)黑故障的原因，根據(jù)檢查情況更換軸承。

泵運(yùn)行過(guò)程中，油檔脫出，造成軸承箱葉輪側(cè)油檔漏油，軸承箱內(nèi)潤(rùn)滑油泄漏量較大，造成軸承溫度升高。解檢后發(fā)現(xiàn)，葉輪側(cè)軸承NU312內(nèi)圈在運(yùn)行過(guò)程中脫出8mm左右，軸承內(nèi)圈將油檔頂出，造成油檔漏油。查看拆檢的非聯(lián)軸器側(cè)軸承內(nèi)圈，內(nèi)圈表面的磨痕均偏向內(nèi)側(cè)（見(jiàn)圖1），同時(shí)，油檔端面有磨損痕跡，正常情況是軸承內(nèi)圈與油檔有8mm間隙。泵運(yùn)行過(guò)程中，非聯(lián)軸器側(cè)軸承振動(dòng)較高（23.8mm/s），運(yùn)行時(shí)軸承滾柱持續(xù)對(duì)軸承內(nèi)圈有較大的撞擊，且撞擊偏向軸承內(nèi)圈里側(cè)，由于較大的撞擊，內(nèi)圈受到向外的力，運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)后，軸承內(nèi)圈向外脫出，內(nèi)圈脫出后將油檔頂出，造成油檔泄漏（如圖2）。

圖1 油檔端面磨損痕跡

圖2 拆檢軸承內(nèi)圈

機(jī)泵運(yùn)行過(guò)程中，聯(lián)軸器側(cè)軸承溫度最高達(dá)到82℃，非聯(lián)軸器側(cè)軸承溫度70℃，分析機(jī)泵運(yùn)行時(shí)軸向力偏大，止推軸承承受軸向力較高，造成軸承溫度偏高。

4 頻譜分析

4.1 泵聯(lián)軸器端振動(dòng)頻譜

如圖3和圖4所示，聯(lián)軸器側(cè)水平圖譜中峰值頻率64Hz、128Hz為主要的故障頻率，聯(lián)軸器側(cè)垂直圖譜峰值頻率為64HZ的整數(shù)倍頻率，但加速度峰值不大，無(wú)明顯異常。

圖4 垂直振動(dòng)頻譜

如圖5所示，聯(lián)軸器側(cè)包絡(luò)圖，軸承外圈特征頻率與故障頻率對(duì)應(yīng)，其沖擊值0.84gIE,軸承故障處于早期，可繼續(xù)監(jiān)護(hù)運(yùn)行。

圖5 包絡(luò)頻譜

4.2 非聯(lián)軸器端振動(dòng)頻譜

如圖6和圖7所示，非聯(lián)軸器側(cè)水平、垂直圖譜中峰值頻率64Hz為主要頻率成分，但加速度峰值不大。

圖6 水平振動(dòng)頻譜

圖7 垂直振動(dòng)頻譜

如圖8所示非聯(lián)軸器側(cè)包絡(luò)圖，軸承內(nèi)圈特征頻率與故障頻率對(duì)應(yīng)，其沖擊值0.93gIE,軸承故障處于早期故障可以運(yùn)行。

圖8 包絡(luò)頻譜

如圖9所示，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量母液泵進(jìn)出口管線振動(dòng)較高達(dá)到22.08mm/s，從上圖監(jiān)測(cè)頻率看管線振動(dòng)主要頻率成份為63.75Hz。

圖9 管線振動(dòng)頻譜

綜上所述，對(duì)運(yùn)行設(shè)備各測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)頻譜圖譜進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析。頻譜圖譜中都有64Hz的故障頻率存在，與軸承的故障頻率進(jìn)行對(duì)比，并無(wú)軸承故障頻率與該頻率對(duì)應(yīng)，故軸承不存在故障。分析設(shè)備軸承溫度過(guò)高，可能是由于軸向力過(guò)大,使泵的整個(gè)轉(zhuǎn)子發(fā)生向葉輪吸入口的竄動(dòng),引起泵聯(lián)軸器側(cè)軸承發(fā)熱。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量進(jìn)出口管線振動(dòng)較高，振動(dòng)頻率為由于泵葉輪旋轉(zhuǎn)的液體激振產(chǎn)生的頻率與管線固有頻率相同，造成管線共振并引起機(jī)泵振動(dòng)超標(biāo)。

5 處理措施

5.1 調(diào)整軸承距離

將轉(zhuǎn)子安裝至軸承箱內(nèi)，測(cè)量軸承外圈與內(nèi)圈之間的距離為0.8mm。應(yīng)將軸承外圈向外側(cè)調(diào)整0.8mm，加工0.8mm鋼墊片，加到軸承外圈軸承箱側(cè)，調(diào)整外圈與內(nèi)圈配合位置。為防止油檔脫出，使用1mm鋼墊片加工出壓緊墊片，放在軸承壓蓋外側(cè)，限制油檔脫出（圖10和圖11）。

圖10 在軸承外圈內(nèi)側(cè)加調(diào)整墊片

圖11 壓緊片將軸封頂住

5.2 改造葉輪平衡孔

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量葉輪平衡孔尺寸為φ11.9mm，平衡孔數(shù)量為4個(gè)，測(cè)量葉輪口環(huán)及殼體口環(huán)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)平衡孔計(jì)算公式，計(jì)算出該尺寸的平衡孔應(yīng)為φ16.97mm，將平衡孔由原來(lái)的φ11.9mm擴(kuò)大到φ16mm，減小由于介質(zhì)壓力而產(chǎn)生的軸向力，降低軸承運(yùn)行溫度（圖12）。（一般平衡孔總面積必須大于葉輪后蓋板密封環(huán)間隙面積的2.5～4倍）計(jì)算公式如下：（按照3倍計(jì)算）

圖12 擴(kuò)孔前后的平衡孔對(duì)比

4×(χ/2)2×3.14＝3×[(176.1/2)2×3.14－(175/2)2×3.14]

計(jì)算χ＝16.97mm（直徑）；χ為單個(gè)平衡孔直徑。

5.3 軸承外圈放松

聯(lián)軸器側(cè)軸承箱與軸承外圈配合間隙有0.06mm，為防止軸承跑外圈，在軸承箱內(nèi)壁涂抹圓柱鎖固膠（圖13）。

圖13 聯(lián)軸器側(cè)軸承箱外壁涂抹圓柱鎖固膠

5.4 預(yù)防措施

在檢修作業(yè)中，應(yīng)注意及時(shí)清理管線、加裝過(guò)濾網(wǎng)等，避免外來(lái)雜質(zhì)堵塞，對(duì)入口保持清潔。母液泵的軸承箱油位是軸承潤(rùn)滑的第一道防線，加強(qiáng)入油位管理，才能有效地從根源上保證軸承充分潤(rùn)滑，具體可根據(jù)每臺(tái)設(shè)備的軸承箱重新標(biāo)定油位，定期清理軸承箱，預(yù)防軸承箱有油泥，油位不可過(guò)高，這樣會(huì)造成軸封漏油嚴(yán)重，造成環(huán)境油污染。

5.5 檢修中注意事項(xiàng)

（1）注意熱裝軸承時(shí)不能超溫，等軸承溫度到常溫后，進(jìn)行鎖緊螺母；（2）吊軸承箱，要調(diào)平，容易裝配；（3）鎖片螺母鎖片要鎖住確認(rèn)，鎖片爪不能貼近保持架；（4）起吊時(shí)，注意指揮和捆綁方式，在起吊部件要有倒鏈好精確調(diào)節(jié)；（5）裝完軸承扣蓋前用油槍給滾動(dòng)體潤(rùn)滑；（6）安裝時(shí)，加熱聯(lián)軸器內(nèi)孔至80℃左右即可裝入；（7）清洗配件軸承箱，最后用面清理軸承箱，防止有殘留物；（8）找中心時(shí)找到標(biāo)準(zhǔn)值范圍；（9）在關(guān)鍵部位加大關(guān)注力度，盡量避免不必要的故障發(fā)生。

6 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)母液泵故障現(xiàn)象，通過(guò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)頻譜分析診斷和實(shí)踐檢修經(jīng)驗(yàn)科學(xué)判斷故障原因，及準(zhǔn)確判斷檢修要點(diǎn)，通過(guò)經(jīng)過(guò)對(duì)葉輪上的平衡孔進(jìn)行擴(kuò)孔處理、軸承軸向距離調(diào)整、軸承放松等措施處理。檢修出后試車，該泵非驅(qū)動(dòng)端水平振動(dòng)烈度由最高32.29mm/s降低至2.3mm/s，降幅93%，驅(qū)動(dòng)端水平振動(dòng)烈度由最高13.3mm/s降低至2.58mm/s.降幅80.6%.該泵非驅(qū)動(dòng)端溫度70℃下降為53℃（符合標(biāo)準(zhǔn)不大于70℃），機(jī)泵處于B區(qū)平穩(wěn)運(yùn)行。通過(guò)柔性精修保證檢修質(zhì)量和效率，確保生產(chǎn)裝置正常運(yùn)行。