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(qū)的輕烴（C4、C5）為低沸點(diǎn)、易燃、易爆介質(zhì)。為確保裝置的安全、平穩(wěn)、長(zhǎng)周期運(yùn)行，選用了無密封自潤(rùn)滑的屏蔽泵向主裝置輸送碳四原料進(jìn)行反應(yīng)。投用后該泵經(jīng)常發(fā)生汽蝕斷流的現(xiàn)象。車間技術(shù)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(zhuǎn)。故對(duì)屏蔽泵進(jìn)行了故障分析。

關(guān)鍵詞：屏蔽泵;低流量工作;故障分析

1 屏蔽泵的性能參數(shù)和結(jié)構(gòu)

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

結(jié)構(gòu)上，泵的軸承內(nèi)側(cè)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(huán)系統(tǒng)由泵尾端向吸入罐進(jìn)行引流散熱。

2 屏蔽泵的運(yùn)行情況

參看車間有關(guān)該泵的運(yùn)行記錄和技術(shù)檔案，發(fā)現(xiàn)其間，小修兩次，更換石磨軸承四個(gè)，推力盤四個(gè);返廠大修一次，轉(zhuǎn)子組件因磨損嚴(yán)重使得所有機(jī)械配合失效，更換了泵的轉(zhuǎn)子部分。其中較為典型的情況是：

（1）軸承、軸套、推力盤嚴(yán)重磨損，前軸套和推力盤表面有熱裂紋。

（2）定子套、轉(zhuǎn)子套磨損。

（3）葉輪入口的凸掾磨損，流道內(nèi)汽蝕痕跡很明顯。

3 屏蔽泵的故障分析

從泵的運(yùn)行情況和故障現(xiàn)象來看，主要是泵的軸推力長(zhǎng)期過大，使得推力盤與軸承止推面的介質(zhì)液膜失效，進(jìn)而各種摩擦副劇烈摩擦只至破壞。對(duì)比各種操作參數(shù)，只有流量遠(yuǎn)離設(shè)計(jì)參數(shù)。故，對(duì)泵的流量與軸推力的關(guān)系加以分析。

3.1 軸推力的產(chǎn)生

假設(shè)液體以p1進(jìn)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(cè)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(zhuǎn)。根據(jù)旋轉(zhuǎn)體離心力的平衡式得：

2、Hi在多級(jí)泵里取最終揚(yáng)程，單級(jí)泵取理論揚(yáng)程。

據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)，離心葉輪的揚(yáng)程與流量關(guān)系式滿足

3.2 軸推力與流量的關(guān)系分析

⑤中軸推力A與流量Q呈反向線性關(guān)系，具體可采集相關(guān)數(shù)據(jù)分析如下：

依據(jù)泵廠家提供的型譜圖，在額定流量處采集樣點(diǎn)數(shù)據(jù)4、在有效流量處采集樣點(diǎn)數(shù)據(jù)3與5、在泵得實(shí)際流量處采集數(shù)據(jù)2、在泵的外推流量處采集數(shù)據(jù)1與6、在坐標(biāo)紙上表示為圖2，做以分析：

（1）整體上整個(gè)數(shù)據(jù)曲線呈一次反比例關(guān)系，與上面推導(dǎo)的公式吻合，說明該式有可借鑒性。

（2）數(shù)據(jù)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(gè)軸向力被平衡掉。

（3）數(shù)據(jù)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(nèi)泵可正常運(yùn)行?？梢钥吹綌?shù)據(jù)3、5額定值的正負(fù)百分之二十之值，此工況下推力盤與軸承止推面間的介質(zhì)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(shù)據(jù)1、6是依據(jù)公式外推的極限值，即只用與分析的數(shù)據(jù)，它們不是實(shí)際存在的值，但對(duì)實(shí)際卻有指導(dǎo)意義。

從中可以看出流量過大，軸向力成負(fù)值說明泵負(fù)載過高，揚(yáng)程已經(jīng)降到極點(diǎn)，使入口壓力大于軸向力，此時(shí)葉輪失去增壓的能力了;流量過小，軸向力遠(yuǎn)大于入口壓力。而軸向力是隨入口壓力被動(dòng)變化的，即入口壓力變的很小，事實(shí)上此時(shí)泵不再有自吸能力，不能正常工作了。

（5）數(shù)據(jù)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(rùn)滑液膜，摩擦副直接接觸，進(jìn)而使整個(gè)軸及轉(zhuǎn)子向入口移動(dòng)。另外，過小的吸入壓力達(dá)到介質(zhì)在此溫度下的飽和蒸汽壓時(shí)，泵發(fā)生汽蝕。這也就是泵經(jīng)常發(fā)生汽蝕的直接原因。

（6）另外，還有泵的一個(gè)最小流量值：

經(jīng)計(jì)算約為4.6t/h，在圖上靠近數(shù)據(jù)2處，其工況同數(shù)據(jù)2相似，不再復(fù)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(shè)計(jì)之初就應(yīng)考慮的問題。此屏蔽泵采取了通常中小型離心機(jī)械采用的方法：在輪盤上與口環(huán)直徑相同處開平衡孔，使輪盤兩側(cè)的液體空間相同。由于液體通過平衡孔時(shí)必受到阻力，輪盤兩側(cè)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(zhuǎn)子的自重通過推力盤也由軸承承擔(dān)。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(qū)域變小了。

3.4 故障診斷的結(jié)論

經(jīng)上面分析論證，給出如下結(jié)論

（1）小流量運(yùn)行引起軸推力增大。泵在小流量的工況下運(yùn)行，軸推力徒然增大，附加載荷超過了軸承的承載能力。當(dāng)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(zhì)液膜的動(dòng)壓，液膜變薄或失效，整個(gè)摩擦副不能起到負(fù)載作用。石磨軸承的止推面嚴(yán)重磨損，造成整個(gè)轉(zhuǎn)子前串量增大，于是各種機(jī)械配合被破壞，零件磨損失效。

（2）小流量運(yùn)行易使泵汽蝕。易氣化的物料碳四流至泵的負(fù)壓區(qū)，形成汽蝕和汽阻，同時(shí)泵自身逆循環(huán)流動(dòng)的潤(rùn)滑液體流經(jīng)各個(gè)間隙時(shí)，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(chǎn)生氣化，引起液膜振蕩。這是石磨軸承出現(xiàn)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(dāng)小，閥門微調(diào)就急遽的改變了泵的管路特性。使泵在不穩(wěn)定工況下運(yùn)行，一旦發(fā)生汽蝕汽阻便吸入量不夠，在泵和管路中發(fā)生周期性的水擊現(xiàn)象。引起軸承載荷周期變化，轉(zhuǎn)子軸隨之前后竄動(dòng)，造成沖擊載荷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)擊碎整個(gè)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(zhǎng)時(shí)間低流量運(yùn)行造成的結(jié)果。在滿足工藝和生產(chǎn)的要求和條件下，采取的故障消除措施有以下點(diǎn)：

（1）利用泵的回流管線保持泵的操作流量在正常范圍內(nèi)。這樣做雖然增加了能耗，但能保持裝置平穩(wěn)連續(xù)的運(yùn)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(duì)應(yīng)的流量下有相對(duì)富余的汽蝕余量。

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